量子化イオン照射による半導体ナノ構造の加工と特性制御

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09555102
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 大泊 巌 早稲田大学, 理工学部, 教授 (30063720)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松川 貴 早稲田大学, 理工学部, 助手 (70287986) ; 豊島 義明 (株)東芝, マイクロエレクトロニクス技術研究所, 開発主査
• Keywords: 量子化イオン照射法 / 単一イオン抽出 / 2次電子検出 / ゆらぎ / 活性化 / SIMOX基板 / 表面改質 / MOS界面準位

Research Abstract

本年度は、量子化イオン照射法の高精度化のための要素技術の改良と実用化へ向けた予備実験に重点を置いた。
1.量子化イオン照射法の要素技術の改良
(1)単一イオン抽出・2次電子検出・照準技術の改善
量子化イオン照射システムの改良を行い、2次電子検出率(照射イオン個数制御性)を90%まで改善した。また、サブミクロン以下照準精度を実現した。
(2)量子化イオン照射用デバイス作製プロセスの改善
集束イオンビーム照射による熱酸化膜の表面改質を応用した加工法を試みた。導入される単一イオンは、極僅かな損傷・汚染に対しても非常に敏感となるという視点から、イオン種、化学エッチング溶液の選択に注意を払った。その結果、汚染、損傷の極めて少ない数10nmの加工精度を有する加工法の実現に成功した。
(3)注入イオン電気的活性化のための熱処理技術の改良と最適化
制御された雰囲気中で熱処理を行うことを目的として、完全オイルフリーの真空排気系を実現した。また、活性化熱処理条件の最適化を行い、90%以上の活性化率を得た。
(4)デバイス特性評価
量子化イオン照射法の適用対象としては、電気的活性領域が注入イオンの到達範囲であることが必須である。本年度は予備実験として、従来のデバイス技術により作成されたMOSFETに対し、透過能力の高いMeVオーダのHeシングルイオン照射による、MOS界面準位生成量の調査を行った。
2.量子化イオン照射法の実用化方策の検討
要素技術の改良で実現された90%の2次電子検出率では、従来のイオン注入法で生じる特性のゆらぎを30%まで制御できる見通しを得た。現在、具体的な実用化方策を検討中である。
なお、集束イオンビームによる数十KeVのイオン照射に対しては、極めて薄いゲート構造を持つMOSデバイスの新規設計、製作が必要との結論に達した。この場合、TEGの設計、製作に多くの時間を要するだけでなく、未成熟のデバイスプロセスの適用を必要とするため、本研究では既に作成されたSIMOX基板を利用した微小抵抗体への照射実験に専念することとした。

Research Products

• [Publications] T.Matsukawa, et al.: "Three-dimensinal site dependence of single-ion-induced charge collection at a p-n junction-role of funneling and diffusion processes under differention energy," Journal of Applied Physics(to be published).
• [Publications] T.Matsukawa, et al.: "Key technologies of FIB system for single ion implantation" Journal of Vacuum Science and Technology B(to be published).
• [Publications] M.Koh, et al.: "Quantitative characterization of Si/SiO_2 interface traps induced byenergetic ions by means of single ion microprobe and single ion beam induced charnge imaging," Applied Surface Science. 117/118. 171-175 (1997)
• [Publications] M.Koyama, et al.: "Estimation of Spatial Extent of a Defect Cluster in Si Induced by SingleIon Irradiation," Japanese Journal of Applied Physics. 36. L708-710 (1997)
• [Publications] M.Koyama, et al.: "Influence of Near-Surface Defects in Si Induced by Reactive Ion Etching on the Electrical Properties of the Pt/n-Si Interface," Japanese Journal of Applied Physics. 36. 6682-6686 (1997)
• [Publications] K.Shimada, et al.: "Reactivity of O_2 with Si(111)surfaces with different surface structures" Applied Surface Science. (to be published).
• [Publications] T.Ishimaru, et al.: "Role of corner holes in the formation of SF half unit of DAS structures" Applied Surface Science. (to be published).
• [Publications] T.Watanabe, et al.: "Mechanism of H_2 desorption from H-terminated Si(001)surfaces" Applied Surface Science. 117/118. 67-71 (1997)
• [Publications] I.Ohdomari, et al.: "Consideration of atom movement during Si surface reconstruction" Phase Transitions. 62. 245-258 (1997)
• [Publications] T.Watanabe, et al.: "Monte Carlo study on formation of periodic structures on Si(111)surfaces," Surface Science. 389. 357-381 (1997)
• [Publications] T.Hoshino, et al.: "Theoretical investigation on the formation process of the stacking-fault triangle in the Si(111)-7x7 structure" Surface Science. 394. 119-128 (1997)
• [Publications] T.Watanabe, et al.: "Effects of fixed particles on periodic adatom arrangements on Si(111)unreconstructed surfaces" Applied Surface Science. (to be published).
• [Publications] T.Shimada, et al.: "Damage and contamination free fabrication of thin Si wires with highly controlled feature size" Applied Surface Science. 117/118. (1997)
• [Publications] T.Shimada, et al.: "The current status of sigle ion implantation" Journal of Vacuum Science and Technology B. (to be published).
• [Publications] 原謙一、他: "シングルイオン注入と電気化学反応を用いたウェハ-スケールテクノロジー" 電子情報通信学会信学技報. ED-97-07. 35-40 (1997)
• [Publications] 松川 貴、他: "シングルイオン照射とその応用" 放射線. 23. 25-34 (1997)
• [Publications] T.Matsukawa, et al.: "Development of single-ion implantation-controllability of implanted ion number" Applied Surface Science. 117/118. 677-683 (1997)