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本研究の目的は、ナノスケールのCMOSデバイスに対応するプロセスシミュレータ開発に向け、不純物導入およびその後の熱処理による母体シリコン原子と添加不純物原子の相互作用を調べることである。結論として、シリコン結晶中のホウ素拡散シミュレータに用いる物性値・モデルの決定に至った。不純物原子の活性化およびイオン照射による母体シリコン原子の挙動をさらに厳密に調べるため、以下の実験を遂行した。
1.シリコン中の不純物挙動および活性化メカニズムを調べるため、32ナノメートルサイズ以下のCMOSデバイス開発を推進するIMEC(ベルギー)にて研究を行った。ここで不純物導入として用いた気相ドーピング法は不純物照射による欠陥形成のない手法として注目されており、且つ複雑に立体加工を施した基板に対して均一な導入が可能な手法である。今年度は、シリコン中のホウ素および砒素の活性化のメカニズムを調べた。
2.異なる同位体シリコンの周期構造を二次イオン質量分析法(SIMS)およびアトムプローブ法(AP)を用いて構造評価し、最終的にシリコンに対するSIMSの深さ分解能と分析時におけるミキシングの定量評価、さらにはAPの高分解能性を示す結果を得た。SIMSは試料表面にイオンを照射して削りながら深さ方向の質量分布を得る手法であり、分析時の照射エネルギーがSIMSの分解能を決定する主要パラメータであるため、分解能評価をする上で照射による損傷度合を定量的に知ることは重要である。一方でAPは分析中にミキシングの影響を受けずに原子配列を空間的に知る手法として近年注目されており、同位体を用いた分解能の導出はAPの分野において先行した研究である。この時に用いた同位体シリコン周期構造は、すべてシリコンで構成されているが深さ方向に質量分布を持つことが特長であり、これがSIMSの深さ標準試料として利用可能であることを提案した。
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