Si-Ge系エピタキシャル成長による超高濃度不純物半導体の形成とその物性

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高性能超微細ヘテロデバイスを実現するために、高品質Si-Ge系ヘテロエピタキシャル薄膜の膜厚や不純物ドーピング濃度の精密な制御、不純物の拡散抑制と同時に、電極との超低抵抗コンタクトのために超高濃度ドーピングが不可欠である。平成11年度までに高清浄CVDを用いたSi-Ge系薄膜へのP及びBのin-situドーピング特性を明らかにした。本年度はSiH_4-GeH_4-PH_3,-B_2H_6系にCH_3SiH_3を添加して、Si-Ge-C系低温エピタキシャル膜のP及びBのin-situドーピング特性を調べた。その結果、P及びBのSi-Ge-C系薄膜へのドーピング特性は、Si-Ge系と同様に広い濃度範囲にわたってラングミュア型の吸着・反応を仮定することにより説明できることを明らかにした。また、C比率が1%以上のSi-Ge-C系薄膜では、P及びBが電気的に不活性になる傾向がある事を明らかにした。一方、PH_3によりSi表面上にPを原子層形成し、その上にSiH_4によりSiを形成した原子層ドーピング構造を多重積層した超高濃度PドープSi単結晶の形成についても研究した。450℃において平均P濃度が6x10^<20>cm^<-3>のPとSiの多重積層膜を形成し、ドープしたPの60%が電気的に活性となり、3x10^<-4>Ωcmという低抵抗率になることを確認した。また、この薄膜を550-750℃で熱処理することにより、キャリア密度が減少し、抵抗率が増加することを確認した。これから低抵抗Si単結晶が450℃という低温でのみ形成できることを明らかにした。以上のように、Si-Ge-C系薄膜中へのP及びBのIn-situドーピング特性を明らかにする一方で、原子層ドーピングを応用した超低抵抗Si単結晶の実現の見通しを得た。