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シリコン半導体デバイスの高集積化に伴い極浅トービン部層の形成が必要である。国際半導体技術ロードマップ(ITRS)によれば2014年にはトーパント層の厚さはおよそ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。特にp型ドーパントであるボロンは原子半径が小さいためにシリコン結晶中を拡散しやすく、10nmの極浅ドーパント層の形成が困難である。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ボロン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。実用プロセスではレジストパターン形成後にイオン注入を行うため、室温でイオン注入を行い、その後ボロンの拡散を生じない800℃以下の熱処理による活性化プロセスを検討した。照射条件の最適化を行った結果、イオンエネルギーが300eVの時にシート抵抗が最小値4kΩ/□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、イオンエネルギーが30eVのときの注入深さは2nm、イオンエネルギーが500eVのときの注入深さは10nmであり、超エネルギーイオン注入により極浅ドープ層の形成が可能であることが明らかとなった。
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