JPS62194679A - 高移動度半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
高移動度半導体装置及びその製造方法Info
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- JPS62194679A JPS62194679A JP3633486A JP3633486A JPS62194679A JP S62194679 A JPS62194679 A JP S62194679A JP 3633486 A JP3633486 A JP 3633486A JP 3633486 A JP3633486 A JP 3633486A JP S62194679 A JPS62194679 A JP S62194679A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
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- H01L29/157—Doping structures, e.g. doping superlattices, nipi superlattices
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
゛ト導体の原ｆ一層（！’ｎ原ｆ一層又は複数原ｆ一層
）とドーパントの単原子層とが交ｊｌｌに積層されてい
るドーパント趙格ｆ一層稙層体をもって動作層が形成さ
れている半導体装置と、反射高速゛電子線回折（Ｒｅｆ
ｌｕｃｔｉｏｎ Ｈｉｇｈ Ｅｎｅｒ４ｙ Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎＤｅｆｌｕｃｔｉｏｎ）から１１＃られる
エピタ午シャル成長時（７） 回折パターンをモニター
しながら、分子線エビタキシー法と集束イオンビーム法
とを使用して。
）とドーパントの単原子層とが交ｊｌｌに積層されてい
るドーパント趙格ｆ一層稙層体をもって動作層が形成さ
れている半導体装置と、反射高速゛電子線回折（Ｒｅｆ
ｌｕｃｔｉｏｎ Ｈｉｇｈ Ｅｎｅｒ４ｙ Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎＤｅｆｌｕｃｔｉｏｎ）から１１＃られる
エピタ午シャル成長時（７） 回折パターンをモニター
しながら、分子線エビタキシー法と集束イオンビーム法
とを使用して。
゛衿導体の単原子層とドーパントの原子層とを交互に積
層してドーパント超格子層積層体を形成し。
層してドーパント超格子層積層体を形成し。
これを動作層とする高移動度半導体装置の製造方法であ
る。
る。
本発明は高移動度半導体装置及びその製造方法の改良に
関する。特に、イオン化不純物散乱等の発生を防＋Ｌ
Ｉ、、キャリヤの移動度を高くし、動作速度を速くする
改良に関する。
関する。特に、イオン化不純物散乱等の発生を防＋Ｌ
Ｉ、、キャリヤの移動度を高くし、動作速度を速くする
改良に関する。
半導体装置の動作層として機能する半導体は、主ヤリャ
を有することが心安であるが、このキャリヤを付′ｊす
るために、ドーパントが導入されることは周知である。
を有することが心安であるが、このキャリヤを付′ｊす
るために、ドーパントが導入されることは周知である。
キャリヤの濃度は、一義的には、ドーパントのｅ度に追
従するから、ドーパントの濃度を制御することによりキ
ャリヤの濃度は制御しうる。
従するから、ドーパントの濃度を制御することによりキ
ャリヤの濃度は制御しうる。
ところが、ドーパントの濃度が大きくなると、イオン化
した不純物によるクーロン１敦乱等が増加するため、ド
ーパントの濃度が大きくなると、キャリヤ移動度は減少
する傾向があり、ドーパントの濃度を制御することのみ
によって゛ト導体装置の動作速度を向上することには限
界がある。
した不純物によるクーロン１敦乱等が増加するため、ド
ーパントの濃度が大きくなると、キャリヤ移動度は減少
する傾向があり、ドーパントの濃度を制御することのみ
によって゛ト導体装置の動作速度を向上することには限
界がある。
本発明は、この欠点を解消して、イオン化不純物散乱等
の発生が防Ｉトされ、キャリヤの移動度が大きくされ、
動作速度が向上している高移動度半導体装置とその製造
方法とを提供することにある。
の発生が防Ｉトされ、キャリヤの移動度が大きくされ、
動作速度が向上している高移動度半導体装置とその製造
方法とを提供することにある。
上記の第１の目的を達成するために未発ＩＩが採った「
段は、半導体の原子層２１とドーパントの’ｌｉ原子層
２２とが交互に積層され、該単原子層内のドーパントが
規則的に配列されてなるドーパント超格子層積層体２を
、半導体装置の動作層とすることにある。
段は、半導体の原子層２１とドーパントの’ｌｉ原子層
２２とが交互に積層され、該単原子層内のドーパントが
規則的に配列されてなるドーパント超格子層積層体２を
、半導体装置の動作層とすることにある。
」１記の第２の目的を達成するために本発明が探った手
段は、 （イ）絶縁性基板上ｌに１反射高速電子線回折から得ら
れるエピタキシャル成長時の回折パターンをモニターし
ながら分子線エピタキシー法等を使用してなす低温工程
をもって半導体の原子Ｗ２１を形成し、この半導体の原
子層２１上に、集束イオンビーム状等を使用してドーパ
ントの単原子層２２を形成する工程を繰り返して、 （ロ）゛ｈ導体の原子層２１とドーパントの単原子層２
２とが交互に積層されてなるドーパント超格子層積層体
２を形成し、 （ハ）このドーパント超格イ一層積層体２を半導体装ｌ
の動作層として使用することを特徴とするものである。
段は、 （イ）絶縁性基板上ｌに１反射高速電子線回折から得ら
れるエピタキシャル成長時の回折パターンをモニターし
ながら分子線エピタキシー法等を使用してなす低温工程
をもって半導体の原子Ｗ２１を形成し、この半導体の原
子層２１上に、集束イオンビーム状等を使用してドーパ
ントの単原子層２２を形成する工程を繰り返して、 （ロ）゛ｈ導体の原子層２１とドーパントの単原子層２
２とが交互に積層されてなるドーパント超格子層積層体
２を形成し、 （ハ）このドーパント超格イ一層積層体２を半導体装ｌ
の動作層として使用することを特徴とするものである。
１−記のドーパント趙格ｆ一層積層体を動作層として使
用しうる゛ト導体装置の種類には全く限界はない、ＭＥ
ＳＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ等を
含み、如何なる種類の半導体装置にも使用しうる。
用しうる゛ト導体装置の種類には全く限界はない、ＭＥ
ＳＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ等を
含み、如何なる種類の半導体装置にも使用しうる。
半導体の原子層とドーパントの単原子一層とが交！Ｌに
積層されると、ドーパントのポテンシャルは散乱体とし
て機能せず、プリルアンゾーン中で分散関係に不連続面
を発生するだけであり。
積層されると、ドーパントのポテンシャルは散乱体とし
て機能せず、プリルアンゾーン中で分散関係に不連続面
を発生するだけであり。
イオン化不純物散乱等を発生せず、その結果、キャリヤ
移動度は低下しない。
移動度は低下しない。
半導体の単原子層を形成することは１反射高速−旺子線
回折から得られるエピタキシャル成長時の回折パターン
をモニターしながらなす分子線エピタキシー法等を使用
すれば１１丁能である。
回折から得られるエピタキシャル成長時の回折パターン
をモニターしながらなす分子線エピタキシー法等を使用
すれば１１丁能である。
また、ドーパントの単原子層を形成することは１反射高
速゛電子線回折から得られるエピタキシャル成長時の回
折パターンをモニターしながら集束イオンビーム法等を
使用すればｒＩｆ能である。
速゛電子線回折から得られるエピタキシャル成長時の回
折パターンをモニターしながら集束イオンビーム法等を
使用すればｒＩｆ能である。
また、成長時の温度を４５０〜６００℃程度の低温に保
持すればドーパントは熱による拡散は生じないから、ド
ーパント超格子層積層体の製造が＋ｑ能である。
持すればドーパントは熱による拡散は生じないから、ド
ーパント超格子層積層体の製造が＋ｑ能である。
本願でいうドーパント超格子層積層体には、例えば第２
．３．４図に示す毎き３つのタイプが考えられる。
．３．４図に示す毎き３つのタイプが考えられる。
第１のタイプは第２図に示すもので、シリコンＧ導体ノ
、（＆におけるドーパント超格子層積層体であって、シ
リコンの原子層（２１）とリンドーパントの原子のみか
らなる単原子層（２２）とが交！にに積層されたもので
ある。そしてシリコンの原子層（２１）は中厚ｆ一層で
ある。
、（＆におけるドーパント超格子層積層体であって、シ
リコンの原子層（２１）とリンドーパントの原子のみか
らなる単原子層（２２）とが交！にに積層されたもので
ある。そしてシリコンの原子層（２１）は中厚ｆ一層で
ある。
第２のタイプは第３図に示すもので、複数のシリコン’
ｆＸ ｆ層（２１）とリンの単原子層（２２）とが交１
１−に積層されたものである。
ｆＸ ｆ層（２１）とリンの単原子層（２２）とが交１
１−に積層されたものである。
第３のタイプは第４図に示すもので、中原子層（２２）
では、ドーパントのリンがシリコン原子−の中に規則的
に配列されている。第１．第２のタイプが、ドーパント
の原子層がドーパントのみからなる場合であるのに対し
、第３のタイプは−・部ドーパントを含む場合である。
では、ドーパントのリンがシリコン原子−の中に規則的
に配列されている。第１．第２のタイプが、ドーパント
の原子層がドーパントのみからなる場合であるのに対し
、第３のタイプは−・部ドーパントを含む場合である。
いずれの場合も、ド・−バントの原子が規則性をもって
配列されるので、それに伴なうクーロン力による移動度
の低ドが防１１−される。
配列されるので、それに伴なうクーロン力による移動度
の低ドが防１１−される。
さらに第５図はガリュウムヒ素半導体にシリコンのドー
パントを含む場合の例であり、ドーパント（シリコン）
の濃度が１×１０１６ｃｍ−３であるガリュウムヒ素の
ドーパント超格子層積層体を形成するためには。
パントを含む場合の例であり、ドーパント（シリコン）
の濃度が１×１０１６ｃｍ−３であるガリュウムヒ素の
ドーパント超格子層積層体を形成するためには。
ガリュウムヒ素結晶を構成するガリュウム間の間隔は２
．８３Ａであるから層厚１ｃｍに対して３．５３Ｘ １
０７層が存在することになり。
．８３Ａであるから層厚１ｃｍに対して３．５３Ｘ １
０７層が存在することになり。
１層当り、１ｃｍ”！５す、 ２．８３Ｘ １０８個（
７）’／リコン原ｆが必要となり。
７）’／リコン原ｆが必要となり。
シリコン原子の間隔を ９．５９４４ ｍとすればよい
、なお、ドーパント濃度を変化するにはこのドーパント
間隔を変更すればよい。
、なお、ドーパント濃度を変化するにはこのドーパント
間隔を変更すればよい。
この例ではガリュウム原子の代りに一部シリコンドーパ
ントのｇ；＜ （−がｔ′！！換えられた構造であり、
弔−のガリュウムヒ素原子層２１とシリコンドーパント
の原Ｆ層２２とが交尾に設けられている。もちろんガリ
ュウムヒ素原子層２１が複斂層になっでもよい。
ントのｇ；＜ （−がｔ′！！換えられた構造であり、
弔−のガリュウムヒ素原子層２１とシリコンドーパント
の原Ｆ層２２とが交尾に設けられている。もちろんガリ
ュウムヒ素原子層２１が複斂層になっでもよい。
本発明の一実施例に係るガリュウムヒ素ＭＥＳＦＥＴの
製造工程を説明して、本発明のついてさらに説１１する
。
製造工程を説明して、本発明のついてさらに説１１する
。
第１図参照
゛ｉ絶縁性ガリュウムヒ素基板ｌｔに、ドーパント超格
子層積層体２を形成する。
子層積層体２を形成する。
＾（板温度を４５０〜６００℃として５分子線エピタキ
シャル４を使用し、ガリュウムヒ素のｔｒＬ原子層２１
を形成する。このときの成長速度は１人／秒とするが５
反射高速電子線回折から得られるエピタキシャル成長時
の回折パターンをモニターして１中厚ｒ層が成長したら
１分子線エピタキシーを停＋ｈする。
シャル４を使用し、ガリュウムヒ素のｔｒＬ原子層２１
を形成する。このときの成長速度は１人／秒とするが５
反射高速電子線回折から得られるエピタキシャル成長時
の回折パターンをモニターして１中厚ｒ層が成長したら
１分子線エピタキシーを停＋ｈする。
集束イオンビーム法を使用して、ドーパント（シリコン
）を、ビームフラックスを一定してステップ的に走査し
ながら照射してシリコン（ドーノ・°ント）の巾原ｒ一
層２２を形成する。このときのステップは、例えば、
０．５９４ｇｍとする（ドーパント濃度が１０１８ｃ園
−３のときであり、この濃度が異なるときはステップは
当然異なり、例えば５ ド−パント間隔をｌ０１７ｃｍ
−３とするときは、ステップ間隔を０．１８８ＬＬ烏と
する）、イオンの初速エネルギーは数十ＫｅＶとし、基
板の手前にグリッドを設けてこれに負電圧を印加するか
、基板自身を負電位に保つかして、イオンの終速エネル
ギーを数ＫｅＶ以ドとし、イオンを基板の表層のみに導
入する。
）を、ビームフラックスを一定してステップ的に走査し
ながら照射してシリコン（ドーノ・°ント）の巾原ｒ一
層２２を形成する。このときのステップは、例えば、
０．５９４ｇｍとする（ドーパント濃度が１０１８ｃ園
−３のときであり、この濃度が異なるときはステップは
当然異なり、例えば５ ド−パント間隔をｌ０１７ｃｍ
−３とするときは、ステップ間隔を０．１８８ＬＬ烏と
する）、イオンの初速エネルギーは数十ＫｅＶとし、基
板の手前にグリッドを設けてこれに負電圧を印加するか
、基板自身を負電位に保つかして、イオンの終速エネル
ギーを数ＫｅＶ以ドとし、イオンを基板の表層のみに導
入する。
Ｌ記の工程の繰り返し数は希望するドーパント濃度によ
って決定すればよい０例えば１． Ｘ １０１７ｃ＋ｓ
−’のドーパント濃度であるとき、Ｊすさが０．１μ麿
であると、従来技術（７） Ｆ’ −ス；Ｉｌｌ Ｘ
１０１２ｃＩＩ−２（Ｆ） 場合と当価である。
って決定すればよい０例えば１． Ｘ １０１７ｃ＋ｓ
−’のドーパント濃度であるとき、Ｊすさが０．１μ麿
であると、従来技術（７） Ｆ’ −ス；Ｉｌｌ Ｘ
１０１２ｃＩＩ−２（Ｆ） 場合と当価である。
スパッタ法等を使用して、タングステンシリサイド等の
膜（厚さ ４，０００人）を形成し、これをバターニン
グしてゲート長がＩｇｍのゲート電極３を形成する。こ
のパターニングには、四フッ化炭素と酸素との混合ガス
を使用してなすドライエツチング法等が使用＋４丁能で
ある。その後ゲート′電極３をマスクにして、ソース・
ドレイン領域にｎ型不純物を注入する。
膜（厚さ ４，０００人）を形成し、これをバターニン
グしてゲート長がＩｇｍのゲート電極３を形成する。こ
のパターニングには、四フッ化炭素と酸素との混合ガス
を使用してなすドライエツチング法等が使用＋４丁能で
ある。その後ゲート′電極３をマスクにして、ソース・
ドレイン領域にｎ型不純物を注入する。
１すひスパッタ法等を使用して、金・ゲルマニュウム／
金の膜を形成した後パターニングして。
金の膜を形成した後パターニングして。
ソース電極４．トレイン電極５を形成する。シンタ一温
度は４００℃以ドとする。
度は４００℃以ドとする。
以１−の１−程をもって製造されたＭＥＳＦＥＴ（ゲー
ト長１鉢厘）は、チャンネル領域６におけるキヤＩＪヤ
の移動度が大となっていて、その伝達コンダクタンスは
、常温において、 ２００〜３００ａｓ／ｍｓであり
７７Ｋにおいて ５００〜８００ｍ５／ ａｍである。
ト長１鉢厘）は、チャンネル領域６におけるキヤＩＪヤ
の移動度が大となっていて、その伝達コンダクタンスは
、常温において、 ２００〜３００ａｓ／ｍｓであり
７７Ｋにおいて ５００〜８００ｍ５／ ａｍである。
本願におけるドーパント超格子層積層体は。
例えばＭＯＳＦＥＴのチャンネル部及びバイポーラトラ
ンジスタのコレクタ層部分にも利用することができる。
ンジスタのコレクタ層部分にも利用することができる。
以」−説明せるとおり１本発明に係る高移動度半導体装
置の動作層は、半導体の原子層とドーパノドの弔原子層
とが交ＩＬに積層されてなるドーパント超格子層積層体
をもって構成されているので、イオン化不純物散乱等が
発生せずキャリヤの移動度は高く、動作速度を速い。
置の動作層は、半導体の原子層とドーパノドの弔原子層
とが交ＩＬに積層されてなるドーパント超格子層積層体
をもって構成されているので、イオン化不純物散乱等が
発生せずキャリヤの移動度は高く、動作速度を速い。
また、本発明に係る高移動度半導体装置の製造方法は、
絶縁性基板上に、反射高速型ｆ−線回折から１１）られ
るエピタキシャル成長時の回折パターンをモニターしな
がら分子線エピタキシー法等を使用してなす低温工程を
もって半導体の単原子層を形成し、この゛に導体の巾原
ｆ一層−にに、集束イオンビームυ、等を使用してドー
パントの単原子層を形成する工程を繰り返して、半導体
の単原子層とドーパントのｒｒｉ原子層とが文りニに積
層されてなるドーパ７１−超格子層積層体を形成し、こ
のドーパント超格子層積層体をｔ導体装置の動作層とし
て使用することとされているので、イオン化不純物散乱
等が発生せず、キャリヤの移動度が高く、動作層１ｎ゛
が速い高８ｆ！ＪＪ度半導体装置を製造することができ
る。
絶縁性基板上に、反射高速型ｆ−線回折から１１）られ
るエピタキシャル成長時の回折パターンをモニターしな
がら分子線エピタキシー法等を使用してなす低温工程を
もって半導体の単原子層を形成し、この゛に導体の巾原
ｆ一層−にに、集束イオンビームυ、等を使用してドー
パントの単原子層を形成する工程を繰り返して、半導体
の単原子層とドーパントのｒｒｉ原子層とが文りニに積
層されてなるドーパ７１−超格子層積層体を形成し、こ
のドーパント超格子層積層体をｔ導体装置の動作層とし
て使用することとされているので、イオン化不純物散乱
等が発生せず、キャリヤの移動度が高く、動作層１ｎ゛
が速い高８ｆ！ＪＪ度半導体装置を製造することができ
る。
第１図は、本発明の一実施例に係るガリュウムヒ、村Ｍ
ＥＳＦＥＴの断面図である。 第２〜５図は、本発明の一実施例に係るドーパント超格
子層積層体の結晶構造を示す断面図である。 ｌ・・・絶縁性基板、 ２・ａｍ ドーパント超格子層
積層体、２１・−・半導体（ガリュウムヒ素）の単原子
層、２２・・・ドーパント（シリコン）の単原子層、
３１１ 番・ゲート電極。 ４ ＊ ｅ ａソース電極、 ５・φ畢ドレイン電極
、６ａ＋１争チヤンネル。 グ６．・、−恥、 代理人 弁理士 Ｊｉ：桁貞−′ 零発舅 第 １ の 第 ２ 悶・
ＥＳＦＥＴの断面図である。 第２〜５図は、本発明の一実施例に係るドーパント超格
子層積層体の結晶構造を示す断面図である。 ｌ・・・絶縁性基板、 ２・ａｍ ドーパント超格子層
積層体、２１・−・半導体（ガリュウムヒ素）の単原子
層、２２・・・ドーパント（シリコン）の単原子層、
３１１ 番・ゲート電極。 ４ ＊ ｅ ａソース電極、 ５・φ畢ドレイン電極
、６ａ＋１争チヤンネル。 グ６．・、−恥、 代理人 弁理士 Ｊｉ：桁貞−′ 零発舅 第 １ の 第 ２ 悶・
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ［１］半導体自体を構成する原子よりなる原子層（２１
）とドーパントを有する単原子層（２２）とが交互に積
層されてなり、該単原子層（２２）内のドーパントが規
則的に配列されてなるドーパント超格子層積層体（２）
を動作層とする高移動度半導体装置。 ［２］該ドーパントの規則性とは、該単原子層（２２）
の原子が全てドーパントである状態であることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の高移動度半導体装置。 ［３］該ドーパントの規則性とは、該単原子層（２２）
の原子が前記半導体自体を構成する原子の中に規則的に
配列されてなる状態であることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の高移動度半導体装置。 ［４］絶縁性基板上（１）に、反射高速電子線回折から
得られるエピタキシャル成長時の回折パターンをモニタ
ーしながら、分子線エピタキシー法等を使用してなす低
温工程をもって半導体の原子層（２１）を形成し、つゞ
いて集束イオンビーム法等を使用してドーパントの単原
子層（２２）を形成する工程を繰り返して、半導体の原
子層（２１）とドーパントの単原子層（２２）とが交互
に積層されてなるドーパント超格子層積層体（２）を形
成し、該ドーパント超格子層積層体（２）を動作層とし
て使用することを特徴とする高移動度半導体装置の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3633486A JPS62194679A (ja) | 1986-02-20 | 1986-02-20 | 高移動度半導体装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3633486A JPS62194679A (ja) | 1986-02-20 | 1986-02-20 | 高移動度半導体装置及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62194679A true JPS62194679A (ja) | 1987-08-27 |
Family
ID=12466928
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3633486A Pending JPS62194679A (ja) | 1986-02-20 | 1986-02-20 | 高移動度半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62194679A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63109A (ja) * | 1986-06-19 | 1988-01-05 | Nec Corp | 半導体の製造方法 |
| JPH01259523A (ja) * | 1988-04-11 | 1989-10-17 | Hitachi Ltd | 半導体単結晶、半導体装置及び半導体単結晶の製造方法 |
-
1986
- 1986-02-20 JP JP3633486A patent/JPS62194679A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63109A (ja) * | 1986-06-19 | 1988-01-05 | Nec Corp | 半導体の製造方法 |
| JPH01259523A (ja) * | 1988-04-11 | 1989-10-17 | Hitachi Ltd | 半導体単結晶、半導体装置及び半導体単結晶の製造方法 |
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