次世代超LSI用材料Si/Ge薄膜の成長に関する研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10750013
• 研究機関: 東京工芸大学
• 研究代表者: 小林 信一 東京工芸大学, 工学部, 助手 (60277944)
• キーワード: シリコン・ゲルマニウム / 不純物拡散 / 界面偏析

研究概要

Si集積回路の優れた加工技術を生かしながら更なる高速化・多機能化を可能にするSiGe系ヘテロデバイスが注目されている。今後製作技術の発展によりSiGe系薄膜が集積回路内に取り込まれる事が予想される。半導体素子製作プロセスでは不純物濃度の高精度制御が必要であるが、Si_<l-x>Ge_xからSiへの不純物拡散及び偏析現象についてはあまり報告されていない。我々は反応雰囲気を高清浄化した減圧CVD装置により高品質なIn-situ doped Si_<l-x>Ge_x薄膜を形成し、熱処理によるSi中への不純物(B,P)拡散について研究を行い、界面での不純物偏析、Si中での不純物拡散諸特性についての知見を得た。
P拡散の場合、Si中の拡散層の表面濃度はSi_<l-x>Ge_x中濃度よりも大きくなる。これはPがSi中に偏析することを示している。偏析係数をSi中の拡散層の表面濃度とSi_<l-x>Ge_x中の濃度の比として求めた。x=0.25の場合、偏析係数はおよそ2.5であり、Ge比率が高いほどPはSi中に多く偏析する。
B拡散の場合、Si中の拡散層の表面濃度はSi_<l-x>Ge_x中濃度よりも小さくなる。これはBがSiよりもSi_<l-x>Ge_x中に偏析することを示している。x=0.25の場合、偏析係数はおよそ0.24であり、Ge比率が高いほどBはSi_<l-x>Ge_x中に偏析する。
界面で偏析が起こったにもかかわらずSi中の拡散プロファイルが拡散時間の平方根で規格化できたため、ボルツマン-マタノ法によりSi中の拡散係数を求めた。P拡散の場合、明らかな拡散定数のP濃度依存性が見られ、Si中の高P濃度拡散特性は通常の拡散源を用いた場合と同様であった。B拡散の場合もSi中の高B濃度拡散特性は通常の拡散源を用いた場合と同様であり、Si_<l-x>Ge_xがSi中の拡散特性に与える影響(空孔や格子間原子による拡散の増減速)は少ないと考えられる。

研究成果

• [文献書誌] S.KOBAYASHI,M.IIZUKA,T.AOKI,N.MIKOSHIBA,M.SAKURABA,T.MATSUURA and J.MUROTA: "PHOSPHORUS DIFFUSION FROM DOPED Si_<l-x>Ge_x FILMS INTO SILICON"Materials Research Society Symp.Proc.. Vol.568. 265-269 (1999)
• [文献書誌] S.KOBAYASHI,M.IIZUKA,T.AOKI,N.MIKOSHIBA,M.SAKURABA,T.MATSUURA and J.MUROTA: "SEGREGATION AND DIFFUSION OF PHOSPHORUS FROM DOPED Si_<l-x>Ge_x FILMS INTO SILICON"Journal of Applied Physics. Vol.86,No.10. 5480-5483 (1999)
• [文献書誌] S.KOBAYASHI,T.AOKI,N.MIKOSHBA,M.SAKURABA,T.MATSUURA and J.MUROTA: "SEGREGATION AND DIFFUSION OF IMPURITIES FROM DOPED Si_<l-x>Ge_x FILMS INTO SILICON"THIN SOLID FILMS. (in press). (2000)