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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。従来では数MeV〜数十keVのイオンエネルギーを用いたイオン注入法が用いられている。しかし、この方法では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1keV以下の超低エネルギーイオン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3フッ化ボロンを用いて11B+を単結晶シリコンに注入した。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、照射ターゲット温度800℃でイオン照射した場合、イオンエネルギーが300eVの時にシート抵抗が最小値2.8kΩ/□まで減少した。このときの移動度は87を示した。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、10nm以下の領域にボロンが導入されていることが明らかになった。
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