負イオンビームによるチャージアップ・フリー・イオン注入技術の開発

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05555008
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 石川 順三 京都大学, 工学部, 教授 (80026278)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 酒井 滋樹 日新電機(株), 研究開発本部, 研究員 ; 松田 耕自 日新電機(株), 研究開発本部, 副本部長 ; 後藤 康仁 京都大学, 工学部, 助手 (00225666) ; 辻 博司 京都大学, 工学部, 助手 (20127103)
• Keywords: 負イオン / イオン注入 / チャージアップ / 無帯電 / 負イオン注入 / 帯電電位 / 負イオン源 / 二次負イオン生成

Research Abstract

1)大電流負イオン源の開発:工業的に応用できる半導体への負イオン注入の為には、mA級の大電流が連続して引き出せる負イオン源が必要で、かつ、シリコン基板へのイオン注入用としてはボロンおよびリンの負イオンが、また、ガリウムヒ素基板への注入用としてはシリコンや炭素など負イオン種が供給できる必要がある。本研究では、研究担当者らがこれまで行ってきた高効率のスパッタリングを利用した二次負イオン生成法を利用して連続動作可能な大電流負イオン源「RFプラズマスパッタ型負重イオン源」を開発した。本負イオン源で達成された最大引出し負イオン電流は、炭素負イオンビームとしてC^-イオンが1.6mA、C_2^-イオンが2.3mA、シリコン負イオンビームではSi^-イオンが3.8mA、ボロン負イオンビームでB_2^-イオンが1.0mAである。この様にmA級の大電流負イオンビームが引き出しを達成した。さらに、本負イオン源を基に設計された負イオン注入装置搭載用の負イオン源を購入し、既存の負イオンビーム輸送系と組み合わせて負イオン注入装置を現在構成・調整している。
2)負イオンチャージアップ電位計測装置の開発と測定:負イオン注入時における絶縁基板の帯電電位を測定する装置を自作した。帯電電位の測定結果から、絶縁した電極への低電流密度(5μA/cm^2以下)負イオン注入では、帯電電位は正の数Vと極めて小さい。そして、中電流密度(数10μA/cm^2程度)での負イオン注入では、負イオンビームの負のビームポテンシャルの為に帯電電位は負イオン電流の増加に従って低下しはじめ、零Vを横切り負の数Vとなる。また、1mA/cm^2の高電流密度であっても10^<-2>Pa程度のキセノンガス中における負イオン注入では、帯電電位がほとんど零Vであることが判明した。従って、負イオン注入ではチャージアップ・フリー・イオン注入が実現できることが示された。

Research Products

• [Publications] S.Sakai,M.Tanjyo,K.Matsuda,Y.Gotoh,H.Ohnishi,H.Tsuji and J.Ishikawa: "Comparison of Charge-up Phenomena between Negative- and Positive-Ion Implantation" Ion Implantation Technology-92,(Elsevier Science Publishers BV). 617-620 (1993)
• [Publications] Junzo Ishikawa: "Diamond-Like Carbon Films Prepared by Carbon Negative-Ion Beam Deposition" Proceedings of the Third International Symposium on Diamond Materials,(The Electrochemical Society,Pennigton,USA). 93-17m. 969-978 (1993)
• [Publications] J.Ishikawa,H.Tsuji,Y.Okada,M.Shinoda and Y.Gotoh: "Radio Frequency Plasma Sputter-Type Heavy Negative Ion Source" Vacuum. 44. 203-207 (1993)
• [Publications] Junzo Ishikawa,Hiroshi Tsuji,Yasuhito Gotoh and Satoshi Azegami: "Measurement of Heavy Negative Ion Production Probabilities by Sputtering" Proceedings of the 6th International Symposium on Production and Neutralization of Negative ions and Beams AIP Conf.Proc.No.287,Particles and Fields Series 53. AIP Conf.287. 66-75 (1994)
• [Publications] Hiroshi Tsuji,Junzo Ishikawa,Yasuhito Gotoh and Yukio Okada: "RF Plasma Sputter-Type DC-Mode Heavy Negative Ion Source" Proceedings of the 6th International Symposium on Production and Neutralization of Negative ions and Beams AIP Conf.Proc.No.287,Particles and Fields Series 53. AIP Conf.287. 530-539 (1994)
• [Publications] 酒井滋樹、丹上正安、河合禎、松田耕自、後藤康仁、大西浩之、辻博司、石川順三: "絶縁性基板への負イオン注入によるチャージアップの軽減" 真空. 36. 889-892 (1993)
• [Publications] 石川順三: "極低エネルギーイオンビームを用いた薄膜形成" 応用物理. 62. 1190-1199 (1993)
• [Publications] 岡山芳央、辻博司、豊田啓孝、後藤康仁、石川順三: "RFプラズマスパッタ型負重イオン源からのmA級Si-およびB-負イオン引き出し特性" 第4回粒子線の先端的応用技術に関するシンポジウム論文集. BEAMS1993. 71-74 (1993)
• [Publications] 豊田啓孝、岡山芳央、辻博司、後藤康仁、石川順三、酒井滋樹、丹上正安、松田耕自: "負イオン注入における絶縁Si基板表面電位の電流密度依存性" 第4回粒子線の先端的応用技術に関するシンポジウム論文集. BEAMS1993. 75-79 (1993)
• [Publications] 酒井滋樹、丹上正安、河合禎、松田耕自、辻博司、後藤康仁、豊田啓孝、石川順三: "微細構造にイオン注入した時のチャージアップ現象の解析" 第4回粒子線の先端的応用技術に関するシンポジウム論文集. BEAMS1993. 83-86 (1993)
• [Publications] Junzo Ishikawa: "Negative-Ion Source for Implantation and Surface Interaction of Negative-Ion Beams" Review of Scientific Instruments. 65(to be published.). (1994)
• [Publications] Hiroshi Tsuji,Junzo Ishikawa,Yasuyuki Kawabata and Yasuhito Gotoh: "Negative-Ion Production Probability in RF Plamsa Sputter-Type Heavy Negative-Ion Source" Review of Scientific Instruments. 65(to be published.). (1994)
• [Publications] Junzo Ishikawa: "Applications of Negative-Ion Beams" Surface and Coatings Techology. (to be published.). (1994)
• [Publications] 辻博司、岡山芳央、石川順三、後藤康仁: "連続動作大電流スパッタ型負重イオン源の開発" アイオニクス. 20. 29-39 (1994)
• [Publications] 辻博司、石川順三: "負重イオンビームの電子離脱断面積と二次電子放出比" アイオニクス. 20. 41-50 (1994)
• [Publications] 辻博司、酒井滋樹、豊田啓孝、岡山芳央、後藤康仁、石川順三: "負イオン注入による絶縁電極の帯電電位測定" アイオニクス. 20. 57-64 (1994)
• [Publications] 酒井滋樹、後藤康仁、辻博司、豊田啓孝、石川順三、丹上正安、松田耕自: "負イオン注入による絶縁された電極の帯電メカニズムの解明" アイオニクス. 20. 65-69 (1994)