JPH04233231A - ドナー形成方法 - Google Patents

ドナー形成方法

Info

Publication number
JPH04233231A
JPH04233231A JP40891290A JP40891290A JPH04233231A JP H04233231 A JPH04233231 A JP H04233231A JP 40891290 A JP40891290 A JP 40891290A JP 40891290 A JP40891290 A JP 40891290A JP H04233231 A JPH04233231 A JP H04233231A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
donor
sample
oxygen
nitrogen
nod
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP40891290A
Other languages
English (en)
Inventor
Akito Hara
明人 原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP40891290A priority Critical patent/JPH04233231A/ja
Publication of JPH04233231A publication Critical patent/JPH04233231A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はシリコン結晶にドナーを
形成するドナー形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】シリコン単結晶に電子を供給するドナー
を形成するためには、従来、V族のリンやアンチモン等
の不純物が用いらている。これら不純物をシリコン単結
晶にイオン注入することにより、所望の濃度とプロファ
イルになるように不純物をドープすることができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】現在のシリコンデバイ
スは室温で動作するものが多いが、近年、低温で動作す
る低温動作デバイスや量子デバイスが注目されている。 室温においては、V族の不純物であるリンはほぼ100
%イオン化され電子を供給することができる。しかし、
低温においては、V族の不純物は比較的エネルギ準位が
深いため、十分に電子を供給することができないという
問題がある。低温で動作するデバイスにも十分な電子を
供給するためには、低温度でもイオン化率の大きい浅い
エネルギ準位のドナーが必要とされている。
【0004】本発明の目的は、V族不純物よりも浅いエ
ネルギ準位のドナーを形成するドナー形成方法を提供す
ることにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的は、炭素を1E
16cm−3以上、酸素を1E16cm−3以上、窒素
分子を1E14cm−3以上含有するシリコン結晶を4
00℃以上で熱処理することを特徴とするドナー形成方
法によって達成される。
【0006】
【作用】本発明によれば、V族の不純物では電子を供給
できないような低温度であっても十分電子を供給するこ
とができる。
【0007】
【実施例】本発明によるドナー形成方法によりドナーが
形成されたことを確認するために、次の表1に示す5つ
の試料A〜Eを用いた。
【0008】
【表1】
【0009】上述の試料A〜Eのうち、試料B、試料E
が本発明の実施例であり、試料A、試料C、試料Dが比
較例である。本発明によるドナー形成方法は、シリコン
結晶に炭素と酸素と窒素をドープして、このシリコン結
晶に熱処理を施すものである。これら炭素と酸素と窒素
をシリコン結晶にドープする方法について説明する。
【0010】炭素をドープするには、シリコン溶液中に
炭素の粉末を混入し、引上げ法によりシリコン単結晶を
形成する。結晶成長時に混入された炭素がシリコン単結
晶中にドープされる。シリコン単結晶を引上げ法で製造
する場合、シリコン溶液を石英ルツボに入れて形成する
。石英ルツボはSiO2 であるので、引上げ法でシリ
コン単結晶を形成すると自然に一定量の酸素がドープさ
れる。
【0011】窒素分子をドープするには、シリコン単結
晶を窒素雰囲気中で熱処理することにより行う。例えば
、シリコン単結晶を窒素雰囲気中で1270℃、25分
間だけ熱処理すると所定量の窒素分子がシリコン単結晶
中にドープされる。図1に、試料A、B、Cに対して5
80℃(図1(a) )、635℃(図1(b) )、
700℃(図1(c) )で熱処理した場合のキャリア
濃度の熱処理時間に対する依存性を示す。図1から次の
ようなことがわかる。
【0012】熱処理温度が580℃(図1(a) )、
635℃(図1(b) )の場合には、熱処理時間が短
い間は試料Aに多くのキャリアの発生が観測されるが、
熱処理時間が長くなると試料Bに多くのキャリアが発生
する。熱処理温度が700℃(図1(c) )になると
、熱処理時間に依存するこのようなキャリア濃度の逆転
現象は発生せず、常に試料Aの方が多くのキャリアが発
生する。すなわち、670℃以上の熱処理温度の範囲で
は熱処理時間によるキャリア濃度の逆転現象は発生しな
いことがわかる。
【0013】550℃以上の温度範囲では、酸素集合体
であるサーマルドナー(TD)が形成されないことが知
られている。一方、600〜800℃以上の温度範囲で
はニュードナー(ND)が形成され得ることが知られて
いるが、試料Cにキャリアが発生していないことからニ
ュードナー(ND)が形成されていないと考えられる。 したがって、発生したキャリアはサーマルドナー(TD
)やニュードナー(ND)とは異なる欠陥によるドナー
と考えられる。酸素と窒素を含んだシリコン結晶には酸
素窒素複合体ドナー(NOD)が形成されることが知ら
れており、試料A、試料Bには共に酸素窒素複合体ドナ
ー(NOD)が形成されていると考えられる。
【0014】しかしながら、熱処理時間が長い場合、上
述のように試料Bには試料Aよりも多くのキャリアが発
生しており、酸素窒素複合体ドナー(NOD)とも異な
る新たなドナーが発生していることが予測される。この
現象を調べるために試料A、試料Bの光吸収スペクトル
を測定した。8Kにおける試料Aの光吸収スペクトルを
図2(a) に示し、試料Bの光吸収スペクトルを図2
(b) に示す。酸素窒素複合体ドナー(NOD)は有
効質量近似で表される欠陥であり非常に鋭い吸収ピーク
を生じる。試料Bに形成される酸素窒素複合体ドナー(
NOD)の強度は試料Aよりも小さい。これは炭素を含
有する試料Bでは酸素窒素複合体ドナー(NOD)の形
成が抑制されていることを示している。酸素窒素複合体
ドナー(NOD)の形成が抑制されている一方、試料B
には試料Aにない波数216、192、175、150
cm−1の位置に吸収ピーク2、2′、1、1′が観測
される。
【0015】これらの吸収ピークは、ピーク形状が鋭い
こと、80Kの温度では観測されないことから、不純物
の格子振動によるものではなく電子遷移により生じてい
るものであると考えられる。図2(b) における吸収
ピーク1と2のエネルギ差も、吸収ピーク1′と2′の
エネルギ差も約5meVであり、ドナー型の有効質量近
似と合致する。したがって、吸収ピーク1、1′は1S
−2P0 遷移に対応し、吸収ピーク2、2′は1S−
2P+−遷移に対応すると考えられ、酸素窒素複合体ド
ナー(NOD)の他に2種類の新たなドナーが生じてい
ることがわかる。
【0016】サーマルドナー(TD)も酸素窒素複合体
ドナー(NOD)も有効質量近似で表される欠陥であり
、C2v対称性を有している。また、サーマルドナー(
TD)も酸素窒素複合体ドナー(NOD)では酸素や窒
素の超微細相互作用が観測されないという特徴がある。 これら欠陥の微細な構造を調べるために、試料D、試料
EについてESR(電子スピン共鳴)の測定を行った。
【0017】測定結果を図3に示す。図3(a) に、
印加する磁場方位が<111>方向の場合における試料
Dの電子スピン共鳴のスペクトルを示し、試料Eのスペ
クトルを図3(b) に示す。一般にC2v対称性を有
する欠陥は<111>方位の磁場を印加した場合に2つ
の等強度の信号を示す。試料Dでは、図3(a) から
明らかなように、リンドナーによる信号と共に酸素窒素
複合体ドナー(NOD)による信号が観測される。図3
(a) で観測されているのは、波形形状から酸素窒素
複合体ドナー(NOD)のみによるものであることがわ
かる。これに対し、試料Eでは、図3(b) から明ら
かなように、酸素窒素複合体ドナー(NOD)による信
号に新たなドナーによる信号が重なりあって観測されて
いることがわかる。 角度変化を観測した結果、この新たなドナーは大きな異
方性は示さず、g値が1.999であることが明らかに
なった。
【0018】酸素窒素複合体ドナー(NOD)による信
号と新たなドナーによる信号とを分離するために、試料
Eに対して電子スピン共鳴の温度依存性について測定し
た。これらの欠陥のスピン緩和時間が異なれば測定温度
を変えることにより電子スピン共鳴のスペクトルを分離
することができるからである。測定結果を図4に示す。 図4(a) に、印加する磁場方位が<011>方向の
場合の温度8.9Kにおける試料Eの電子スピン共鳴の
スペクトルを示し、図4(b) に温度16.8Kにお
けるスペクトルを示し、図4(c) に温度21.9K
におけるスペクトルを示している。
【0019】図4(a) 〜(c) におけるスペクト
ル形状から、8.9Kでは酸素窒素複合体ドナー(NO
D)が観測されず、21.9Kでは酸素窒素複合体ドナ
ー(NOD)のみが観測されていることがわかる。した
がって、8.9Kで観測されたスペクトルは新たなドナ
ーによるものであることがわかる。16.8Kのスペク
トルはその中間的形状である。8.9Kで観測された新
たなドナーによるスペクトルが21.9Kでは全く観測
されないのは、この新たなドナーが非常に浅いエネルギ
準位を有していて、多くの電子が21.9Kで伝導帯に
熱励起していることを示している。g値が1.999で
伝導電子のg値に近いこと、大きな異方性がないこと、
非常に浅いエネルギ準位を有することから、この欠陥は
図2の光吸収スペクトルで観測された有効質量近似で表
される欠陥と考えられる。
【0020】図1(b) から明らかなように窒素濃度
が低い試料C中にはキャリアの発生がない点、図2(a
) から明らかなように窒素を含んでいても炭素濃度が
低い試料Aには酸素窒素複合体ドナー(NOD)以外の
欠陥が観測されない点、を考慮すれば、図2(b) 、
図3(b) 、図4(a) で観測された新たな欠陥の
形成には、炭素と窒素が関与していることがわかる。
【0021】600℃近傍では炭素と酸素の拡散係数が
小さい。しかし窒素が分子で拡散した場合には拡散係数
が大きい。1270℃の熱処理によって結晶内に拡散し
た窒素は、その拡散係数が非常に大きいことから分子状
態で存在していると考えられる。酸素窒素複合体ドナー
(NOD)は窒素が分子拡散することにより形成される
と考えられており、新たな欠陥も形成速度が速いことか
ら窒素が分子状態で拡散することにより生じると考えら
れる。
【0022】本発明により形成されるドナーはg値が1
.999で異方性が弱い。窒素は核スピンを有する不純
物であるが、本発明によるドナーもサーマルドナー(T
D)も酸素窒素複合体ドナー(NOD)のように超微細
相互作用が観測されない。このことはコアでの電子の存
在確率が低いことを意味しており、本発明によるドナー
もサーマルドナー(TD)も酸素窒素複合体ドナー(N
OD)のようにTd対称より低い欠陥と推測される。
【0023】エネルギ準位の深さを示すパラメータとな
る1S−2P+−遷移が生ずる波数でドナー準位の深さ
を比較してみる。リンの1S−2P+−遷移の波数は約
318cm−1であるのに対し、本発明によるドナーの
1S−2P+−遷移の波数は190〜220cm−1で
あり、リンより非常に浅いエネルギ準位を有することが
わかった。
【0024】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、V族不純
物よりも浅いエネルギ準位のドナーが形成され、低温で
も十分な電子を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】試料A〜Cのキャリア濃度の熱処理時間依存性
を示すグラフである。
【図2】試料A、Bの光吸収スペクトルを示すグラフで
ある。
【図3】試料D、Eの電子スピン共鳴のスペクトルを示
すグラフである。
【図4】試料Eの種々の温度における電子スピン共鳴の
スペクトルを示すグラフである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  炭素を1E16cm−3以上、酸素を
    1E16cm−3以上、窒素分子を1E14cm−3以
    上含有するシリコン結晶を400℃以上で熱処理するこ
    とを特徴とするドナー形成方法
JP40891290A 1990-12-28 1990-12-28 ドナー形成方法 Withdrawn JPH04233231A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP40891290A JPH04233231A (ja) 1990-12-28 1990-12-28 ドナー形成方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP40891290A JPH04233231A (ja) 1990-12-28 1990-12-28 ドナー形成方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH04233231A true JPH04233231A (ja) 1992-08-21

Family

ID=18518308

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP40891290A Withdrawn JPH04233231A (ja) 1990-12-28 1990-12-28 ドナー形成方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH04233231A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009267380A (ja) * 2008-04-03 2009-11-12 Commissariat A L'energie Atomique 軽元素の熱活性化により半導体基板を処理する方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009267380A (ja) * 2008-04-03 2009-11-12 Commissariat A L'energie Atomique 軽元素の熱活性化により半導体基板を処理する方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Fuller et al. Effect of heat treatment upon the electrical properties of silicon crystals
Dietz et al. " Mirror" Absorption and Fluorescence in ZnTe
Brelot et al. Infrared studies of low temperature electron irradiated silicon containing germanium oxygen and carbon
Sauer et al. Dissociation-width-dependent radiative recombination of electrons and holes at widely split dislocations in silicon
Ramdas et al. Infrared absorption spectra of oxygen-defect complexes in irradiated silicon
Suhl Subsidiary absorption peaks in ferromagnetic resonance at high signal levels
Stutzmann Thermally and optically induced metastabilities in doped hydrogenated amorphous silicon: ESR studies
Wöhler et al. The annealing of the EPR-signal produced in silicon by plastic deformation
Tanaka et al. Electron-spin-resonance studies of pristine and heavily doped polyacenic materials
Thoma et al. EPR and luminescence studies of LaF3 and CeF3 under X-ray and laser irradiation
JPS63227026A (ja) シリコン結晶基板のゲツタリング方法
Azarov et al. Acceptor complex signatures in oxygen-rich ZnO thin films implanted with chlorine ions
JPH04233231A (ja) ドナー形成方法
US6544899B2 (en) Process for manufacturing silicon epitaxial wafer
Matsumoto et al. Growth characteristics of oxide precipitates in heavily doped silicon crystals
JPH10144698A (ja) シリコンウエーハ及びその製造方法
JPH0574783A (ja) シリコンウエハーおよびウエハーゲツタリングの処理方法
Akito Hara Hydrogen-like ultrashallow thermal donors in silicon crystals
Hara et al. New carbon related defects formed in nitrogen rich Czochralski silicon crystals
Vodakov et al. Progress in the growth and research of crystals for wide-gap semiconducting materials
JPH02260521A (ja) 多結晶Si半導体薄膜形成物品およびその作製方法
JPS56167335A (en) Manufacture of semiconductor device
JPH08115919A (ja) 半導体基板の処理方法
Yuanxi et al. A stress-strain model for EL2 on the basis of chemical principles and its applications. II. Applications and discussion
Sveleba et al. Influence of Concentration, Temperature, and Field Gradients on the Birefringence and Dielectric Properties of Incommensurate [N (CH3) 4] 2 ZnCl4 and [N (CH3) 4] 2CuCl4, Crystals

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 19980312