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シリコン半導体デバイスの高集積化に伴い急峻にドープされた極浅接合の形成が必要である。2014年にはドーパントプロファイルの厚さはおよそ10nmになるとされている。従来技術である数MeV〜数十keVのイオンエネルギーを用いたイオン注入法によれば、シリコン結晶中に多量の原子空孔および格子間原子がなだれ現象的に形成されてしまい、ターゲットであるシリコン半導体の結晶性が著しく劣化する。結晶性の回復と導入したドーパントの活性化のためには熱処理が必要であるが、ドーパントの拡散が生じて極浅ドーピングプロファイルを保つことが困難となる。本研究では、上記問題を解決するためにシリコンの格子位置置換エネルギーである20〜30eV近傍の超低エネルギーを有するイオンビームを用いた超低エネルギーイオン注入技術を開発した。シリコン半導体においてボロンはp型の一般的なドーパントであり、原子半径が小さいためにシリコン結晶中を拡散しやすい元素であるため、ボロンについて検討を行った。ボロンソースとしてトリメチルボロンおよび3フッ化ボロンを検討し、3フッ化ボロンを用いた場合が安定に11B+が得られる事がわかった。そこでボロンの超低エネルギーイオン注入においてイオンエネルギー、ドーズ量、照射ターゲット温度などの照射条件の最適化を検討した。その結果、ドーズ量および照射ターゲット温度の増加とともにシート抵抗は減少し、800℃で1×1016ions/cm2イオン照射して、シート抵抗が6kΩまで減少した。2次イオン質量分析法を用いて深さ方向のボロンの分布を解析した結果、少なくとも5nm以下の非常に浅いドーピングプロファイルを達成した。
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