JPS63109A - 半導体の製造方法 - Google Patents
半導体の製造方法Info
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- JPS63109A JPS63109A JP14437886A JP14437886A JPS63109A JP S63109 A JPS63109 A JP S63109A JP 14437886 A JP14437886 A JP 14437886A JP 14437886 A JP14437886 A JP 14437886A JP S63109 A JPS63109 A JP S63109A
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Landscapes
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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】
［産業上の利用分野］
本発明は、極微小寸法の半導体デバイスに用いる半導体
の構造とその製造方法に関する。
の構造とその製造方法に関する。
［従来の技術とその問題点］
半導体中への不純物原子の添加は、半導体中のキャリア
の型と密度を制御する上で不可欠な技術で必り、従来、
半導体の成長中に添加する方法や成長後イオン注入法に
よって添加する方法が行なわれてきた。しかしながらこ
れらのいずれの方法においても不純物原子の添加は不純
物原子の密度制御技術にとどまっており、半導体中の不
純物原子添加位置までは特定不可能であった。このため
、半導体中の不純物原子位置はランダムであった。
の型と密度を制御する上で不可欠な技術で必り、従来、
半導体の成長中に添加する方法や成長後イオン注入法に
よって添加する方法が行なわれてきた。しかしながらこ
れらのいずれの方法においても不純物原子の添加は不純
物原子の密度制御技術にとどまっており、半導体中の不
純物原子添加位置までは特定不可能であった。このため
、半導体中の不純物原子位置はランダムであった。
−力学導体の構成元素は元素半導体はもちろん化合物半
導体においてもその占める位置は厳密に決定されており
、半導体の占める形状を厳密に決定する技術が確立すれ
ば、半導体の構造は厳密に制御可能と考えられてきた。
導体においてもその占める位置は厳密に決定されており
、半導体の占める形状を厳密に決定する技術が確立すれ
ば、半導体の構造は厳密に制御可能と考えられてきた。
゛近年、分子線エピタキシ成長法では半導体の成長を原
子層レベルで制御可能となっており、また微細加工技術
の進展により、細線状の半導体構造も形成されるように
なつた。
子層レベルで制御可能となっており、また微細加工技術
の進展により、細線状の半導体構造も形成されるように
なつた。
しかしながら半導体の形状制御技術が確立されても、半
導体中の不純物原子の占める位置が制御されなくては、
半導体の構造は厳密に制御されたとはいえない。とくに
デバイス寸法が小さくなると、局部的な不純物原子分布
の不均一ざが問題となってくる。さらに２次元や１次元
の半導体では、日本物理学会誌、第４０巻、第４８９頁
（１９８５年）に長岡によって指摘されているように、
わずかな不均一さによって電子のアンダーソン局在が顕
著となってくるため、電子の伝導特性を制御することが
非常に難しくなってくる。三次元物体でも不純゛物装置
の非法則性が電子の感じるポテンシャルに揺らぎを与え
、バンド構造が変形することはよく知られている。した
がって、半導体中の不純物原子の配置まで厳密に制御し
なければ、極微細寸法の半導体デバイスの実現は困難で
あると考えられる。
導体中の不純物原子の占める位置が制御されなくては、
半導体の構造は厳密に制御されたとはいえない。とくに
デバイス寸法が小さくなると、局部的な不純物原子分布
の不均一ざが問題となってくる。さらに２次元や１次元
の半導体では、日本物理学会誌、第４０巻、第４８９頁
（１９８５年）に長岡によって指摘されているように、
わずかな不均一さによって電子のアンダーソン局在が顕
著となってくるため、電子の伝導特性を制御することが
非常に難しくなってくる。三次元物体でも不純゛物装置
の非法則性が電子の感じるポテンシャルに揺らぎを与え
、バンド構造が変形することはよく知られている。した
がって、半導体中の不純物原子の配置まで厳密に制御し
なければ、極微細寸法の半導体デバイスの実現は困難で
あると考えられる。
本発明は以上のような従来の事情にもとづいてなされた
もので、不純物原子位置が規則的に制御された半導体と
その製造方法を提供することを目的とする。
もので、不純物原子位置が規則的に制御された半導体と
その製造方法を提供することを目的とする。
Ｅ問題点を解決するための手段］
本発明は不純物原子が規則的に半導体の格子位置に置換
され、または格子間位置に配置された領域を有すること
を特徴とする半導体であり、またその製造方法は半導体
表面に不純物原子を含有する分子を一層吸着させ、次い
で鋭い先端を有するトンネル電子放出源から放出される
トンネル電子を用い、このトンネル電子放出源または半
導体を走査して前記吸着分子を励起、分解することによ
り、不純物原子のみを前記半導体表面近傍でかつそれぞ
れ半導体の原子間間隔の整数倍の距離を隔てて半導体原
子の格子位置または格子間位置に規則性を有して順次買
電もしくは配置させることを特徴とする。
され、または格子間位置に配置された領域を有すること
を特徴とする半導体であり、またその製造方法は半導体
表面に不純物原子を含有する分子を一層吸着させ、次い
で鋭い先端を有するトンネル電子放出源から放出される
トンネル電子を用い、このトンネル電子放出源または半
導体を走査して前記吸着分子を励起、分解することによ
り、不純物原子のみを前記半導体表面近傍でかつそれぞ
れ半導体の原子間間隔の整数倍の距離を隔てて半導体原
子の格子位置または格子間位置に規則性を有して順次買
電もしくは配置させることを特徴とする。
［作 用］
本発明の半導体中の不純物原子は“、半導体の原子間隔
の整数倍の間隔をもって規則的に配置されている。この
ため電子の感じるポテンシャルは完全に規則的であり、
揺らぎにもとずく局在化は生じず、極微細構造の半導体
デバイスが動作可能となる。このような不純物の添加は
不純物原子を１つづつ半導体表面もしくはその直下の特
定位置に配置可能なトンネル電子放出源をもちいて、半
導体もしくはトンネル電子放出源を走査することにより
行われる。
の整数倍の間隔をもって規則的に配置されている。この
ため電子の感じるポテンシャルは完全に規則的であり、
揺らぎにもとずく局在化は生じず、極微細構造の半導体
デバイスが動作可能となる。このような不純物の添加は
不純物原子を１つづつ半導体表面もしくはその直下の特
定位置に配置可能なトンネル電子放出源をもちいて、半
導体もしくはトンネル電子放出源を走査することにより
行われる。
［実施例］
次に本発明を実施例によって説明する。
実施例１
第２図は、本発明による一実施例で得られる半導体１の
概略図である。不純物原子は第１図（ａ）に示すように
ｎ原子層づつ離れた原子層２上にのみ添加されている。
概略図である。不純物原子は第１図（ａ）に示すように
ｎ原子層づつ離れた原子層２上にのみ添加されている。
ここでｎは整数である。第１図（ｂ）は不純物原子が添
加された原子層２上の不純物原子３の配置を示す。この
場合、構成元素の占める位置は経線と緯線の交点とする
。不純物原子は経線方向、緯線方向で共にｍ原子間隔だ
け離れた置換位置を占めている。各不純物原子の直上、
直下にはｎ原子層だけ離れて不純物が配置されている。
加された原子層２上の不純物原子３の配置を示す。この
場合、構成元素の占める位置は経線と緯線の交点とする
。不純物原子は経線方向、緯線方向で共にｍ原子間隔だ
け離れた置換位置を占めている。各不純物原子の直上、
直下にはｎ原子層だけ離れて不純物が配置されている。
したがって第１図の半導体の不純物原子位置は構成原子
位置に対して全く規則的であり、半導体中の電子は規則
的な構成元素によるポテンシャルに加えて、同じく規則
的な不純物ポテンシャルを感じて運動することになるた
め、電子のエネルギー分散関係、すなわちバンド構造は
厳密に一意的に決定され、電子が局在することもない。
位置に対して全く規則的であり、半導体中の電子は規則
的な構成元素によるポテンシャルに加えて、同じく規則
的な不純物ポテンシャルを感じて運動することになるた
め、電子のエネルギー分散関係、すなわちバンド構造は
厳密に一意的に決定され、電子が局在することもない。
このような半導体を極微細構造のトランジスタ等に利用
すれば、所望の特性が得られる。なお、第２図では不純
物原子の位置は半導体原子に対し置換位置を占めている
が特定の格子間位置に選ぶことによっても全（同様に規
則的不純物原子ポテンシャルをつくりだすことが可能で
ある。
すれば、所望の特性が得られる。なお、第２図では不純
物原子の位置は半導体原子に対し置換位置を占めている
が特定の格子間位置に選ぶことによっても全（同様に規
則的不純物原子ポテンシャルをつくりだすことが可能で
ある。
次に以上のように構成された半導体の製造方法について
述べる。
述べる。
第１図は製造工程中で不純物原子を配置する工程の試料
断面を模式的に示したものである。第１図（ａ）は清浄
な半導体層４表面に不純物原子を含む分子５を一層吸着
させ、トンネル電子放出源６である鋭い先端をもったタ
ングステンチップを、不純物を配置させようとする置換
位置の直上に置いたところを示す。この配置は、いわゆ
る走査型トンネル顕微鏡の配置とよく似ている。走査型
トンネル顕微鏡はサイエンティフィック・アメリカン（
Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ａｍｅｒｉｃａｎ）誌の１９８
５年、８月号、５０頁のゲルト・ビイニツヒとハインリ
ッヒ・ローラーの論文に記述されているように固体表面
の原子配置を直接観察する優れた手段である。チップと
半導体間の電圧を低い値に選ぶことによって、半導体表
面上に規則的に分子が吸着した吸着構造を観察すること
ができる。この観察はチップと半導体表面の間を流れる
トンネル電流の場所的な強弱を検知することによって行
われる。場所の移動はチップもしくは半導体をピエゾ効
果を利用した移動機構を用いて行われる。チップを半導
体に対して正にバイアスし、トンネル電子のエネルギー
が吸着分子を分解するのに十分なエネルギーとなるよう
に電圧値を選べば、放出されたトンネル電子７によって
、チップ直下の吸着分子のみを分解することが可能であ
る。
断面を模式的に示したものである。第１図（ａ）は清浄
な半導体層４表面に不純物原子を含む分子５を一層吸着
させ、トンネル電子放出源６である鋭い先端をもったタ
ングステンチップを、不純物を配置させようとする置換
位置の直上に置いたところを示す。この配置は、いわゆ
る走査型トンネル顕微鏡の配置とよく似ている。走査型
トンネル顕微鏡はサイエンティフィック・アメリカン（
Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ａｍｅｒｉｃａｎ）誌の１９８
５年、８月号、５０頁のゲルト・ビイニツヒとハインリ
ッヒ・ローラーの論文に記述されているように固体表面
の原子配置を直接観察する優れた手段である。チップと
半導体間の電圧を低い値に選ぶことによって、半導体表
面上に規則的に分子が吸着した吸着構造を観察すること
ができる。この観察はチップと半導体表面の間を流れる
トンネル電流の場所的な強弱を検知することによって行
われる。場所の移動はチップもしくは半導体をピエゾ効
果を利用した移動機構を用いて行われる。チップを半導
体に対して正にバイアスし、トンネル電子のエネルギー
が吸着分子を分解するのに十分なエネルギーとなるよう
に電圧値を選べば、放出されたトンネル電子７によって
、チップ直下の吸着分子のみを分解することが可能であ
る。
第１図（ｂ）はこのようにして吸着分子を分解し、半導
体表面上の所定の置換位置にのみ不純物原子３を配置し
たところを示す。試料温度を昇温するか、あるいは光を
照射することによって未分解の吸着分子を脱離させ、半
導体表面上に規則的に配置された不純物原子３のみを残
したところを示すのが第１図（Ｃ）である。
体表面上の所定の置換位置にのみ不純物原子３を配置し
たところを示す。試料温度を昇温するか、あるいは光を
照射することによって未分解の吸着分子を脱離させ、半
導体表面上に規則的に配置された不純物原子３のみを残
したところを示すのが第１図（Ｃ）である。
この後は単層吸着を利用した原子層エピタキシ法もしく
は分子線エピタキシ法により一定の原子層の厚さを持つ
半導体を成長させ、再び第１図に示した方法を用いて不
純物原子を配置させれば第２図に示した構造の半導体が
得られる。第１図で半導体層の材料として砒化ガリウム
を用いた場合に吸着分子としてトリメチルシリコンもし
くはフッ化シリコンもしくは塩化シリコンもしくはシラ
ンを用いれば不純物原子としてシリコンを添加すること
ができる。
は分子線エピタキシ法により一定の原子層の厚さを持つ
半導体を成長させ、再び第１図に示した方法を用いて不
純物原子を配置させれば第２図に示した構造の半導体が
得られる。第１図で半導体層の材料として砒化ガリウム
を用いた場合に吸着分子としてトリメチルシリコンもし
くはフッ化シリコンもしくは塩化シリコンもしくはシラ
ンを用いれば不純物原子としてシリコンを添加すること
ができる。
実施例２
第３図（ａ）は断面の各−辺が各々９原子層に相当する
厚さをもった半導体細線８内の中心線上にある不純物原
子添加原子線９の置換位置のうち不純物原子１３の各位
置間隔の比が第３図（ｂ）に示すようにフィボナッチ数
列をなすように配置された半導体細線８である。ここで
フィボナッチ数列とは数列（ａ ）においてａｎ ＝
ａｎ−１×ａｎ−２を満足する整数列を意味し、整数の
単位は中心線上の原子間隔である。
厚さをもった半導体細線８内の中心線上にある不純物原
子添加原子線９の置換位置のうち不純物原子１３の各位
置間隔の比が第３図（ｂ）に示すようにフィボナッチ数
列をなすように配置された半導体細線８である。ここで
フィボナッチ数列とは数列（ａ ）においてａｎ ＝
ａｎ−１×ａｎ−２を満足する整数列を意味し、整数の
単位は中心線上の原子間隔である。
半導体細線８内の電子はフィボナッチ数列をなす不純物
ポテンシャルを感じて運動するため、実施例１と同様に
電子のエネルギー分散関係は一意的に決定され、電子が
局在することもない。
ポテンシャルを感じて運動するため、実施例１と同様に
電子のエネルギー分散関係は一意的に決定され、電子が
局在することもない。
実施例１および実施例２で示した半導体で問題なのは不
純物原子の拡散による不純物原子位置の変化である。こ
のような変化が生じれば配置の規則性が失われてしまう
。拡散係数は一般に半導体の種類と不純物原子の種類に
よって決まるが、その大きさの程度は半導体の自己拡散
係数が１つの目安になる。ガリウム砒素とアルミニウム
・ガリウム砒素のへテロ接合構造では成長温度７００’
Ｃでも原子層レベルで平坦な界面が得られており、した
がって分子線エピタキシ成長温度（〜５００″Ｃ）では
、不純物拡散はほとんど無視できる。すなわち半導体の
分子線エピタキシ成長温度程度では不純物拡散は考慮す
る必要が少なく、それより低い温度では全く無視するこ
とができる。
純物原子の拡散による不純物原子位置の変化である。こ
のような変化が生じれば配置の規則性が失われてしまう
。拡散係数は一般に半導体の種類と不純物原子の種類に
よって決まるが、その大きさの程度は半導体の自己拡散
係数が１つの目安になる。ガリウム砒素とアルミニウム
・ガリウム砒素のへテロ接合構造では成長温度７００’
Ｃでも原子層レベルで平坦な界面が得られており、した
がって分子線エピタキシ成長温度（〜５００″Ｃ）では
、不純物拡散はほとんど無視できる。すなわち半導体の
分子線エピタキシ成長温度程度では不純物拡散は考慮す
る必要が少なく、それより低い温度では全く無視するこ
とができる。
［発明の効果］
以上説明したように本発明により゛不純物原子が規則的
に配置された半導体が得られ、極微細構造の半導体デバ
イスが、不純物ポテンシャルの揺らぎの影響をうけずに
動作可能となる。
に配置された半導体が得られ、極微細構造の半導体デバ
イスが、不純物ポテンシャルの揺らぎの影響をうけずに
動作可能となる。
第１図は本発明の一実施例を模式的に示す図、第２図は
その方法によって得られる半導体の構造を示す概略図、
第３図は本発明の他の一実施例によって得られる半導体
の構造を示す概略図でおる。 １・・・半導体 ２・・・不純物原子添加原子層 ３．１３・・・不純物原子 ４・・・半導体層５・・・
吸着分子 ６・・・トンネル電子放出源７・・・
トンネル電子 ８・・・半導体装置９・・・不純物原
子添加原子線 −代理人弁理士 内 原 画筆１図 第３図 ９下耗初原子添珈庸予昶
その方法によって得られる半導体の構造を示す概略図、
第３図は本発明の他の一実施例によって得られる半導体
の構造を示す概略図でおる。 １・・・半導体 ２・・・不純物原子添加原子層 ３．１３・・・不純物原子 ４・・・半導体層５・・・
吸着分子 ６・・・トンネル電子放出源７・・・
トンネル電子 ８・・・半導体装置９・・・不純物原
子添加原子線 −代理人弁理士 内 原 画筆１図 第３図 ９下耗初原子添珈庸予昶
Claims (2)
- （１）不純物原子が規則的に半導体の格子位置に置換さ
れ、または格子間位置に配置された領域を有することを
特徴とする半導体。 - （２）半導体表面に不純物原子を含有する分子を一層吸
着させ、次いで鋭い先端を有するトンネル電子放出源か
ら放出されるトンネル電子を用い、このトンネル電子放
出源または半導体を走査して前記吸着分子を励起、分解
することにより、不純物原子のみを前記半導体表面近傍
でかつそれぞれ半導体の原子間間隔の整数倍の距離を隔
てて半導体原子の格子位置または格子間位置に規則性を
有して順次置換もしくは配置させることを特徴とする半
導体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61144378A JPH0712022B2 (ja) | 1986-06-19 | 1986-06-19 | 半導体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61144378A JPH0712022B2 (ja) | 1986-06-19 | 1986-06-19 | 半導体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63109A true JPS63109A (ja) | 1988-01-05 |
| JPH0712022B2 JPH0712022B2 (ja) | 1995-02-08 |
Family
ID=15360731
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61144378A Expired - Lifetime JPH0712022B2 (ja) | 1986-06-19 | 1986-06-19 | 半導体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0712022B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| JPH0959099A (ja) * | 1995-08-24 | 1997-03-04 | Sanyo Electric Co Ltd | 層状物質材料の加工方法 |
| US9605625B2 (en) | 2013-12-19 | 2017-03-28 | Continental Automotive Systems, Inc. | High performance vacuum venturi pump |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62194679A (ja) * | 1986-02-20 | 1987-08-27 | Fujitsu Ltd | 高移動度半導体装置及びその製造方法 |
-
1986
- 1986-06-19 JP JP61144378A patent/JPH0712022B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62194679A (ja) * | 1986-02-20 | 1987-08-27 | Fujitsu Ltd | 高移動度半導体装置及びその製造方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| JPH0959099A (ja) * | 1995-08-24 | 1997-03-04 | Sanyo Electric Co Ltd | 層状物質材料の加工方法 |
| US9605625B2 (en) | 2013-12-19 | 2017-03-28 | Continental Automotive Systems, Inc. | High performance vacuum venturi pump |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0712022B2 (ja) | 1995-02-08 |
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