Si-Ge-C-N系原子層積層による共鳴トンネルダイオードの製作

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12450001
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 櫻庭 政夫 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (30271993)
• 研究分担者: 松浦 孝 東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (60181690) ; 室田 淳一 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (70182144)
• キーワード: Si / Ge / C / N / 原子層 / 共鳴トンネルダイオード / テヘロ構造 / CVD

研究概要

本基盤研究では、Si-Ge-C系原子層CVD法と原子層窒化法を組み合わせ、Si中に任意の周期でCe,C,Nの各原子層を配列して共鳴トンネルダイオードに適用することにより、通常の不規則混晶材料では見られない新規物性の発現を制御・観測することを目的とする。本年度はその第2年度として、Si-N系、Si-Ge-C系の原子層へテロ構造を形成する研究を進めた。具体的には、N原子層が吸着したSi(100)表面においてSiがエピタキシャル成長するための前熱処理条件・各原子層吸着量限界・SiH_4分圧・Si成長温度を調べた。その結果、10^<14>cm^<-2>を超える高濃度N原子層吸着Si(100)表面においてもSiエピタキシャル成長が可能な条件を見いだし、それにより一層当りのN面密度が3×10^<14>cm^<-2>(約1/2原子層)に達するNデルタドープSi単結晶を成長させることに世界で初めて成功した。また、独自開発した高精度濃度分布測定法等を駆使し、厚さ1nmの極薄Si単結晶薄膜中に5×10^<21>cm^<-3>(原子密度10%)を超える超高濃度Nドーピングが実現され、その上のSiエピタキシャル層中にはNがほとんど取り込まれていないことを明らかにした。また、Ge(100)表面へのSiH_3CH_3やSiH_4の吸着により形成されたC及びSi一原子層の熱処理に対する安定性を調べた結果、C一原子層は500℃以上の熱処理により脱離し、減少する傾向が見られた。一方、Si一原子層は、700℃での熱処理によりGe基板中へ拡散し減少する傾向が見られたが、600℃以下の熱処理では安定に存在することを明らかにした。さらに、500℃でのSiH_4反応により、面密度7×10^<13>cm^<-2>のC吸着Ge(100)表面でのSiエピタキシャル成長も実現した。以上のように、Si-Ge-C-N系原子層積層による共鳴トンネルダイオード実現のために必要不可欠となる大きな成果を得た。

研究成果

• [文献書誌] T.Watanabe et al.: "Atomic-Order Thermal Nitridation of Si(100) and Subsequent Growth of Si"J. Vac. Sci. Technol. A.. Vol.19, No.4, PartII. 1907-1911 (2001)
• [文献書誌] D.Lee et al.: "Phosphorus Doping in Si_<1-x-y>Ge_xC_y Epitaxial Growth by Low-Pressure Chemical Vapor Deposition Using a SiH_4-GeH_4-CH_3SiH_3-PH_3-H_2 Gas System"Jpn. J. Appl. Phys.. Vol.40, PartI. 2697-2700 (2001)
• [文献書誌] 室田淳一 他: "CVD法によるSi_<1-x-y>Ge_xC_yエピタキシャル成長とドーピング制御"応用物理学会誌. 第70巻,第9号. 1082-1086 (2001)
• [文献書誌] Y.Shimamune et al.: "Epitaxial Growth of Heavily P-doped Si Films at 450℃ by Alternately Supplied PH_3 and SiH_4"J. Phys. IV France.. Vol.11,Pr3. 255-260 (2001)
• [文献書誌] T.Yamashiro et al.: "Super Self-Aligned Technology of Ultra-Shallow Junction in MOSFETs Using Selective Si_<1-x> Ge_x CVD"Materials Science and Engineering B. Vol.89, Issues1-3. 120-124 (2002)
• [文献書誌] Y.Shimamune et al.: "Doping and Electrical Characteristics of Si Films Epitaxially Grown at 450℃ by Alternately Supplied PH_3 and SiH_4"2001 Spring Meeting, The European Materials Research Society, Strasbourg, France. D-X,3 (2001)
• [文献書誌] M.Fujiu et al.: "Influence of Carbon on Thermal Stability of Silicon Atomic Layer Formed on Ge(100)"2001 Spring Meeting, The European Materials Research Society. D-VIII/P9 (2001)
• [文献書誌] T.Yamashiro et al.: "Super Self-Aligned Technology of Ultra-Shallow Junction MOSFETs Using Selective Si_<1-x> Ge_x"2001 Spring Meeting, The European Materials Research Society. DV/P20 (2001)
• [文献書誌] J.Murota et al.: "Atomically Precise Control of Heterointerfaces for High-Performance SiGe-Based Heterodevices"2001 Advanced Research Workshop, Future Trends in Microelectronics. p51 (2001)
• [文献書誌] J.Murota et al.: "Atomically Controlled Processing for Group IV Semiconductors(Keynote Lecture)"9th European Conference on Applications of Surface and Interface Analysis(SIA). 20 (2001)
• [文献書誌] O.Jintsugawa et al.: "Thermal Nitridation of Ultrathin SiO_2 on Si by NH_3"9th European Conference on Applications of Surface and Interface Analysis(SIA). 194 (2001)
• [文献書誌] J.Murota et al.: "CVD SiGe(C) Epitaxial Growth and Its Application ti MOS Devices(Invited Paper)"The Sixth International Conference on Solid-State and Integrated-Circuit Technology. 525-530 (2001)
• [文献書誌] Y.Hashiba: "Growth Characteristics of Si_<1-x-y>Ge_xC_y on Si(100) and SiO_2 in Ultraclean Low-Temperature LPCVD"AVS 48th International Symposium. 135 (2001)
• [文献書誌] Y.C.Jeong et al.: "Si Epitaxial Growth on the Atomic-Order Nitrided Si(100) Surface in SiH_4 Reaction"2001 International Conference on Rapid Thermal Processing for Future Semiconductor Devices. Abs.8.3 (2001)
• [文献書誌] Y.Shimamune et al.: "Heavy Doping Characteristics of Si Films Epitaxially Grown at 450℃ by Alternately Supplied PH_3 and SiH_4"2001 International Conference on Rapid Thermal Processing for Future Semiconductor Devices. Abs.8.4 (2001)