JPH11150079A - イオン注入法 - Google Patents

イオン注入法

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JPH11150079A
JPH11150079A JP9314886A JP31488697A JPH11150079A JP H11150079 A JPH11150079 A JP H11150079A JP 9314886 A JP9314886 A JP 9314886A JP 31488697 A JP31488697 A JP 31488697A JP H11150079 A JPH11150079 A JP H11150079A
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ion implantation
implantation
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和雄 荒井
Sadaji Yoshida
貞史 吉田
Hisao Tagami
尚男 田上
Yasunori Tanaka
保宣 田中
Hajime Okumura
元 奥村
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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】半導体の伝導性制御のためのイオン注入法
において、電気的活性をもたらすドーピング用イオンを
パルス化してイオン注入し、或はこの注入と一定の時間
関係を保って電気的に不活性な共注入パルスイオン或は
パルス光或はパルス電子ビームを照射するイオン注入
法。 【効果】高いドーピングイオンフラックスでのイオン注
入を行うことができる、更にドーピングイオンのミクロ
注入状態制御を実現し、ドーパントの電気的活性化にお
ける最適制御が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えばシリコンカー
バイト(SiC) などでpn制御を行う際に、イオン注入温度
やイオン注入後の熱処理温度を低減して、シリコン並に
良好な活性化率と構造欠陥回復を示すドーピング層を形
成することができるイオン注入法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】これまで、SiC などのワイドバンドギャ
ップ半導体では、構成元素間の化学結合が強く、素子構
造における局所的伝導性を制御するためのイオンドープ
では、拡散法によるイオンドープではその実現が不可能
であり、数キロボルト以上の加速イオン源によるイオン
注入法が唯一の手段となっている。
【0003】しかしながら、イオン注入法においても、
化学結合が強いという理由で、妥当な電気活性率(ドー
ピングイオンがドナーまたはアクセプターとして伝導電
子又はホールを供給する割合)を得るためには、イオン
注入によって不可逆的な構造欠陥を誘起しない、高温
(例えば500 ℃以上) で高温イオン注入を行い、更に注
入後より高温(1500 〜1700℃) での熱処理が必要であ
る。
【0004】こうした高温でのプロセスでは、従来のシ
リコンプロセスとは著しく異なり、新しいマスク材の開
発や、或はマスクレスプロセスの開発などといった多く
の困難な開発が要求されている。
【0005】一方、イオン注入によって、注入母体結晶
の電子状態が励起されたり、注入母体の結晶格子温度が
上昇したり、構造欠陥が励起されたり、共イオン注入さ
れたイオンの存在に影響されたりして、注入イオンのミ
クロな状態が決まることは原理的に明らかであり、した
がって活性化率の向上やイオン注入後の熱処理温度の低
減を図るために、高温でのイオン注入や構成元素である
炭素やシリコンなどの他のイオンの共ドーピングが試み
られているが、著しい改善は達成されていない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】これは一つには、連続
イオン源を使用するため、イオンフラックスを大幅に変
化させることができないために照射温度条件でのイオン
フラックスの最適化が必ずしも得られないことによるも
のである。
【0007】更には、ドーピング用イオン注入によって
生じる構造欠陥の補償や活性化率の向上のために行う他
の共イオンの注入においても、連続イオン源による注入
では、ドーピング用注入イオンと共注入イオンの相互作
用は、時々刻々と変わるドーピング状態の平均的効果の
総和であり、したがって電気的特性を得るために必要な
最終ドーピング量に至る過程に対し、時間的変化に対し
て最適な制御性をもってドーピングを行うことができな
いためと考えられている。
【0008】イオンフラックスの最適化と共ドーピング
イオン量及びドーピング状態を常に最適にしたイオン注
入技術が開発されれば、イオン注入における制御性は著
しく向上することが期待される。
【0009】
【課題を解決するための手段】そこで、この発明では半
導体の伝導性制御のためのイオン注入法において、電気
的活性をもたらすドーピング用イオンをパルス化してイ
オン注入する方法を提案するものである。
【0010】
【作用】即ち、この発明では電気活性をもたらすドーピ
ング用イオン源をパルス化することにより、イオン源の
電源装置を巨大化することなく容易に比較的大容量のイ
オンフラックスを得ることができ、したがってイオン注
入温度とイオンフラックスの広範囲での最適化が可能と
なる。
【0011】また、ドーピング用パルスイオン注入と共
に、パルス光(レーザー光やX線)やパルス電子ビーム
や、電気的に不活性な共パルスイオン(以下、これらを
励起状態制御パルスと総称する)を注入すれば、電気的
ドーピング用パルスイオンの逐次的注入に対し、光や電
子パルス及び共イオン注入条件を変えることにより、詳
細な最適化が可能となる。
【0012】即ち、電気的活性化を目的としたイオン注
入において、従来の連続イオン源によるイオン注入とは
異なり、この発明では原理的には逐次的なパルスイオン
毎に、イオン注入総量の変化と共に、逐次的に最適な格
子温度、構造欠陥濃度、共イオン注入量などを変化させ
てドーピングイオン注入を行うことができるようにな
る。
【0013】特に、イオン注入瞬時から注入イオンが母
体結晶格子における準安定位置に至る動的過程について
は、不明な点が多く、格子の電子励起状態、格子温度、
構造欠陥濃度、共イオン注入量などが大きな影響をもつ
ことが推察されているが、この発明のようにドーピング
用イオン源をパルス化することにより、ドーピングパル
スと励起状態制御パルスとの時間的相関を変化させて、
この動的過程に立ち入ってドーピングイオン注入の最適
化を図ることができる。
【0014】この際、イオン注入によって、母体結晶が
電子励起状態になり、多くの場合、誘起欠陥からの発光
を生じるが、この発光スペクトル、強度及び減衰過程を
モニターすれば、より定量的にドーピング母体結晶の状
態を把握することができ、ドーピング注入制御の最適化
を図ることができる。
【0015】
【実施例】以下、この発明を図示の実施例に基づいて詳
細に説明すると、図1はこの発明のパルス化イオン源を
用いた電気的活性化のためのイオン注入の最適化制御を
模式的に示すものであり、パルスAは電気的活性用イオ
ンパルス列、パルスBは共ドーピングイオンパルス、レ
ーザ光やX線などのパルス光、パルス電子ビーム等の励
起状態制御パルス列であり、最適化のパラメータとして
は(1) 各パルスのパルス幅、パルス強度(フラック
ス)、(2) パルスAとパルスBのタイミング、(3) パル
スAとパルスBの繰り返し時間等を挙げることができ
る。具体的にはSiCなどへの電気的活性をもたらすイオ
ン注入の最適化制御例を下記に示す。
【0016】レーザーアプレーションなどによって生じ
たパルス状イオン種を選別し、加速することによってド
ーピング用パルスイオン源(実施例 ガリウム)と共イ
オン注入源(実施例 シリコン)とした。注入温度及び
イオンフラックス、及び状態制御パルスフラックスとド
ーピング用イオンパルスとのタイミングを調整して最適
化を図った。
【0017】注入温度500 ℃、 ガリウム総注入量3 ×10
15イオン/cm2 、シリコン総注入量6 ×1014イオン/cm2 におい
て、それぞれ1 ×1010イオン /cm2・ パルス(20ns パルス
幅)、2 ×109イオン/cm2・ パルスのフラックスで100Hz の
パルス化によりドーピング特性の向上が認められた。
【0018】
【発明の効果】この発明によれば半導体の伝導性制御の
ためのイオン注入法において連続ドーピング用イオン注
入源では達成できない高いドーピングイオンフラックス
でのイオン注入を行うことができる。
【0019】また、この発明によればパルス化されたイ
オン注入と励起状態制御パルス列の照射を組み合わせる
ことにより、連続ドーピング用イオン注入源では実現で
きなかったドーピングイオンのミクロ注入状態制御を実
現し、ドーパントの電気的活性化における最適制御が可
能となる。
【0020】したがって、この発明によればSiC のよう
に構成元素間の化学結合が強く、イオン注入に際し、高
温を要し、かつ電気的に活性化されためには注入後に更
に高温での熱処理を必要とするワイドギャップ半導体の
伝導性制御において、電気的ドーピングイオン源と励起
状態制御パルスを組み合わせることにより、イオン注入
瞬時から注入イオンが母体結晶格子における準安定位置
に至る動的過程にまで立ち入って、ドーピングイオン注
入の最適化を図ることができるようになり、その結果注
入温度とその後の熱処理温度の低減を図れる制御性の高
いイオン注入を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明による電気的活性化のためのイオン
注入の最適化制御を行うための模式図
フロントページの続き (72)発明者 田中 保宣 茨城県つくば市梅園1丁目1番4 工業技 術院電子技術総合研究所内 (72)発明者 奥村 元 茨城県つくば市梅園1丁目1番4 工業技 術院電子技術総合研究所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体の伝導性制御のためのイオン注入
    法において、電気的活性をもたらすドーピング用イオン
    をパルス化してイオン注入することを特徴とするイオン
    注入法。
  2. 【請求項2】 パルス化されたドーピング用イオンの注
    入と一定の時間関係を保って電気的に不活性な共注入パ
    ルスイオン或はパルス光或はパルス電子ビームを照射す
    る請求項1記載のイオン注入法。
  3. 【請求項3】 パルス化されたドーピング用イオン注入
    時に観測されるイオン照射発光のスペクトル、強度及び
    減衰過程をモニターすることによりドーピングの最適条
    件を決定する請求項1記載のイオン注入法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005268487A (ja) * 2004-03-18 2005-09-29 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 半導体素子の製造方法および半導体素子の製造装置
JP2010153929A (ja) * 2010-04-05 2010-07-08 Fuji Electric Systems Co Ltd 半導体素子の製造方法および半導体素子の製造装置

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JP2005268487A (ja) * 2004-03-18 2005-09-29 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 半導体素子の製造方法および半導体素子の製造装置
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