高純度^<28>Siエピタキシャル層を用いたシリコン自己拡散の研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10305030
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 松本 智 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (00101999)
• 研究分担者: 伊藤 公平 慶應義塾大学, 理工学部, 専任講師 (30276414) ; 桑野 博 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (10051525)
• キーワード: シリコン / 自己拡散 / 高純度同位元素 / 点欠陥 / 空格子点 / 格子間原子 / フェルミ準位効果 / プロセスモデリング

研究概要

本研究の目的は、ウラン同位体濃縮技術を利用して作成された高純度シリコン同位体ガス(^<30>SiH_4)を用いて、^<30>Si/天然Siヘテロ構造を作成し、シリコンの自己拡散を調べることである。高純度同位体ガス^<30>SiH_4(96.7%)を用いて、ガスソースMBE法により、天然Si(100)基板上に^<30>Siのエピタキシャル成長を行った。その結晶性、平坦性は、RHEEDにより良好であることを確認した。エピ層中のSi同位体濃度をSIMS(2次イオン質量分析装置)により評価した。各同位体の割合は、^<28>Si:^<29>Si:^<30>Si=0.05:0.07:99.88であり、ほぼ純粋な^<30>Si層を成長させることに世界で始めて成功した。高濃度n型Si基板(As濃度;3×10^<19>cm^<-3>)、高濃度p型Si基板(B濃度;2×10^<19>cm^<-3>)および低濃度Si基板(B濃度;1×10^<16>cm^<-3>)上に上記方法により^<30>Si層を成長させ、これらの試料を900℃、360時間の熱処理を行った。それぞれの同位体^<28>Si、^<29>Si、^<30>Siの濃度分布をSIMSにより評価し、拡散方程式の計算機フィッティングを行って、表記3種のSi基板中における^<30>Siの拡散係数を決定した。その結果、低濃度の真性Si中の拡散係数に比べ、高濃度p型Siでは、拡散係数は約2倍増速し、一方、高濃度n型Siでは真性条件と同じであった。高濃度n型Siでは空格子点が過剰に存在するにもかかわらず、影響が見られないことから、900℃では自己拡散において空格子点の寄与が極めて小さいことを示している。これは従来の一般的な見解-Si自己拡散では低温度領域において空格子点が支配的である-が、成り立たないことを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] Y.Nakabayashi: "Self-Diffusion in Extrinsic Silicon Using Isotopically Enriched ^<30>Si Layer"Jpn.J.Appl.Phys. 40(未完). (2001)
• [文献書誌] Y.Nakabayashi: "Epitaxial Growth of Pure ^<30>Si Layers on a Natural Si(100) Substrate Using Enriched ^<30>SiH_4"Jpn.J.Appl.Phys.. 39. L1133-L1134 (2000)
• [文献書誌] Y.Nakabayashi: "Silicon Self-Diffusion using enriched ^<30>SiH_4"Proc.of 3rd International Symposium on Advanced Si Materials. 146-151 (2000)
• [文献書誌] T.Ishikawa: "Fabrication of boron delta-doped structures in Si by solid phase epitaxy"25th International Conference on the physics of Semiconductors. 751 (2000)
• [文献書誌] Y.Tsubo: "Phosphorus Diffusion from Doped Polysilicon through Ultra-Thin SiO_2 Films into Si Substrates"Jpn.J.Appl.Phys. 39. L955-L957 (2000)
• [文献書誌] T.Yamaoto: "Effect of Boron on Solid Phase Epitaxy of Ge on Si(III) surface"Jpn.J.Appl.Phys.. 39. 4545-4548 (2000)
• [文献書誌] K.Ezoe: "The effect of elevated solicon substrate temperature on TiSi_2 formation from a Ti film"Thin solid Films. 369. 244-247 (2000)
• [文献書誌] J.W.Seo: "Lateral Solid-Phase Recrystallization from the Crystal Seed Selectively Formed by Excimer Laser Annealing in Ge-Implanted Silicon Films"Jpn.J.Appl.Phys. 39. 5063-5068 (2000)
• [文献書誌] W.J.Cho: "Effects of Denudation Anneal of Silicon Wafer on the Characteristics of Ultra Large-Scale Integration Devices"Jpn.J.Appl.Phys.. 39. 3277-3280 (2000)
• [文献書誌] H.Takahashi: "Origination of Infrared Photoluminescence of Nanocrystalline Si in SiO_2 Films"Jpn.J.Appl.Phys. 39. 3474-3477 (2000)
• [文献書誌] M.Watanabe: "Localization Length and Impurity Dielectric Susceptibility in the Critical Regime of Metal-Insulator Transition in P-Ge"Phys.Rev.. B62. R2255-R2258 (2000)
• [文献書誌] K.Morita: "Growth and Characterization of ^<70>Ge/^<74>Ge Isotope Superlattice"Thin Solid Films. 369. 405-408 (2000)
• [文献書誌] M.Nakajima: "Comparison of Coherent and In coherent LO Phonons in Isotopic ^<70>Ge/^<74>Ge Superlattice"J.Lumin. 87-89. 87-89 (2000)
• [文献書誌] 松本智(分担): "半導体大事典"工業調査会. 2011(437-446) (1999)
• [文献書誌] 松本智: "次世代ULSIプロセス技術"(株)リアライズ社. 825(319-324) (1999)
• [文献書誌] S.Matsumoto(分担): "ENCYCLOPEDIA OF MATERIALS : SCIENCE AND TECHNOLOGY"PERGAMON・全11巻未定. (2001)