次世代超LSI材料SiGeを拡散源としたSi中への不純物拡散の研究

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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低温化が進んでいるものの加熱処理は必須である為、SiGe系薄膜からの不純物熱拡散の高精度制御が必要である。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 P-doped Si_<1-X>Ge_X薄膜を形成し(X=0.2,0.5,0.8)、低温熱処理(750〜850℃)によるSi中への不純物拡散について研究した。各Ge比率、熱処理温度でそれぞれ拡散時間の平方根で規格化した拡散プロファイル(濃度vs.(拡散距離/拡散時間の平方根))は一致した。拡散特性は時間に直接には依存せず、(拡散距離/拡散時間の平方根)という1つの変数で記述できる事を明らかにした。Ge比率X=0.2の場合、界面濃度は拡散源濃度の約1/2となり通常の多結晶Siからの拡散と同じ傾向を示した。しかし、高Ge比率ほど界面濃度は拡散源濃度の1/2よりも高くなり、Si_<1-X>Ge_X/Si界面にPの偏析が起こる事を明らかにした。Si中のPの拡散係数は拡散源の濃度が高いほど、またSi中でのP濃度が低くなるほど大きくなる。これは通常のSi中の高濃度P拡散と同じ傾向である。しかしSi_<1-X>Ge_Xを拡散源とした場合の拡散特性は拡散源(Si_<1-X>Ge_X)濃度ではなく、偏析後のSi_<1-X>Ge_X/Si界面濃度に依存する事を明らかにした。750〜850℃でのIn situ P-doped Si_<1-X>Ge_X薄膜からのSi中への不純物拡散について調べ、界面偏析、Si中での拡散の知見を得た。これらはSi_<1-X>Ge_Xを搭載した半導体素子製造技術の基礎の一つを与えるものとして極めて重要であり、今後引き続いて関連研究を継続する予定である。