シングルイオン注入法の実現と固体物性制御への応用

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05101003
• 研究機関: 早稲田大学
• 研究代表者: 大泊 巌 早稲田大学, 理工学部, 教授 (30063720)
• 研究分担者: 谷川 庄一郎 筑波大学, 物質工学系, 教授 (90011080) ; 星野 忠次 千葉大学, 薬学部, 講師 (90257220)
• キーワード: シングルイオン / シングルイオン注入 / FIB / 点欠陥 / 物質制御 / 陽電子消滅 / 極微構造 / 表面構造相転移

研究概要

単一イオン注入装置(SII)装置の抽出イオン数を固体飛跡検出器で見積もり、平均抽出イオン数が1個以下に設定できることを示した。イオン入射の検出効率をSiO_2をターゲットとして評価し、83%という検出効率を得た。この結果、SIIによる注入不純物個数制御の見通しを得た。
Si抵抗体の微細加工用としてAu-Si型液体金属イオン源(LMIS)を作製し、300時間以上の安定動作を実現した。また、シングルイオン注入用としてP及びBを同時に含むCu-P-Pt-B型LMISを作成し、1つのLMISからn型、p型両イオンを得ることを成功させた。
シングルイオン注入用Si抵抗体については、FIBと異方性エッチングを組み合わせた新たな加工法を考案し、SIMOX基板上に0.1μm以下のSi細線の形成を実現した。
SIIを用いて、シリコン表面に対してナノサイズの表面改質を行い、その後のメッキ浴により、表面改質部位にメッキが選択成長することを確認した。
Si基盤にB,P,As,Siイオンを注入し、生成される欠陥を陽電子消滅法によって初めて評価した。この結果、欠陥の深さ方向分布と注入イオン種の関係を明らかにした。
陽電子ビームの強度を向上のため、高効率の陽電子減速材を開発、^<60>Coから放出されるγ線の利用を試み、従来の方法に比べて1000倍の効率を予想させる基礎的実験結果を得た。
反発相互作用からなる系での周期構造成長過程のモンテカルロシミュレーションを行い、固定不純物粒子は周期構造の成長核になり得ないことを示した。
引っ張り応力を表面に加えると、7×7構造の成長速度が低下することSTM観察により明らかにした。
STM探針からSi原子をSi表面上に付加することで表面にアイランドを形成し、そのアイランドの消滅過程をその場観察した結果、コーナーホールが最後まで安定に存在することを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] 大泊巌: "大学における研究室運営の一例" 電子情報通信学会誌. 79. 76-77 (1996)
• [文献書誌] K.Kumamoto: "Dynamic growth steps of nxn dimer-adatom-stacking-fault domains on the quenched Si(III) surface" Physical Review B. 53. 12907-12911 (1996)
• [文献書誌] T.Matsukawa: "Evaluation of Soft-Error Hardness of DRAMs under Quasi-Heavy Ion Irradiation using He Single Ion Microprobe" IEEE Trans.Nucl.Sci. 43. 2849-2855 (1996)
• [文献書誌] T.Matsukawa: "STM observation of "craters" on graphite surface Induced by single ion implantation" Appl.Surf.Sci.107. 227-232 (1996)
• [文献書誌] T.Tanii: "Nonscalability of Alpha-Particle-Induced Charge Collection Area" Jpn.J.Appl.Phys.35. L688-L690 (1996)
• [文献書誌] M.Koh: "Radiation immunity of pMOSFETs and nMOSFETs examined by means of MeV He single ion microprobe" Appl.Surf.Sci.104/105. 364-368 (1996)
• [文献書誌] M.Koh: "Quantitative characterization of Si/SiO_2 interface traps induced by energetic ions by means of SIMP and SIBIC imaging" Appl.Surf.Sci.(to be published).
• [文献書誌] T.Shinada: "Fabrication of Thin Si Wired with Highly Controlled Feature Size" Appl.Surf.Sci.(to be published).
• [文献書誌] T.Matsukawa: "Development of single ion implantation-controllability of implanted ion number" Appl.Surf.Sci.(to be published).
• [文献書誌] 上殿明良: "表面近傍での陽電子の基本的挙動とそれらを利用した材料評価" まてりあ. 35. 140-146 (1996)
• [文献書誌] 谷川庄一郎: "陽電子消滅法による材料評価および低速陽電子ビーム技術の将来の展望" まてりあ. 35. 165-173 (1996)
• [文献書誌] 谷川庄一郎: "陽電子消滅による点欠陥の評価(3)" ウルトラクリーンテクノロジー. 8. 125-129 (1996)
• [文献書誌] M.Koh: "Quantitative analysis of radiation induced Si/SiO_2 interface defects by means of MeV He single ion irradiation" Appl.Phys.Lett.68. 1552-1554 (1996)
• [文献書誌] M.Koh: "Quantitative investigation of localized ion irradiation effects in nMOSFET using single ion microprobe" Appl.Phys.Lett.68. 3467-3469 (1996)
• [文献書誌] M.Koh: "Quantitative estimation of generation rates of Si/SiO_2 interface defects by MeV He single ion irradiation" IEEE Trans.Nucl.Sci.43. 2952-2959 (1996)
• [文献書誌] M.Koyama: "Quantitative analysis of degradation in Schottky diode characteristics induced by single ion implantation" Appl.Surf.Sci.104. 253-256 (1996)
• [文献書誌] T.Hoshino: "Origin of buckling-dimer-row formation of Si(001) surfaces" Phys.Rev.B. 54. 11331-11339 (1996)
• [文献書誌] T.Watanabe: "Mechanism of H_2 desorption from H-terminated Si(001) surfaces" Appl.Surf.Sci.(to be published).
• [文献書誌] A.Uedono: "Effects of recoil-implanted oxygen on depth profiles of defects and annealing processes in P^+-implanted Si studied by monoenergetic positron beams" Jpn.J.Appl.Phys.35. 2000-2007 (1996)
• [文献書誌] 谷川庄一郎: "分光法から見た酸化物超電導メカニズムの解明:陽電子消滅法による酸化物高温超伝導体の電子構造" 新超電導材料研究会会報(未踏科学技術協会). 56. 18-23 (1996)
• [文献書誌] R.Sadamoto: "Free volumes in nematic and smectic liquid-crystalline polymers probed by positron annihilation" J.Polymer Science,Part B Physics. 34. 1659-1664 (1996)
• [文献書誌] M.Ban: "Free volumes in polystyrene probed by positron annhilation" J.Polymer Science,Part B Physics. 34. 1189-1195 (1996)
• [文献書誌] 谷川庄一郎: "陽電子消滅による点欠陥の評価(5)" ウルトラクリーンテクノロジー. 8. 276-285 (1996)
• [文献書誌] S.Tanigawa: "Positron spectroscopy of defects in Si crystals" Proc.the 10th Korean Association of Crystal Growth Summer Seminar. 15-17 (1996)
• [文献書誌] A.Uedono: "Study of relaxation processes in polyethylene and polystyrene by positron annihilation" J.Polymer Sci.Part B Physics. 34. 2143-2149 (1996)
• [文献書誌] 上殿明良: "陽電子消滅による高分子のガラス転移と緩和現象の検出" 高分子論文集. 53. 563-574 (1996)
• [文献書誌] A.Uedono: "Thermal equilibrium defects in anthracene probed by positron annhilation" Jpn.J.Appl.Phys.35. 3623-3629 (1996)
• [文献書誌] A.Uedono: "Defects in ion implanted 3C-SiC probed by a monoenergetic positron beam" Jpn.J.Appl.Phys.35. 5986-5990 (1996)
• [文献書誌] 谷川庄一郎: "陽電子消滅による点欠陥の評価(4)" ウルトラクリーンテクノロジー. 8. 196-203 (1996)
• [文献書誌] 谷川庄一郎: "シリコンの科学「陽電子消滅」" 半導体基盤技術研究会, 6(769〜774) (1996)
• [文献書誌] 谷川庄一郎: "最新技術講座資料集「シリコン結晶欠陥のメカニズムと評価技術」" リアライズ社, 30(1〜30) (1996)