3次元アトムプローブによるシリコン中ホウ素分布への炭素共注入効果の解明とその制御

半導体デバイスの微細化に伴い、電気的特性を制御するために添加している不純物(ドーパント)原子の分布をより高精度に制御することが求められる。その中で、N型のトランジスタのチャネルや、P型のソース・ドレインと呼ばれる領域に炭素を共注入することによって、ホウ素の拡散を抑制できることが報告されている。炭素共注入におけるホウ素分布制御は、より高精度なデバイス設計に寄与するものと確信する。しかしながら、注入した炭素は凝集体を形成することがこれまでの研究から明らかとなっている。この凝集体形成のホウ素活性化への寄与を知ることも重要視されている。そのためには、炭素・ホウ素の凝集体形成位置やサイズを原子レベルで理解すると共に、ホウ素の活性化率(広がり抵抗)と凝集体の位置関係を理解することも重要である。本研究では、炭素・ホウ素共注入試料中の不純物同士の相互作用を3次元アトムプローブを用いて原子レベルの空間分解能で理解することによって、高精度なホウ素分布を制御する手法を確立することを念頭に研究を行った。また、実際に活性化したホウ素の分布を調べるため広がり抵抗測定を行い、炭素の凝集体と不活性ホウ素の位置関係を調べた。昨年度は、シリコン基板にホウ素をイオン注入後、炭素をイオン注入した試料を作製し、実際のデバイスと同等の処理前後の炭素・ホウ素分布を3次元アトムプローブを用いて観察することで、熱処理時の拡散におけるこれらの関係性を詳しく検討した。本年度は広がり抵抗測定を実施し、活性化したホウ素の深さ分布と前年度に得た炭素・ホウ素の深さ分布及び、局所的な凝集体形成位置との関係を調べることで、ホウ素の活性化に対する炭素の注入効果と深さ方向の活性化ホウ素分布制御への効果を評価した。

半導体デバイスの微細化に伴い、電気的特性を制御するために添加している不純物(ドーパント)原子の分布をより高精度に制御することが求められる。その中で、N型のトランジスタのチャネルや、P型のソース・ドレインと呼ばれる領域に炭素を共注入することによって、ホウ素の拡散を抑制できることが報告されている。炭素共注入におけるホウ素分布制御は、より高精度なデバイス設計に寄与するものと確信する。しかしながら、注入した炭素は凝集体を形成することがこれまでの研究から明らかとなっている。この凝集体形成のホウ素活性化への寄与を知ることも重要視されている。そのためには、炭素・ホウ素の凝集体形成位置やサイズを原子レベルで理解すると共に、ホウ素の活性化率(広がり抵抗)と凝集体の位置関係を理解することも重要である。本研究では、炭素・ホウ素共注入試料中の不純物同士の相互作用を3次元アトムプローブを用いて原子レベルの空間分解能で理解することによって、高精度なホウ素分布を制御する手法を確立することを念頭に研究を行った。また、実際に活性化したホウ素の分布を調べるため広がり抵抗測定を行い、炭素の凝集体と不活性ホウ素の位置関係を調べた。昨年度は、シリコン基板にホウ素をイオン注入後、炭素をイオン注入した試料を作製し、実際のデバイスと同等の処理前後の炭素・ホウ素分布を3次元アトムプローブを用いて観察することで、熱処理時の拡散におけるこれらの関係性を詳しく検討した。本年度は広がり抵抗測定を実施し、活性化したホウ素の深さ分布と前年度に得た炭素・ホウ素の深さ分布及び、局所的な凝集体形成位置との関係を調べることで、ホウ素の活性化に対する炭素の注入効果と深さ方向の活性化ホウ素分布制御への効果を評価した。