プラズマイオン注入における表面改質とイオン・中性ラジカルの挙動

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13680564
• Research Institution: Chubu University
• Principal Investigator: 中村 圭二 中部大学, 工学部, 助教授 (20227888)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 菅井 秀郎 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (40005517) ; 池澤 俊治朗 中部大学, 工学部, 教授 (60065282)
• Keywords: プラズマイオン注入 / 二次電子 / 二次電子放出係数 / 注入深さ / 表面モニタ / 半導体検出器

Research Abstract

近年の半導体デバイスにおいて、パターンサイズは0.1μmを切ると同時に、12インチ大口径ウェハーなどによる低コスト化や高スループット化も同時に図られているが、不純物注入プロセスはそれらの動向に必ずしも十分に対応できていない。それを打破する一つの方法としてにプラズマイオン注入法が提案されているが、プラズマの診断法やイオン注入面のその場計測技術が不十分であったことに加え、プラズマにさらされたウェハーや基材にはイオンの他に反応性の高い中性ラジカルも同時に入射して、ビーム法に比べてイオン注入プロセスが複雑であるため、そこでの不純物注入メカニズムはあまり理解されておらず、プロセス制御性も不十分と言われている。本研究では、プラズマイオン注入時のイオン入射フラックスおよび注入ドーズ量をIn-situで調べ、実際にドープされた不純物の深さ分布などの測定結果と併せて総合的に検討することにより、イオン注入におけるイオンなどの活性粒子の役割を明らかにして、本手法をベースとした大面積・高スループット不純物注入プロセスの高度化に資する基礎データを取得する。
まずはじめにIn-situでイオンフラックスをモニタするために、ターゲットに対向して設置した電子冷却された半導体検出器により、変位電流やプラズマの背景電子と分離してターゲットでの二次電子電流を高精度に測定した。この二次電子電流とターゲット電流を比較することにより、イオンフラックスをモニタできる同時に、イオン注入中のターゲット表面における二次電子放出係数も測定できることがわかった。
次にアルゴン希釈酸素プラズマを用いて銅製球ターゲットに酸素イオンを注入したところ、二次電子放出係数は注入時間とともに増加し、その後飽和することがわかった。これはX線電子分光により測定したターゲット表面での酸素の深さ分布の時間変化と非常によく対応していたことから、イオン注入された表面における直接的なイオン注入モニタとして二次電子放出係数が使えることがわかった。
さらに、本手法をウェハに適用するために、平板状のターゲットについても二次電子放出係数の導出を試みた。酸素が注入された銅表面での二次電子放出係数は30以上と非常に大きいので、それを校正に用いてシリコンウェハーの二次電子放出係数が求められ、銅に比べて小さいことがわかった。

Research Products

• [Publications] K.Nakamura他2名: "In-situ Monitoring of Incident Ion Flux and Ion-Implanted Surface in Plasma Immersion Ion Implantation"Frontiers of Surface Engineering 2001(October 2001, Japan). 210 (2001)
• [Publications] 安藤正樹他2名: "プラズマイオン注入における二次電子電流の測定 中村圭二,菅井秀郎;31, p. 16"電気関係学会東海支部連合大会(2001年11月豊橋). 16 (2001)
• [Publications] 中村圭二他2名: "プラズマイオン注入における二次電子電流の測定"電気学会放電研究会(2001年11月京都). 53-58 (2001)