金属拡散研究のすべて（上）：シリコン結晶中における原子拡散

摘要

シリコン(Si)は固体状態の方が液体状態よりも密度が小さい数少ない物質であり，その単結晶はダイヤモンド構造である．Si結晶を半導体材料として利用するためにはIV族に属するSi単結晶中にIII族またはV族原子を最適分布に導入することが必要である．即ち，Si結晶への置換型不純物原子の拡散を制御することが重要となる．Si半導体素子製造工程において結晶表面の酸化処理は必要不可欠である．Si結晶の表面酸化により挿入型積層欠陥が形成される．これはSi基板／酸化膜界面で生じた未酸化Si原子の一部が格子間Si 原子として結晶内部に拡散して形成された．ものと考えられている．単体としての格子間Si原子の存在は直接明らかにされていないけれども，空孔と同様にSi結晶中の固有点欠陥として格子間Si原子の存在は疑う余地のないものとして一般に受け入れられている．また，酸化よってP原子やB原子などは不活性雰囲気中の場合に比べ増速拡散し，一方Sb原子などは減速拡散することが知られている．このことはSi中の置換型不純物原子の拡散を単一機構では説明できないことを意味する．その結果，Si結晶中の自己拡散および置換型不純物拡散は空孔型機構と同時に格子間型機構による二重機構によって進行すると理解されている．