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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ドーピ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年にはドーパント層の厚さはおよそ10nmになるとされている。従来の高エネルギーイオン注入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しまい10nm以下の極浅ドーピング層の形成が困難となる。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ボロンイオンを用いた超低エネルギーイオン注入実用化技術の開発を行った。
Sio_2保護膜(厚さ約1nm)を有するシリコン(100)基板表面にボロンイオンを照射した。室温で30～500eVのエネルギーでイオン照射を行い、その後真空を破る事無く超硬真空中で800℃、30分のアニールを行った。イオンドーズ量はイオン電流密度と照射時間により制御した。
300eVでイオン注入して熱処理した後の試料のシート抵抗は約4kΩ/□であり、移動度は約90cm^2/Vsを示した。300eVのイオン注入を行った試料の断面TEM観察からシリコン結晶格子が明瞭に観察され、注入層のダメージが800℃のアニールにより回復していることがわかった。これは高エネルギーイオン注入後の熱処理と比較して低い温度であるが、超低エネルギーイオン注入ではシリコン結晶へのダメージが小さいためと思われる。またSIMS分析の結果、ボロンの導入深さはエネルギーにより良好に制御可能であり、300eVのイオン注入で15nm、30eVのイオン注入で5nmであった。
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