物性制御を目指した負イオンビーム技術の確立

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05402027
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 石川 順三 京都大学, 工学部, 教授 (80026278)
• 研究分担者: 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)
• キーワード: 負イオン / 負イオン注入 / イオンビーム輸送 / 空間電荷中和 / 帯電緩和 / 物性制御 / 負イオン源 / 二次負イオン生成

研究概要

1)半導体プロセス用大電流負重イオン源の開発:本研究者らは、これまでに開発したスパッタリングによる二次負イオン生成を動作原理としたてRFプラズマスパッタ型負重イオン源を改良して、半導体プロセスで必要とされる各種元素(ボロン、リン、シリコン、ヒソなど)を連続でmA級供給できる負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、炭素負イオンとしてC^-が1.6mA、C_2^-が2.3mA、シリコン負イオンではSi^-が3.8mA、ボロン負イオンでB_2^-が1.0mAである。また、スパッタ電圧の増加により得られる負イオン電流が増大できることが判明し、更なる負イオン電流の増加が期待される。
2)負イオンビーム輸送系の開発:負イオンは余剰電子を0.5〜2eV程度の電子親和力という極めて弱い力で原子に付着させている。従って、ガス粒子との衝突により比較的容易に中性化すると考えられている。本研究担当者らは、各種負イオンビーム(C,B,Si,Cuの負イオン)の各種ガス粒子中での電子離脱断面積を測定し、負イオンエネルギーや負イオン種、ガス粒子種に対する依存性を調べた。その結果、一電子離脱断面積は負イオンビームエネルギーが10〜40keV程度で最大を示し、その値は10^<-16>cm^2台であることが明かとなった。また、更なる負イオンエネルギーの増加では、減少すると考えられ、従って、100keV負イオン注入装置での数mの距離の負イオンビーム輸送系は残留ガス粒子圧力が10^<-4>Pa程度に維持することが必要であることが判明した。これらの結果を基に設計された負イオンビーム輸送系を購入して、開発した負イオン源と組み合わせて「負イオン注入装置」を構成した。

研究成果

• [文献書誌] Junzo Ishikawa and Hiroshi Tsuji: "Carbon Negative Ion Implantation into Silicon" Nuclear Insturments and Methods in Physics Research B. B74. 118-122 (1993)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 石川順三: "粒子線による原子間結合制御技術" 真空. 36. 833-839 (1993)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 石川順三: "粒子線技術における運動力結合の重要性" 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. 1-10 (1993)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 南雲正二、豊田啓孝、辻博司、後藤康仁、石川順三、酒井滋樹、丹上正安、松田耕自: "二次電子エネルギー分析による負イオン注入時の絶縁物基板帯電測定" 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. 79-82 (1993)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] Junzo Ishikawa: "Negative-Ion Source for Implantation and Surface Interaction of Negative-Ion Beams" Review of Scientific Instruments. 65(to be published.). (1994)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] Junzo Ishikawa: "Applications of Negative-Ion Beams" Surface and Coatings Techology. (to be published.). (1994)
• [文献書誌] 石川順三: "負イオンビーム技術とその物性応用" アイオニクス. 20. 1-18 (1994)
• [文献書誌] 辻博司、石川順三、後藤康仁: "スパッタリングを用いた二次負イオン放出における負重イオン生成効率の測定" アイオニクス. 20. 19-27 (1994)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 辻博司、石川順三: "シリコンへの炭素負イオン注入によるSiC層の形成" アイオニクス. 20. 51-56 (1994)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 豊田啓孝、辻博司、南雲正二、酒井滋樹、後藤康仁、石川順三: "絶縁物への負イオン注入における表面電位のイオン誘起二次電子分析による測定" アイオニクス. 20. 71-76 (1994)
• [文献書誌] 石川順三、辻博司: "炭素負イオンビーム蒸着によるダイヤモンド状非晶質カーボン膜の作製" アイオニクス. 20. 77-83 (1994)