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

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05555008
• 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: 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)
• キーワード: 負イオン注入 / 負イオンビーム輸送 / チャージアップ / 二次電子エネルギー分布 / 二次電子放出比 / 帯電緩和 / 絶縁物 / ゲート酸化膜

研究概要

本年度における研究は、当初計画通りに遂行し、次の実績が得られた。
1.大面積負イオン注入のための負イオンビーム輸送系の開発
既に開発した大電流の負イオン源から質量分離された負イオンビームを加速する加速管、ビーム収束用にレンズ、ビームを大面積の基板上に縦方向と横方向に走査する2組の静電偏向器などの大面積負イオン注入のための必要な負イオンビーム輸送系を開発し、既に開発した負イオン注入装置に組み合わせた。本装置の性能は、最大加速電圧140kV、ビーム口径40mm、中性粒子除去用偏向角7°、基板位置での最大偏向面積16mm×160mmであり、イオン注入室に搭載する6インチシリコン基板の全面に負イオンを注入することができた。
2.負イオン注入したデバイスの評価
(1)ゲート酸化膜に用いられる二酸化シリコン膜、半導体プロセスに利用されるフォトレジスト膜、液晶用TFTの基板となる石英硝子や無アルカリガラスなど絶縁物の負イオン注入中の帯電状態を、二次電子エネルギー分析により計測する方法を開発し、絶縁物の表面電位は負の数Vと極めて小さいことを明らかにした。
(2)本年度の購入したクリーンブ-ス内に負イオン注入室設置し、6インチシリコン基板上に形成した微小なゲート酸化膜(20nm)の帯電劣化試験用デバイス(TEG)に負イオン注入を行った。そして、デバイスの性能を評価した結果、アンテナ比が10^4以下では100%、また、10^5でも97.7%のゲート酸化膜が負イオン注入後も正常であることが明らかとなった。これらにより、負イオン注入法の実用化の見通しが得られた。

研究成果

• [文献書誌] Junzo Ishikawa: "Negative-Ion Source for Implantation and Surface Interaction of Negative-Ion Beams(Invited)" Review of Scientific Instruments. Vol.65,No.4. 1290-1294 (1994)
• [文献書誌] Junzo Ishikawa: "Application of Negative-Ion Beams" Surface and Coating Technology. Vol.65. 64-70 (1994)
• [文献書誌] Hiroshi Tsuji: "Negative-Ion Production Probability in RF Plasma-Sputter-Type Heavy Negative-Ion Source" Review of Scientific Instruments. Vol.65,No.5. 1732-1736 (1994)
• [文献書誌] 辻 博司: "負イオン注入における絶縁した電極表面の帯電電位のイオン電流密度依存性" 真空. 第37巻 第3号. 135-138 (1994)
• [文献書誌] 辻 博司: "イオン誘起二次電子による負イオン注入時の絶縁物基板の帯電測定" 真空. 第37巻 第3号. 138-142 (1994)
• [文献書誌] Junzo Ishikwa: "Negative-Ion Implantation Technique(Invited)" Nuclear Instruments and Methods B. (to be published). 6 (1995)
• [文献書誌] Shigeki Sakai: "The Charging Mechanism of Insulated Electrode in Negative-Ion Implantation" Nuclear Instruments and Methods B. (to be published). 4 (1995)
• [文献書誌] Hiroshi Tsuji: "High-Current RF-Plasma-Sputter-Type Heavy Negative-Ion Source for Negative-Ion Implanter" Ion Implantation Technology 94. (North-Holland)(to be published). 4 (1995)
• [文献書誌] Hiroshi Tsuji: "Charging Voltage Measurement of an Isolated Electrode and Insulators during Negative-Ion Implantation" Ion Implantation Technology 94. (North-Holland)(to be published). 4 (1995)
• [文献書誌] 酒井 滋樹: "200kV中電流負イオン注入装置の開発" 第5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. BEAMS1994. 23-26 (1994)
• [文献書誌] 辻 博司: "粉末へのイオン注入による粒子飛散の基礎現象" 第5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. BEAMS1994. 185-188 (1994)
• [文献書誌] 豊田 啓孝: "負イオン注入における孤立電極の帯電電位モデルとその検証" 第5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. BEAMS1994. 209-212 (1994)
• [文献書誌] 辻 博司: "RFプラズマスパッタ型負重イオン源におけるガス物質の負イオン引き出し" 第4回負イオン源及び負イオンビームとその応用研究会論文集,NIFS Report. NIFS Report 1995(to be published). 5 (1995)
• [文献書誌] 辻 博司: "高周波プラズマスパッタ型負重イオン源における気体材料の負イオン生成" 真空. 第38巻 第3号(to be published). 5 (1995)
• [文献書誌] 辻 博司: "イオン誘起二次電子分析による負イオン注入時のレジスト膜の帯電測定" 真空. 第38巻 第3号(to be published). 4 (1995)
• [文献書誌] 後藤 康仁: "負イオン注入における基板帯電モデルとその評価" 真空. 第38巻 第3号(to be published). 4 (1995)
• [文献書誌] 酒井 滋樹: "微細周期構造にイオン注入したときのチャージアップシミュレーション" 真空. 第38巻 第3号(to be published). 4 (1995)