半導体層中のドーパント拡散制御プロセス及びそれにより形成された半導体層
【課題】半導体層中のドーパントを所望の不純物濃度に拡散制御するプロセス及びそれにより形成された半導体層を提供する。
【解決手段】（ａ）拡散を抑制する量の電気的に不活性な不純物を結晶成長流内に導入するステップと、（ｂ）該結晶成長流を使用して少なくとも１つの結晶成長技術により結晶性の半導体基板上に結晶性の第１の半導体層を堆積させるステップと、（ｃ）該第１の半導体層上に第２の半導体層を形成するステップとからなり、該第２の半導体層は、電気的に活性なドーパントを含む。
【解決手段】（ａ）拡散を抑制する量の電気的に不活性な不純物を結晶成長流内に導入するステップと、（ｂ）該結晶成長流を使用して少なくとも１つの結晶成長技術により結晶性の半導体基板上に結晶性の第１の半導体層を堆積させるステップと、（ｃ）該第１の半導体層上に第２の半導体層を形成するステップとからなり、該第２の半導体層は、電気的に活性なドーパントを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体層中でのイオン注入ドーパント原子の拡散制御プロセス及びそれにより形成された半導体層に係る。
【背景技術】
【０００２】
半導体材料が原子デバイスに有用である１つの特徴は、それらの電気伝導特性が、材料中に少量のドーパント原子を導入することにより、制御できることである。制御可能で、再現性が良く、最も好ましくない副作用のないドーパント原子導入の有用な方法は、イオン注入である。イオン注入中、ドーパント原子はイオン化し、加速され、シリコン基板に向けられる。それらはシリコン基板の結晶格子に入り、シリコン原子と衝突し、徐々にエネルギーを失い、最後に格子内のある深さで静止する。平均の深さは、加速エネルギーを調整することにより、制御できる。ドーパントドーズは注入中、イオン電流をモニターすることにより、制御できる。主要な副作用であるイオンの衝突により生じるシリコン格子の崩壊は、その後の熱処理、すなわちアニーリングにより、除去される。アニーリングは格子損傷を回復し、ドーパント原子を、電気的に活性になるシリコン基板内の置換位置に置くために、必要である。
【０００３】
デバイスの寸法がサブミクロンの範囲に減少するとともに、ドーパント原子の拡散は、シリコン基板内の垂直及び横方向の両方に、精密に制御しなければならない。ドーパントの拡散を制御する１つの方法は、急速熱アニーリングである。急速熱アニーリングは、たとえば１００秒といった短時間でウエハを加熱し、あらかじめ許容限界とみなされていた範囲内で、ドーパント原子を拡散させ、ほとんど完全に電気的に活性化させられる各種の方法をさす用語である。
【０００４】
しかし、急速熱アニーリング技術を用いても、過渡促進拡散（ＴＥＤ）として知られる現象が起ることが、観察されている。過渡促進拡散は注入後のアニーリング中に起り、ドーパント原子、特にホウ素（Ｂ）及びリン（Ｐ）の拡散が、注入により生じた自己格子間過剰シリコン（Ｓｉ）により、好ましくないほど促進されるという事実から生じる。注入により過剰の格子間Ｓｉが生じることにより、動的クラスタ形成とここで呼ぶ現象も起る。それにより、注入されたドーパント原子は半導体層中に、クラスタ又は集団を形成する。これらのクラスタ又は集団は、動かず、電気的に不活性である。以前は、ＴＥＤ及び動的クラスタ形成は、デバイス作製上の関心事ではなかったが、ＴＥＤ及び動的クラスタ形成は今や、将来のシリコンデバイス技術で達成できる最小デバイス寸法に対する重大な限界を与える恐れが出てきた。
【０００５】
最近の研究は、デバイスプロセス中のドーパント原子の拡散を予測するために設計されたシミュレーションプログラムの十分な基礎を作るため、ドーパントの拡散機構を解明することに、向けられてきた。つけ加えるべき挑戦は、ドーパント原子の拡散を制御するプロセスと両立する方法の開発である。
【０００６】
ドーパントの拡散を著しく低下させることは、ドーパント注入及びアニーリングの前に、結晶Ｓｉ基板をアモルファス化することにより、実現できる。しかし、接合漏れを増加させうる最初のアモルファスＳｉ／結晶Ｓｉ界面近くに存在する欠陥帯を制御することは、困難であることが、わかっている。更に、その後の熱処理中、欠陥帯から格子間原子が注入され、つけ加わり、それによってＴＥＤが接続する。最近、エス・ニシカワ（Ｓ．Ｎｉｓｈｉｋａｗａ）、エイ・タナカ（Ａ．Ｔａｎａｋａ）及びティー・ヤマジ（Ｔ．Ｙａｍａｊｉ）、アプライド・フィジックス・レターズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ）、６０，２２７０（１９９２）は、ドーパント拡散は炭素（Ｃ）をホウ素と同時に、シリコン基板中に注入した時、低下させられることを報告した。この低下は注入された炭素がアニーリング中過剰の格子間原子の吹い口となるという事実が原因とされてきた。ドーパント拡散を抑える上で、炭素を同時注入する効率は、炭素原子はドーパント及び注入炭素の両方から、イオンで生成した格子間原子を捕獲しなければならないという事実によって、制限される。
【非特許文献１】Appl. Phys. Lett. 60(18), PP.2270-2272
【特許文献１】特開平02-205016号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
堆積させた半導体層中での、たとえばホウ素、リン、Ａｓ等のイオン注入ドーパント原子の拡散は、拡散抑制量の電気的に不活性な不純物を、結晶成長技術により、半導体層中に導入することを含むプロセスによって、制御される。置換炭素のような電気的に不活性な不純物は、化学気相堆積及び分子線エピタキシーといった従来の結晶成長技術の間、結晶成長流中に不純物を含む少なくとも１つの物質を加えることにより、半導体層中に導入するのが好ましい。たとえば、炭素を含む気体を、エピタキシャルシリコン層の化学気相堆積中、結晶成長流中に、添加することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施例において、電気的に不活性な不純物は、半導体層全体に渡って、半導体層内で垂直又は水平方向にイオン注入ドーパントの拡散を制御するよう調整できる濃度に、導入される。
【０００９】
本発明の第２の実施例において、少なくとも２つの独立の領域又は層が内部に形成され、１つの領域又は層は電気的に不活性な不純物を有し、他方の領域又は層は、電気的に不活性な不純物を含まない半導体層を形成する。この構造において、電気的に不活性な不純物を含む領域又は層は、電気的に不活性な不純物を本質的に含まない領域又は層中に注入されたドーパント原子の拡散を阻止する。
【００１０】
“半導体層”という用語は、結晶成長技術により基板上に選択的又は一様に成長できる任意の層をさすと、ここでは理解することとする。そのような半導体層の例には、エピタキシャルシリコン、多結晶シリコン及びシリコン−ゲルマニウムが含まれる。
【００１１】
“拡散”という用語は、過渡促進拡散（ＴＥＤ）及び動的クラスタ形成の両方を含むと、ここでは理解することとする。
【００１２】
“結晶成長技術”という用語は、ここではその広い意味で用い、従って基板上に材料を成長させるのに用いることのできるすべての技術を含むものと、理解することにする。従って、ここで用いることのできる技術には、化学気相堆積（ＣＶＤ）、分子線エピタキシー、反応性マグネトロンスパッタリング及び同様のものが含まれる。“電気的に不活性な不純物”という用語は、やはり広い意味で用いられ、ここで定義されるように、半導体中に導入された時、半導体の電気的特性に影響を与えない任意の原子又は分子を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明に従い導入された電気的に不活性な不純物を含む半導体層は、ビー・ジャヤント・バリガ（Ｂ．Ｊａｙａｎｔ Ｂａｌｉｇａ）編、“エピタキシャルシリコン技術”アカデミックプレス（１９８６）に述べられているような、化学気相堆積（ＣＶＤ）により形成されたエピタキシャルシリコン層が、好ましい。
【００１４】
化学気相堆積は典型的な場合、シリコンを含む気体又は複数の気体を、通常約１００ないし約１３００℃、好ましくは約８００ないし約１２００℃の温度の基板上で、通常大気ないし約１０ｍＴｏｒｒの範囲の圧力で、分解させることを含む。上に半導体層を成長できる基板は、典型的な場合、チョクラルスキ技術により作成したシリコンウエハでよい。ウエハは（１００）、（１１０）又は（１１１）といった任意の適当な面方位を持ってよく、当業者には周知のように、高濃度又は低濃度に不純物をドープしてよい。半導体層のバックグランドの電気的ドーピングは、たとえばジボラン（Ｂ２Ｈ６）又はホスフィン（ＰＨ３）といった適当なドーパント原子を含むわずかの気体を、気体混合物に添加することにより、実現できる。ＣＶＤ中シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）、四塩化シリコン（ＳｉＣｌ４）及び類似のものといった任意の適当なシリコンを含む気体又はそれらの混合物を、用いることができる。
【００１５】
本発明に従うと、たとえばシリコンを含む気体を、ホットウォール又はコールドウォールＣＶＤ容器中に導入し、結晶成長流を供給することにより、エピタキシャル成長プロセスが始った後、シリコンのエピタキシャル成長層中に導入すべき物質、すなわち電気的に不活性な不純物を、ＣＶＤ容器中の結晶成長流に添加する。“結晶成長流”という用語は、ここでは結晶成長を起すために、シリコン基板に供給される物質をさすと、理解することとする。電気的に不活性となる物質の例には、炭素、フッ素、窒素、酸素及びゲルマニウムが含まれる。エピタキシャルシリコン層内の結晶格子構造中の置換位置を占める炭素は好ましい。従って、本発明の好ましい実施例において、炭素を含む気体又は炭素を含む気体の混合物を、エピタキシャルシリコン層の化学気相堆積中、結晶成長流中に加え、それにより堆積させるエピタキシャルシリコン層内に、置換炭素を導入する。そのようなエピタキシャルシリコン層内に置換シリコンが存在することは、拡散すなわちその後イオン注入されるドーパント原子の過渡促進拡散及び動的クラスタ形成を制御する有効な手段であることが、示されている。
【００１６】
電気的に不活性な不純物が置換炭素の場合、メタン（ＣＨ４）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）及びシラシクロブタン（Ｃ３Ｈ６ＳｉＨ２）といった炭化水素を含む炭素を含む気体又はそれらの混合物を、このプロセスに用いることができる。ここで用いる炭化水素は、高純度すなわちＵＬＳＩ級である必要がある。
【００１７】
エピタキシャル成長プロセス中、結晶成長流に炭素を含む気体を添加することは、ＣＶＤ容器に入る気体流に、炭素を含む気体を添加することにより、実現される。炭素を含む気体を含め、ＣＶＤ容器に入る気体の流量は、約１ｓｃｃｍ（標準立方センチメータ／分）ないし約１０ｓｌｐｍ（標準リッター／分）と、広範囲にできる。置換炭素は堆積するエピタキシャルシリコン層中に、濃度で表わすと約１×１０２０Ｃ／ｃｍ３以下の水準で、導入するのが好ましい。約４×１０１８ないし約１×１０２０Ｃ／ｃｍ３、より好ましくは約１×１０１９ないし約３×１０１９Ｃ／ｃｍ３の範囲の濃度で、エピタキシャルシリコン層内に導入するのが、好ましい。もちろん、エピタキシャルシリコン層中に導入される置換炭素は、エピタキシャル成長プロセス中、気体流に添加される炭素を含む気体の量を制御することにより、制御できる。ＣＶＤ中気体流に添加される炭素を含む気体又は複数の気体の量は、用いる炭素を含む具体的な気体の反応性に、大きく依存する。たとえば、アセチレンはエチレンより、ＭＢＥ条件下では、より反応性であることが、わかっている。従って、エチレンはアセチレンに比べ、多量に用いることになる。用いる適切な気体と量は、日常的な実験により、容易に決めることができる。通常、シリコンを含む気体に対する炭素を含む気体の比は、約１：１ないし約１：１０，０００で、約１：１００ないし約１：１０００が一般的である。このように、半導体層中に導入される置換炭素の量は、精密に制御できる。
【００１８】
従って、本発明の一実施例において、結晶成長技術を用いてシリコンウエハ上に成長させる半導体層の本質的に全体に、電気的に不活性な不純物を導入するプロセスが実現される。その後、Ｂ、Ｐ、Ａｓ及び同様のものといったドーパントが、半導体層中の制御できる深さに、注入できる。約２０，０００Å、好ましくは約２，０００Åを越えない深さ、最も好ましくは約５００Åを越えない深さが得られる。周知の方法に従い、各種の微細電子デバイスが、半導体層中に作製できる。そのようなデバイスの例には、たとえばｎ−ＭＯＳ、ｐ−ＭＯＳ及びＣＭＯＳのようなＭＯＳ形デバイス、バイポーラデバイス、ＢｉＣＭＯＳ、薄膜トランジスタ、ヘテロ接合デバイス及び同様のものが含まれる。
【００１９】
電気的に不活性な不純物を、半導体層の選択された領域にのみ、導入することが望ましい場合は、電気的に不活性な不純物を含む物質は、限られた時間だけ、ＣＶＤ容器に導入される。従って、本発明の第２の実施例においては、エピタキシャルシリコン層の化学気相堆積中の炭素を含む気体の流れは、成長プロセスが完了する前に、停止される。具体的に考える１つの構造は、炭素を含む気体をエピタキシャル成長プロセスの第１の部分で流し、次に成長プロセスの完了前に止め、それによってエピタキシャルシリコンの置換炭素のない層を、エピタキシャルシリコンの置換炭素を含む層の最上部上に成長させた構造である。続いてドーパント原子を炭素を含まない領域又は２つのそのような別々の領域又は層を有するエピタキシャルシリコンの層に注入した時、置換炭素を含む底部層は、本質的に置換炭素を含まない最上部層中に注入されたドーパント原子の拡散を阻止する働きをする。その後、Ｂ、Ｐ、Ａｓ及び同様のものといったドーパントを、本実施例に従って生成したエピタキシャルシリコン層中の制御しうる深さに、注入できる。約２０，０００Åを越えない深さ、好ましくは約２，０００Åを越えない深さ、最も好ましくは約５００Åを越えない深さが得られる。このように、１ないし複数の上述のような領域又は層を含むエピタキシャルシリコン層に、各種の微細電子デバイスが形成できる。
【００２０】
以下の例は本発明の利点を示す。
例１
置換炭素が存在する場合ドーパント拡散、すなわち過渡促進拡散を調べるため、以下のホウ素拡散マーカを準備した。ホウ素ドープ結晶Ｓｉ（ｃ−Ｓｉ）超格子を、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）により、６００℃で浮遊帯（ＦＺ）Ｓｉ（１００）基板上に、成長させた。これにより、１０００Åのｃ−Ｓｉキャップ層下に、８００Åで分離された１．５×１０１３Ｂ／ｃｍ２の〜１００Å幅のドーピングスパイクが生じた。そのような構造は、過渡促進拡散の機構を同定する上での拡散マーカとして、非常に有効であることが、明らかになっている。
【００２１】
置換炭素はリークバルブを通し、ＭＢＥ容器中にアセチレンガスを導入することにより、エピタキシャルシリコンの成長中、０．６Å／Ｓの成長速度で導入した。堆積中に基板温度は、６００℃であった。標準的な成長条件、すなわちＭＢＥ容器にアセチレンガスを導入しない条件下でのバックグランドの置換炭素レベルは、１×１０１８Ｃ／ｃｍ３であった。そのような置換炭素のバックグランド濃度は典型的な場合、エピタキシャル層を成長させるのに用いられる装置中に、わずかな濃度の不純物が存在するために、ＭＢＥにより成長させるすべてのエピタキシャル層中に、存在する。このバックグランドは従来から、望ましくないとみなされてきた。１０−７Ｔｏｒｒのアセトンのバックグランド圧下での成長では、置換炭素レベルは、２×１０１９Ｃ／ｃｍ３に増加した。ホウ素ドーピングスパイクにおける置換炭素の導入は、成長の中断により３倍増加する。透過電子顕微鏡写真（ＴＥＭ）は、１０００℃、１時間の置換炭素を多く含むシリコン層のアニーリングで、カーバイドの析出はないことを示している。このことは、導入された炭素を高温まで、溶液として留ることを、示している。成長させた超格子にはその後、４０ｋｅＶのエネルギー、５×１０１３／ｃｍ２のドーズで、室温においてシリコンを注入した。この非アモルファス化注入により、０．１μｍＣ−Ｓｉ表面層中に結晶損傷が生じ、デバイスプロセスに用いられる典型的なドーパント注入の代表である。試料は化学的に清浄化し、真空中で７９０℃において１０分間アニールし、拡散を起させた。ホウ素拡散プロフィルは２ｋｅＶＯ２＋を用いて、４Å／Ｓのスパッタリング速度で、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）を使用して測定し、３ｋｅＶＣｓ＋を用いた時、１２Å／Ｓで炭素分布が得られた。
【００２２】
図１はアニーリング後のホウ素分布のＳＩＭＳ測定結果を示す。特に図１Ａを参照すると、バックグランド濃度の置換炭素、すなわち１×１０１８Ｃ／ｃｍ３の炭素を含む超格子の場合、イオン注入試料中のホウ素マーカの拡散は、注入により生じる損傷が無い場合の熱拡散に比べ、著しく促進（〜１００×）された。拡散が促進されたことは、イオン注入種から、過剰の格子間原子が注入されたことによる。注入損傷に最も近いホウ素スパイクの部分は、不動のままで、それは格子間原子の影響により、Ｂのクラスタが形成されたことによる。
【００２３】
次に、図１Ｂを参照すると、本発明に従い２×１０１９Ｃ／ｃｍ３の濃度で置換炭素を含むイオン損傷超格子中のホウ素拡散は、熱拡散に比べ著しい過渡促進拡散を示さず、イオン損傷領域からの格子間原子の注入が抑えられることを、示している。
【００２４】
上の例は置換炭素はイオン生成格子間原子の効果的な吹い口として働くことを、示している。理論により限定する意図はないが、炭素と格子間原子は結合し、可動性の炭素格子間原子対を形成し、続いてより大きな炭素−格子間原子の集合体の核生成と成長が起ると確信される。
【００２５】
例２
Ｃ過剰ｃ−Ｓｉ中のイオン注入Ｂ分布の拡散の振舞い及び電気的特性を、以下のように調べた。この目的のために、ｐ−及びｎ−ドープ浮遊帯Ｓｉ（１００）ウエハを、０．５、１及び２ＭｅＶＳｉ注入種を用い、全ドーズ１．５×１０１６／ｃｍ２で〜７７Ｋにおいて、２μｍの深さまで、アモルファス化した。ウエハの一部に、１０、２８、６５、１３０、２３０及び４００ｋｅＶのエネルギーで、それぞれ１．３、３．２、６．０、８．７、１１．３及び１３．３×１０１３／ｃｍ３のドーズにＣを注入した。固相エピタキシー（ＳＰＥ）によりアモルファスＳｉ（ａ−Ｓｉ）層を再成長し、注入されたＣをｃ−Ｓｉ格子中に入れるため、試料を真空中５００℃において１時間、６００℃において２時間、９００℃で１５分間アニールした。ａ−ＳｉのＳＰＥ中、炭素は置換位置に再成長する。得られた置換炭素レベルは、ＳＩＭＳにより調べたところ、試料の表面１μｍで、約４×１０１８ないし約６×１０１８Ｃ／ｃｍ３に変化した。Ｃを多く含む試料（ＣＳＰＥ）及び基準試料（ＳＰＥ）に、室温で１．５×１０１４／ｃｍ２、３０ｋｅＶのＢを注入した。試料はチャネリングを最小にするため、イオンビームに対して７°傾けた。拡散アニールは真空中で、８００℃で３５分及び９５０℃で１５分間行った。
【００２６】
図２はＳＩＭＳにより測定したホウ素拡散前及び後のホウ素分布を示す。図２Ａを参照すると、８００℃、３５分間のアニール後の基準試料中のホウ素の拡散分布は、ＴＥＤのすべての特徴を示している。すなわち、注入された分布の尾の部分のホウ素は、〜７００Å拡散したが、このアニールの平衡拡散長Ｌｅｑは、わずか〜２５Åである。加えて、１×１０１８／ｃｍ３以上の分布のピーク位置は、過剰の格子間原子により促進されたホウ素のクラスタ形成により、不動のままであった。
【００２７】
次に、図２Ｂを参照すると、Ｃ過剰基板ＣＳＰＥの拡散の振舞いは、非常に異っている。第１に、ホウ素分布の尾の部分におけるホウ素の拡散は、８００及び９５０℃の両方で、著しく減少している。加えて、ホウ素分布のピークにおける不動ホウ素クラスタの顕著な信号は無い。このことは、置換炭素は格子間原子を捕獲する働きをし、それによって過渡促進ホウ素拡散とホウ素の格子間原子によって促進されるクラスタ形成の両方が、抑えられることを示している。
【００２８】
図３の広がり抵抗測定は、ホウ素分布の主要部分（〜８０％）は、９５０℃のアニーリング工程後、電気的に活性であることを、示している。加えて、ｎ形、Ｃ過剰基板中のホウ素分布のホール測定は、８００℃における拡散後に電気的に活性な割合は約６０％で、９５０℃におけるアニールで更に〜８５％に増加することを、示している。ＦＺ基板中に注入し、同じ条件下でアニールしたホウ素分布でも、同程度の活性化率が見い出されている。これらの電気的データは、Ｃ又はＣ−格子間原子集合体の存在は、許容できない水準で、ドーピング効率に悪影響を及ぼさないことを、示している。
【００２９】
本発明について、各種の実施例を具体的に示し、述べてきたが、当業者には、特許請求の範囲で規定される本発明の精神及び視野を離れることなく、本発明の修正及び変更ができることは、明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】Ａは、エピタキシャルシリコン中のホウ素拡散の深さ方向の分布を、二次イオン質量分析で測定した結果を、グラフで示す図である。 Ｂは、エピタキシャルシリコン中のホウ素拡散の深さ方向の分布を、二次イオン質量分析で測定した結果を、グラフで示す図である。
【図２】Ａは、エピタキシャルシリコン中のホウ素拡散の深さ方向の分布を、二次イオン質量分析で測定した結果を、グラフで示す図である。 Ｂは、エピタキシャルシリコン中のホウ素拡散の深さ方向の分布を、二次イオン質量分析で測定した結果を、グラフで示す図である。
【図３】エピタキシャルシリコン中の原子状及び電気的ホウ素の深さ分布を、グラフで示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体層中でのイオン注入ドーパント原子の拡散制御プロセス及びそれにより形成された半導体層に係る。
【背景技術】
【０００２】
半導体材料が原子デバイスに有用である１つの特徴は、それらの電気伝導特性が、材料中に少量のドーパント原子を導入することにより、制御できることである。制御可能で、再現性が良く、最も好ましくない副作用のないドーパント原子導入の有用な方法は、イオン注入である。イオン注入中、ドーパント原子はイオン化し、加速され、シリコン基板に向けられる。それらはシリコン基板の結晶格子に入り、シリコン原子と衝突し、徐々にエネルギーを失い、最後に格子内のある深さで静止する。平均の深さは、加速エネルギーを調整することにより、制御できる。ドーパントドーズは注入中、イオン電流をモニターすることにより、制御できる。主要な副作用であるイオンの衝突により生じるシリコン格子の崩壊は、その後の熱処理、すなわちアニーリングにより、除去される。アニーリングは格子損傷を回復し、ドーパント原子を、電気的に活性になるシリコン基板内の置換位置に置くために、必要である。
【０００３】
デバイスの寸法がサブミクロンの範囲に減少するとともに、ドーパント原子の拡散は、シリコン基板内の垂直及び横方向の両方に、精密に制御しなければならない。ドーパントの拡散を制御する１つの方法は、急速熱アニーリングである。急速熱アニーリングは、たとえば１００秒といった短時間でウエハを加熱し、あらかじめ許容限界とみなされていた範囲内で、ドーパント原子を拡散させ、ほとんど完全に電気的に活性化させられる各種の方法をさす用語である。
【０００４】
しかし、急速熱アニーリング技術を用いても、過渡促進拡散（ＴＥＤ）として知られる現象が起ることが、観察されている。過渡促進拡散は注入後のアニーリング中に起り、ドーパント原子、特にホウ素（Ｂ）及びリン（Ｐ）の拡散が、注入により生じた自己格子間過剰シリコン（Ｓｉ）により、好ましくないほど促進されるという事実から生じる。注入により過剰の格子間Ｓｉが生じることにより、動的クラスタ形成とここで呼ぶ現象も起る。それにより、注入されたドーパント原子は半導体層中に、クラスタ又は集団を形成する。これらのクラスタ又は集団は、動かず、電気的に不活性である。以前は、ＴＥＤ及び動的クラスタ形成は、デバイス作製上の関心事ではなかったが、ＴＥＤ及び動的クラスタ形成は今や、将来のシリコンデバイス技術で達成できる最小デバイス寸法に対する重大な限界を与える恐れが出てきた。
【０００５】
最近の研究は、デバイスプロセス中のドーパント原子の拡散を予測するために設計されたシミュレーションプログラムの十分な基礎を作るため、ドーパントの拡散機構を解明することに、向けられてきた。つけ加えるべき挑戦は、ドーパント原子の拡散を制御するプロセスと両立する方法の開発である。
【０００６】
ドーパントの拡散を著しく低下させることは、ドーパント注入及びアニーリングの前に、結晶Ｓｉ基板をアモルファス化することにより、実現できる。しかし、接合漏れを増加させうる最初のアモルファスＳｉ／結晶Ｓｉ界面近くに存在する欠陥帯を制御することは、困難であることが、わかっている。更に、その後の熱処理中、欠陥帯から格子間原子が注入され、つけ加わり、それによってＴＥＤが接続する。最近、エス・ニシカワ（Ｓ．Ｎｉｓｈｉｋａｗａ）、エイ・タナカ（Ａ．Ｔａｎａｋａ）及びティー・ヤマジ（Ｔ．Ｙａｍａｊｉ）、アプライド・フィジックス・レターズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ）、６０，２２７０（１９９２）は、ドーパント拡散は炭素（Ｃ）をホウ素と同時に、シリコン基板中に注入した時、低下させられることを報告した。この低下は注入された炭素がアニーリング中過剰の格子間原子の吹い口となるという事実が原因とされてきた。ドーパント拡散を抑える上で、炭素を同時注入する効率は、炭素原子はドーパント及び注入炭素の両方から、イオンで生成した格子間原子を捕獲しなければならないという事実によって、制限される。
【非特許文献１】Appl. Phys. Lett. 60(18), PP.2270-2272
【特許文献１】特開平02-205016号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
堆積させた半導体層中での、たとえばホウ素、リン、Ａｓ等のイオン注入ドーパント原子の拡散は、拡散抑制量の電気的に不活性な不純物を、結晶成長技術により、半導体層中に導入することを含むプロセスによって、制御される。置換炭素のような電気的に不活性な不純物は、化学気相堆積及び分子線エピタキシーといった従来の結晶成長技術の間、結晶成長流中に不純物を含む少なくとも１つの物質を加えることにより、半導体層中に導入するのが好ましい。たとえば、炭素を含む気体を、エピタキシャルシリコン層の化学気相堆積中、結晶成長流中に、添加することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施例において、電気的に不活性な不純物は、半導体層全体に渡って、半導体層内で垂直又は水平方向にイオン注入ドーパントの拡散を制御するよう調整できる濃度に、導入される。
【０００９】
本発明の第２の実施例において、少なくとも２つの独立の領域又は層が内部に形成され、１つの領域又は層は電気的に不活性な不純物を有し、他方の領域又は層は、電気的に不活性な不純物を含まない半導体層を形成する。この構造において、電気的に不活性な不純物を含む領域又は層は、電気的に不活性な不純物を本質的に含まない領域又は層中に注入されたドーパント原子の拡散を阻止する。
【００１０】
“半導体層”という用語は、結晶成長技術により基板上に選択的又は一様に成長できる任意の層をさすと、ここでは理解することとする。そのような半導体層の例には、エピタキシャルシリコン、多結晶シリコン及びシリコン−ゲルマニウムが含まれる。
【００１１】
“拡散”という用語は、過渡促進拡散（ＴＥＤ）及び動的クラスタ形成の両方を含むと、ここでは理解することとする。
【００１２】
“結晶成長技術”という用語は、ここではその広い意味で用い、従って基板上に材料を成長させるのに用いることのできるすべての技術を含むものと、理解することにする。従って、ここで用いることのできる技術には、化学気相堆積（ＣＶＤ）、分子線エピタキシー、反応性マグネトロンスパッタリング及び同様のものが含まれる。“電気的に不活性な不純物”という用語は、やはり広い意味で用いられ、ここで定義されるように、半導体中に導入された時、半導体の電気的特性に影響を与えない任意の原子又は分子を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明に従い導入された電気的に不活性な不純物を含む半導体層は、ビー・ジャヤント・バリガ（Ｂ．Ｊａｙａｎｔ Ｂａｌｉｇａ）編、“エピタキシャルシリコン技術”アカデミックプレス（１９８６）に述べられているような、化学気相堆積（ＣＶＤ）により形成されたエピタキシャルシリコン層が、好ましい。
【００１４】
化学気相堆積は典型的な場合、シリコンを含む気体又は複数の気体を、通常約１００ないし約１３００℃、好ましくは約８００ないし約１２００℃の温度の基板上で、通常大気ないし約１０ｍＴｏｒｒの範囲の圧力で、分解させることを含む。上に半導体層を成長できる基板は、典型的な場合、チョクラルスキ技術により作成したシリコンウエハでよい。ウエハは（１００）、（１１０）又は（１１１）といった任意の適当な面方位を持ってよく、当業者には周知のように、高濃度又は低濃度に不純物をドープしてよい。半導体層のバックグランドの電気的ドーピングは、たとえばジボラン（Ｂ２Ｈ６）又はホスフィン（ＰＨ３）といった適当なドーパント原子を含むわずかの気体を、気体混合物に添加することにより、実現できる。ＣＶＤ中シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）、四塩化シリコン（ＳｉＣｌ４）及び類似のものといった任意の適当なシリコンを含む気体又はそれらの混合物を、用いることができる。
【００１５】
本発明に従うと、たとえばシリコンを含む気体を、ホットウォール又はコールドウォールＣＶＤ容器中に導入し、結晶成長流を供給することにより、エピタキシャル成長プロセスが始った後、シリコンのエピタキシャル成長層中に導入すべき物質、すなわち電気的に不活性な不純物を、ＣＶＤ容器中の結晶成長流に添加する。“結晶成長流”という用語は、ここでは結晶成長を起すために、シリコン基板に供給される物質をさすと、理解することとする。電気的に不活性となる物質の例には、炭素、フッ素、窒素、酸素及びゲルマニウムが含まれる。エピタキシャルシリコン層内の結晶格子構造中の置換位置を占める炭素は好ましい。従って、本発明の好ましい実施例において、炭素を含む気体又は炭素を含む気体の混合物を、エピタキシャルシリコン層の化学気相堆積中、結晶成長流中に加え、それにより堆積させるエピタキシャルシリコン層内に、置換炭素を導入する。そのようなエピタキシャルシリコン層内に置換シリコンが存在することは、拡散すなわちその後イオン注入されるドーパント原子の過渡促進拡散及び動的クラスタ形成を制御する有効な手段であることが、示されている。
【００１６】
電気的に不活性な不純物が置換炭素の場合、メタン（ＣＨ４）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）及びシラシクロブタン（Ｃ３Ｈ６ＳｉＨ２）といった炭化水素を含む炭素を含む気体又はそれらの混合物を、このプロセスに用いることができる。ここで用いる炭化水素は、高純度すなわちＵＬＳＩ級である必要がある。
【００１７】
エピタキシャル成長プロセス中、結晶成長流に炭素を含む気体を添加することは、ＣＶＤ容器に入る気体流に、炭素を含む気体を添加することにより、実現される。炭素を含む気体を含め、ＣＶＤ容器に入る気体の流量は、約１ｓｃｃｍ（標準立方センチメータ／分）ないし約１０ｓｌｐｍ（標準リッター／分）と、広範囲にできる。置換炭素は堆積するエピタキシャルシリコン層中に、濃度で表わすと約１×１０２０Ｃ／ｃｍ３以下の水準で、導入するのが好ましい。約４×１０１８ないし約１×１０２０Ｃ／ｃｍ３、より好ましくは約１×１０１９ないし約３×１０１９Ｃ／ｃｍ３の範囲の濃度で、エピタキシャルシリコン層内に導入するのが、好ましい。もちろん、エピタキシャルシリコン層中に導入される置換炭素は、エピタキシャル成長プロセス中、気体流に添加される炭素を含む気体の量を制御することにより、制御できる。ＣＶＤ中気体流に添加される炭素を含む気体又は複数の気体の量は、用いる炭素を含む具体的な気体の反応性に、大きく依存する。たとえば、アセチレンはエチレンより、ＭＢＥ条件下では、より反応性であることが、わかっている。従って、エチレンはアセチレンに比べ、多量に用いることになる。用いる適切な気体と量は、日常的な実験により、容易に決めることができる。通常、シリコンを含む気体に対する炭素を含む気体の比は、約１：１ないし約１：１０，０００で、約１：１００ないし約１：１０００が一般的である。このように、半導体層中に導入される置換炭素の量は、精密に制御できる。
【００１８】
従って、本発明の一実施例において、結晶成長技術を用いてシリコンウエハ上に成長させる半導体層の本質的に全体に、電気的に不活性な不純物を導入するプロセスが実現される。その後、Ｂ、Ｐ、Ａｓ及び同様のものといったドーパントが、半導体層中の制御できる深さに、注入できる。約２０，０００Å、好ましくは約２，０００Åを越えない深さ、最も好ましくは約５００Åを越えない深さが得られる。周知の方法に従い、各種の微細電子デバイスが、半導体層中に作製できる。そのようなデバイスの例には、たとえばｎ−ＭＯＳ、ｐ−ＭＯＳ及びＣＭＯＳのようなＭＯＳ形デバイス、バイポーラデバイス、ＢｉＣＭＯＳ、薄膜トランジスタ、ヘテロ接合デバイス及び同様のものが含まれる。
【００１９】
電気的に不活性な不純物を、半導体層の選択された領域にのみ、導入することが望ましい場合は、電気的に不活性な不純物を含む物質は、限られた時間だけ、ＣＶＤ容器に導入される。従って、本発明の第２の実施例においては、エピタキシャルシリコン層の化学気相堆積中の炭素を含む気体の流れは、成長プロセスが完了する前に、停止される。具体的に考える１つの構造は、炭素を含む気体をエピタキシャル成長プロセスの第１の部分で流し、次に成長プロセスの完了前に止め、それによってエピタキシャルシリコンの置換炭素のない層を、エピタキシャルシリコンの置換炭素を含む層の最上部上に成長させた構造である。続いてドーパント原子を炭素を含まない領域又は２つのそのような別々の領域又は層を有するエピタキシャルシリコンの層に注入した時、置換炭素を含む底部層は、本質的に置換炭素を含まない最上部層中に注入されたドーパント原子の拡散を阻止する働きをする。その後、Ｂ、Ｐ、Ａｓ及び同様のものといったドーパントを、本実施例に従って生成したエピタキシャルシリコン層中の制御しうる深さに、注入できる。約２０，０００Åを越えない深さ、好ましくは約２，０００Åを越えない深さ、最も好ましくは約５００Åを越えない深さが得られる。このように、１ないし複数の上述のような領域又は層を含むエピタキシャルシリコン層に、各種の微細電子デバイスが形成できる。
【００２０】
以下の例は本発明の利点を示す。
例１
置換炭素が存在する場合ドーパント拡散、すなわち過渡促進拡散を調べるため、以下のホウ素拡散マーカを準備した。ホウ素ドープ結晶Ｓｉ（ｃ−Ｓｉ）超格子を、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）により、６００℃で浮遊帯（ＦＺ）Ｓｉ（１００）基板上に、成長させた。これにより、１０００Åのｃ−Ｓｉキャップ層下に、８００Åで分離された１．５×１０１３Ｂ／ｃｍ２の〜１００Å幅のドーピングスパイクが生じた。そのような構造は、過渡促進拡散の機構を同定する上での拡散マーカとして、非常に有効であることが、明らかになっている。
【００２１】
置換炭素はリークバルブを通し、ＭＢＥ容器中にアセチレンガスを導入することにより、エピタキシャルシリコンの成長中、０．６Å／Ｓの成長速度で導入した。堆積中に基板温度は、６００℃であった。標準的な成長条件、すなわちＭＢＥ容器にアセチレンガスを導入しない条件下でのバックグランドの置換炭素レベルは、１×１０１８Ｃ／ｃｍ３であった。そのような置換炭素のバックグランド濃度は典型的な場合、エピタキシャル層を成長させるのに用いられる装置中に、わずかな濃度の不純物が存在するために、ＭＢＥにより成長させるすべてのエピタキシャル層中に、存在する。このバックグランドは従来から、望ましくないとみなされてきた。１０−７Ｔｏｒｒのアセトンのバックグランド圧下での成長では、置換炭素レベルは、２×１０１９Ｃ／ｃｍ３に増加した。ホウ素ドーピングスパイクにおける置換炭素の導入は、成長の中断により３倍増加する。透過電子顕微鏡写真（ＴＥＭ）は、１０００℃、１時間の置換炭素を多く含むシリコン層のアニーリングで、カーバイドの析出はないことを示している。このことは、導入された炭素を高温まで、溶液として留ることを、示している。成長させた超格子にはその後、４０ｋｅＶのエネルギー、５×１０１３／ｃｍ２のドーズで、室温においてシリコンを注入した。この非アモルファス化注入により、０．１μｍＣ−Ｓｉ表面層中に結晶損傷が生じ、デバイスプロセスに用いられる典型的なドーパント注入の代表である。試料は化学的に清浄化し、真空中で７９０℃において１０分間アニールし、拡散を起させた。ホウ素拡散プロフィルは２ｋｅＶＯ２＋を用いて、４Å／Ｓのスパッタリング速度で、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）を使用して測定し、３ｋｅＶＣｓ＋を用いた時、１２Å／Ｓで炭素分布が得られた。
【００２２】
図１はアニーリング後のホウ素分布のＳＩＭＳ測定結果を示す。特に図１Ａを参照すると、バックグランド濃度の置換炭素、すなわち１×１０１８Ｃ／ｃｍ３の炭素を含む超格子の場合、イオン注入試料中のホウ素マーカの拡散は、注入により生じる損傷が無い場合の熱拡散に比べ、著しく促進（〜１００×）された。拡散が促進されたことは、イオン注入種から、過剰の格子間原子が注入されたことによる。注入損傷に最も近いホウ素スパイクの部分は、不動のままで、それは格子間原子の影響により、Ｂのクラスタが形成されたことによる。
【００２３】
次に、図１Ｂを参照すると、本発明に従い２×１０１９Ｃ／ｃｍ３の濃度で置換炭素を含むイオン損傷超格子中のホウ素拡散は、熱拡散に比べ著しい過渡促進拡散を示さず、イオン損傷領域からの格子間原子の注入が抑えられることを、示している。
【００２４】
上の例は置換炭素はイオン生成格子間原子の効果的な吹い口として働くことを、示している。理論により限定する意図はないが、炭素と格子間原子は結合し、可動性の炭素格子間原子対を形成し、続いてより大きな炭素−格子間原子の集合体の核生成と成長が起ると確信される。
【００２５】
例２
Ｃ過剰ｃ−Ｓｉ中のイオン注入Ｂ分布の拡散の振舞い及び電気的特性を、以下のように調べた。この目的のために、ｐ−及びｎ−ドープ浮遊帯Ｓｉ（１００）ウエハを、０．５、１及び２ＭｅＶＳｉ注入種を用い、全ドーズ１．５×１０１６／ｃｍ２で〜７７Ｋにおいて、２μｍの深さまで、アモルファス化した。ウエハの一部に、１０、２８、６５、１３０、２３０及び４００ｋｅＶのエネルギーで、それぞれ１．３、３．２、６．０、８．７、１１．３及び１３．３×１０１３／ｃｍ３のドーズにＣを注入した。固相エピタキシー（ＳＰＥ）によりアモルファスＳｉ（ａ−Ｓｉ）層を再成長し、注入されたＣをｃ−Ｓｉ格子中に入れるため、試料を真空中５００℃において１時間、６００℃において２時間、９００℃で１５分間アニールした。ａ−ＳｉのＳＰＥ中、炭素は置換位置に再成長する。得られた置換炭素レベルは、ＳＩＭＳにより調べたところ、試料の表面１μｍで、約４×１０１８ないし約６×１０１８Ｃ／ｃｍ３に変化した。Ｃを多く含む試料（ＣＳＰＥ）及び基準試料（ＳＰＥ）に、室温で１．５×１０１４／ｃｍ２、３０ｋｅＶのＢを注入した。試料はチャネリングを最小にするため、イオンビームに対して７°傾けた。拡散アニールは真空中で、８００℃で３５分及び９５０℃で１５分間行った。
【００２６】
図２はＳＩＭＳにより測定したホウ素拡散前及び後のホウ素分布を示す。図２Ａを参照すると、８００℃、３５分間のアニール後の基準試料中のホウ素の拡散分布は、ＴＥＤのすべての特徴を示している。すなわち、注入された分布の尾の部分のホウ素は、〜７００Å拡散したが、このアニールの平衡拡散長Ｌｅｑは、わずか〜２５Åである。加えて、１×１０１８／ｃｍ３以上の分布のピーク位置は、過剰の格子間原子により促進されたホウ素のクラスタ形成により、不動のままであった。
【００２７】
次に、図２Ｂを参照すると、Ｃ過剰基板ＣＳＰＥの拡散の振舞いは、非常に異っている。第１に、ホウ素分布の尾の部分におけるホウ素の拡散は、８００及び９５０℃の両方で、著しく減少している。加えて、ホウ素分布のピークにおける不動ホウ素クラスタの顕著な信号は無い。このことは、置換炭素は格子間原子を捕獲する働きをし、それによって過渡促進ホウ素拡散とホウ素の格子間原子によって促進されるクラスタ形成の両方が、抑えられることを示している。
【００２８】
図３の広がり抵抗測定は、ホウ素分布の主要部分（〜８０％）は、９５０℃のアニーリング工程後、電気的に活性であることを、示している。加えて、ｎ形、Ｃ過剰基板中のホウ素分布のホール測定は、８００℃における拡散後に電気的に活性な割合は約６０％で、９５０℃におけるアニールで更に〜８５％に増加することを、示している。ＦＺ基板中に注入し、同じ条件下でアニールしたホウ素分布でも、同程度の活性化率が見い出されている。これらの電気的データは、Ｃ又はＣ−格子間原子集合体の存在は、許容できない水準で、ドーピング効率に悪影響を及ぼさないことを、示している。
【００２９】
本発明について、各種の実施例を具体的に示し、述べてきたが、当業者には、特許請求の範囲で規定される本発明の精神及び視野を離れることなく、本発明の修正及び変更ができることは、明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】Ａは、エピタキシャルシリコン中のホウ素拡散の深さ方向の分布を、二次イオン質量分析で測定した結果を、グラフで示す図である。 Ｂは、エピタキシャルシリコン中のホウ素拡散の深さ方向の分布を、二次イオン質量分析で測定した結果を、グラフで示す図である。
【図２】Ａは、エピタキシャルシリコン中のホウ素拡散の深さ方向の分布を、二次イオン質量分析で測定した結果を、グラフで示す図である。 Ｂは、エピタキシャルシリコン中のホウ素拡散の深さ方向の分布を、二次イオン質量分析で測定した結果を、グラフで示す図である。
【図３】エピタキシャルシリコン中の原子状及び電気的ホウ素の深さ分布を、グラフで示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超小型電子デバイスを製造する方法であって、
（ａ）拡散を抑制する量の電気的に不活性な不純物を結晶成長流内に導入するステップと、
（ｂ）該結晶成長流を使用して少なくとも１つの結晶成長技術により結晶性の半導体基板上に結晶性の第１の半導体層を堆積させるステップと、
（ｃ）該第１の半導体層上に第２の半導体層を形成するステップとを含み、該第２の半導体層は、電気的に活性なドーパントを含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、該電気的に不活性な不純物は、炭素、フッ素、窒素、酸素及びゲルマニウムから成る類から選択される方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、該電気的に不活性な不純物は、置換炭素であり、該半導体層内に導入された置換炭素の量は、概ね１×１０２０Ｃ／ｃｍ３ より小さい方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、該半導体層内に導入された置換炭素の量は、概ね４×１０１８乃至１×１０２０Ｃ／ｃｍ３ の範囲にある方法。
【請求項５】
請求項３に記載の方法において、該半導体層内に導入された置換炭素の量は、概ね１×１０１９乃至３×１０１９Ｃ／ｃｍ３ の範囲にある方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、該第１の半導体層と該第２の半導体層は、エピタキシャルシリコン、多結晶シリコン及びシリコン−ゲルマニウムから成る類から選択される方法。
【請求項７】
置換炭素が導入されている半導体層を成長させる方法であって、
（ａ）概ね１：１乃至１：１０，０００の比率で炭素含有気体とシリコン含有気体とを含む混合気体を導入するステップを含み、該混合気体は、結晶性半導体基板が備えられている容器内に導入されるドーパントを含んでおり、
（ｂ）化学蒸着の条件下で該混合気体を分解させ、拡散を抑制する量の炭素と該ドーパントとを含むシリコンエピタキシャル層を該結晶性の半導体基板上に形成するステップとを含む方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、該シリコン含有気体は、シラン、ジシラン、ジクロロシラン、トリクロロシラン及び四塩化シリコンから成る類から選択される方法。
【請求項９】
請求項７に記載の方法において、該炭素含有気体は、メタン、エチレン、アセチレン及びシラシクロブタンから成る類から選択される方法。
【請求項１０】
請求項７に記載の方法において、該ドーパント原子を含む気体は、ジボラン及びホスフィンから成る類から選択される方法。
【請求項１１】
超小型電子デバイスを製造する方法であって、
（ａ）シリコンと置換炭素とを含む結晶成長流を使用して結晶性シリコン半導体層を堆積させ、少なくとも１つの結晶成長技術により基板を形成するステップと、
（ｂ）該基板の該結晶性シリコン半導体層内にドーパントを導入し、該結晶性シリコン半導体層内にデバイスを形成するステップとを含む方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法において、該デバイスを形成するステップは、該結晶性シリコン半導体層内にドーパントをイオン注入するステップを含む方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の方法において、該イオン注入されたドーパントは、ホウ素、リン及びヒ素から成る類から選択される方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載の方法において、該ドーパントは、該結晶性シリコン半導体層内の概ね２０，０００Åを越えない深さまで注入される方法。
【請求項１５】
請求項１１に記載の方法において、該ドーパントは、該結晶性シリコン半導体層内の概ね２，０００Åを越えない深さまで注入される方法。
【請求項１６】
請求項１１に記載の方法において、ドーパントは、該結晶性シリコン半導体層内の概ね５００Åを越えない深さまで注入される方法。
【請求項１７】
半導体デバイスであって、該デバイスを構成する半導体層が、
拡散を抑制する電気的に不活性な不純物が少なくとも１つの第１の結晶成長技術によって導入された第１の半導体領域と、
少なくとも１つの第２の結晶成長技術によって該第１の半導体領域上に形成された第２の半導体領域とを含み、該第２の半導体領域は、電気的に不活性な不純物を実質的に含んでおらず、概ね２０，０００Åを超えない深さにまで導入されたドーパント原子を含み、
該第１の領域の電気的に不活性な不純物は、該第２の領域から該第１の領域への該ドーパント原子の拡散をブロックするように動作する半導体デバイス。
【請求項１８】
請求項１７に記載の半導体デバイスにおいて、該電気的に不活性な不純物は、炭素、フッ素、窒素、酸素及びゲルマニウムから成る類から選択される半導体デバイス。
【請求項１９】
請求項１７に記載の半導体デバイスにおいて、該ドーパント原子は、該半導体層内の概ね２，０００Åを超えない深さにまで拡散される半導体デバイス。
【請求項２０】
請求項１７に記載の半導体デバイスにおいて、該電気的に不活性な不純物は、置換炭素である半導体デバイス。
【請求項２１】
請求項２０に記載の半導体デバイスにおいて、実質的に置換炭素を含まない領域又は層を含む半導体デバイス。
【請求項１】
超小型電子デバイスを製造する方法であって、
（ａ）拡散を抑制する量の電気的に不活性な不純物を結晶成長流内に導入するステップと、
（ｂ）該結晶成長流を使用して少なくとも１つの結晶成長技術により結晶性の半導体基板上に結晶性の第１の半導体層を堆積させるステップと、
（ｃ）該第１の半導体層上に第２の半導体層を形成するステップとを含み、該第２の半導体層は、電気的に活性なドーパントを含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、該電気的に不活性な不純物は、炭素、フッ素、窒素、酸素及びゲルマニウムから成る類から選択される方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、該電気的に不活性な不純物は、置換炭素であり、該半導体層内に導入された置換炭素の量は、概ね１×１０２０Ｃ／ｃｍ３ より小さい方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、該半導体層内に導入された置換炭素の量は、概ね４×１０１８乃至１×１０２０Ｃ／ｃｍ３ の範囲にある方法。
【請求項５】
請求項３に記載の方法において、該半導体層内に導入された置換炭素の量は、概ね１×１０１９乃至３×１０１９Ｃ／ｃｍ３ の範囲にある方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、該第１の半導体層と該第２の半導体層は、エピタキシャルシリコン、多結晶シリコン及びシリコン−ゲルマニウムから成る類から選択される方法。
【請求項７】
置換炭素が導入されている半導体層を成長させる方法であって、
（ａ）概ね１：１乃至１：１０，０００の比率で炭素含有気体とシリコン含有気体とを含む混合気体を導入するステップを含み、該混合気体は、結晶性半導体基板が備えられている容器内に導入されるドーパントを含んでおり、
（ｂ）化学蒸着の条件下で該混合気体を分解させ、拡散を抑制する量の炭素と該ドーパントとを含むシリコンエピタキシャル層を該結晶性の半導体基板上に形成するステップとを含む方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、該シリコン含有気体は、シラン、ジシラン、ジクロロシラン、トリクロロシラン及び四塩化シリコンから成る類から選択される方法。
【請求項９】
請求項７に記載の方法において、該炭素含有気体は、メタン、エチレン、アセチレン及びシラシクロブタンから成る類から選択される方法。
【請求項１０】
請求項７に記載の方法において、該ドーパント原子を含む気体は、ジボラン及びホスフィンから成る類から選択される方法。
【請求項１１】
超小型電子デバイスを製造する方法であって、
（ａ）シリコンと置換炭素とを含む結晶成長流を使用して結晶性シリコン半導体層を堆積させ、少なくとも１つの結晶成長技術により基板を形成するステップと、
（ｂ）該基板の該結晶性シリコン半導体層内にドーパントを導入し、該結晶性シリコン半導体層内にデバイスを形成するステップとを含む方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法において、該デバイスを形成するステップは、該結晶性シリコン半導体層内にドーパントをイオン注入するステップを含む方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の方法において、該イオン注入されたドーパントは、ホウ素、リン及びヒ素から成る類から選択される方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載の方法において、該ドーパントは、該結晶性シリコン半導体層内の概ね２０，０００Åを越えない深さまで注入される方法。
【請求項１５】
請求項１１に記載の方法において、該ドーパントは、該結晶性シリコン半導体層内の概ね２，０００Åを越えない深さまで注入される方法。
【請求項１６】
請求項１１に記載の方法において、ドーパントは、該結晶性シリコン半導体層内の概ね５００Åを越えない深さまで注入される方法。
【請求項１７】
半導体デバイスであって、該デバイスを構成する半導体層が、
拡散を抑制する電気的に不活性な不純物が少なくとも１つの第１の結晶成長技術によって導入された第１の半導体領域と、
少なくとも１つの第２の結晶成長技術によって該第１の半導体領域上に形成された第２の半導体領域とを含み、該第２の半導体領域は、電気的に不活性な不純物を実質的に含んでおらず、概ね２０，０００Åを超えない深さにまで導入されたドーパント原子を含み、
該第１の領域の電気的に不活性な不純物は、該第２の領域から該第１の領域への該ドーパント原子の拡散をブロックするように動作する半導体デバイス。
【請求項１８】
請求項１７に記載の半導体デバイスにおいて、該電気的に不活性な不純物は、炭素、フッ素、窒素、酸素及びゲルマニウムから成る類から選択される半導体デバイス。
【請求項１９】
請求項１７に記載の半導体デバイスにおいて、該ドーパント原子は、該半導体層内の概ね２，０００Åを超えない深さにまで拡散される半導体デバイス。
【請求項２０】
請求項１７に記載の半導体デバイスにおいて、該電気的に不活性な不純物は、置換炭素である半導体デバイス。
【請求項２１】
請求項２０に記載の半導体デバイスにおいて、実質的に置換炭素を含まない領域又は層を含む半導体デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００８−２１１２２２（Ｐ２００８−２１１２２２Ａ）
【公開日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５２１５５（Ｐ２００８−５２１５５）
【出願日】平成２０年３月３日（２００８．３．３）
【分割の表示】特願平７−３１３３９５の分割
【原出願日】平成７年１２月１日（１９９５．１２．１）
【出願人】（３９００３５４９３）エイ・ティ・アンド・ティ・コーポレーション (130)
【氏名又は名称原語表記】ＡＴ＆Ｔ ＣＯＲＰ．
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月３日（２００８．３．３）
【分割の表示】特願平７−３１３３９５の分割
【原出願日】平成７年１２月１日（１９９５．１２．１）
【出願人】（３９００３５４９３）エイ・ティ・アンド・ティ・コーポレーション (130)
【氏名又は名称原語表記】ＡＴ＆Ｔ ＣＯＲＰ．
【Ｆターム（参考）】
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