JP2010153272A - Ion implantation method and method of manufacturing silicon carbide - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炭素基を含んだガスからＣ＋イオンを分解して利用するイオン注入方法、及びこのイオン注入方法を用いた炭化シリコンの製造方法に関する。 The present invention relates to an ion implantation method for decomposing and utilizing C + ions from a gas containing a carbon group, and a method for producing silicon carbide using this ion implantation method.
炭化シリコンは、高いショットキー障壁、高い降伏電界強度及び高い伝熱性を併せ持っているため、パワーデバイス用の材料に適している。また、炭化シリコンは、その格子定数が典型的なオプトエレクトロニクス用半導体材料である窒化物化合物半導体の格子定数と近く、窒化物化合物半導体を低欠陥でエピタキシャル成長させることができるため、オプトエレクトロニクスデバイス用の材料に適している。このような事情から、シリコン基板の表層部に単結晶炭化シリコン層を有する半導体基板（以下、「ＳｉＣウエハ」と記す。）を製造するための技術開発がなされている（例えば、特許文献１〜８、及び非特許文献１参照）。 Silicon carbide has a high Schottky barrier, a high breakdown field strength, and a high heat transfer property, and thus is suitable as a material for power devices. Silicon carbide has a lattice constant close to that of a nitride compound semiconductor, which is a typical semiconductor material for optoelectronics, and allows nitride compound semiconductors to be epitaxially grown with low defects. Suitable for material. Under such circumstances, technical development for manufacturing a semiconductor substrate (hereinafter, referred to as “SiC wafer”) having a single crystal silicon carbide layer on the surface portion of the silicon substrate has been made (for example, Patent Documents 1 to 3). 8 and Non-Patent Document 1).
ＳｉＣウエハの製造において、ＩＢＳ−ＳｉＣ（Ｉｏｎ−Ｂｅａｍ−ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ−Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ）は、大変魅力的な特徴を有している。このＩＢＳ−ＳｉＣの生産性と品質は、イオン注入プロセスに強く依存しており、生産性と品質を向上させるためには、大電流炭素イオン源が必要とされる。この大電流炭素イオン源としては、炭素基を含んだガス、例えばＣＯ、ＣＯ２、ＣＨ４、Ｃ４Ｆ８などを用いることができ、その中でも、ＣＯ、ＣＯ２ガスの取り扱いが比較的に容易である。 In the manufacture of SiC wafers, IBS-SiC (Ion-Beam-synthesized-Silicon Carbide) has very attractive features. The productivity and quality of this IBS-SiC strongly depends on the ion implantation process, and a high current carbon ion source is required to improve the productivity and quality. As this high current carbon ion source, a gas containing a carbon group, for example, CO, CO 2 , CH 4 , C 4 F 8, etc. can be used, and among them, the handling of CO and CO 2 gas is relatively easy. .
また、炭素イオン電流効率は、（Ｃ＋イオン電流（Ｃ＋current））／（イオン源からの総イオン電流（ＥＸＴ current））の計算によって導かれる。この効率を向上させるためには、Ｃ＋イオン（炭素イオン）電流（イオン注入電流）を大きくすることが好ましい。 The carbon ion current efficiency is derived by calculation of (C + ion current (C + current)) / (total ion current from the ion source (EXT current)). In order to improve this efficiency, it is preferable to increase the C + ion (carbon ion) current (ion implantation current).
しかしながら、炭素イオン電流は、上述した特許文献５にも示されるように、従来において１０μＡ程度の電流量しか実現することができなかった。 However, as shown in Patent Document 5 described above, the carbon ion current has conventionally been able to realize only a current amount of about 10 μA.
本願発明の目的は、安定的に高効率で、１０ｍＡ以上の炭素イオン注入電流を実現することができるイオン注入方法、及びそれを利用した炭化シリコンの製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an ion implantation method capable of realizing a carbon ion implantation current of 10 mA or more stably and with high efficiency, and a method for producing silicon carbide using the same.
上述課題を解決するため、本発明は、マイクロ波イオン源を有するイオン注入装置を用いて対象物にイオンを注入するイオン注入方法であって、イオン源のガスチャンバーに導入した一酸化炭素ガスにマイクロ波電力を供給して炭素イオン電流を出力するステップと、導入した前記一酸化炭素ガスの密度を、所定のマイクロ波電力を供給したときに得られる炭素イオン電流が飽和する領域まで高くするステップと、ガス密度を高くして前記所定のマイクロ波電力を供給して炭素イオン電流を出力している状態で、前記マイクロ波電力を増加させるステップと、を有することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is an ion implantation method for implanting ions into an object using an ion implantation apparatus having a microwave ion source, which is performed on carbon monoxide gas introduced into a gas chamber of the ion source. Supplying a microwave power to output a carbon ion current; and increasing a density of the introduced carbon monoxide gas to a region where a carbon ion current obtained when a predetermined microwave power is supplied is saturated. And increasing the microwave power in a state where the gas density is increased and the predetermined microwave power is supplied to output a carbon ion current.
また、前記マイクロ波電力を増加させるステップの後に、ガス密度を減少させてイオン注入を行うようにすることもできる。 Further, after the step of increasing the microwave power, ion implantation can be performed by decreasing the gas density.
さらに、前記マイクロ波電力を増加させるときの前記一酸化炭素ガスの密度が０．０１３ｃｃ／ｃｍ３・ｍｉｎ以上であってもよい。 Furthermore, the density of the carbon monoxide gas when increasing the microwave power may be 0.013 cc / cm 3 · min or more.
さらにまた、炭素イオン電流効率が０．２４％以上となる範囲で炭素イオン注入を行うようにしてもよい。 Furthermore, carbon ion implantation may be performed in a range where the carbon ion current efficiency is 0.24% or more.
他方、上述したイオン注入方法を用いて炭素イオン注入を行うことで、ＳｉＣウエハを製造することができる。 On the other hand, a SiC wafer can be manufactured by performing carbon ion implantation using the ion implantation method described above.
本発明に係るイオン注入方法では、イオン源のガスチャンバーに導入した一酸化炭素ガスにマイクロ波電力を供給して炭素イオン電流を出力するステップと、導入した前記一酸化炭素ガスの密度を、所定のマイクロ波電力を供給したときに得られる炭素イオン電流が飽和する領域まで高くするステップと、ガス密度を高くして前記所定のマイクロ波電力を供給して炭素イオン電流を出力させている状態で、前記マイクロ波電力を増加させるステップと、を有しているので、従来のようにマイクロ波電力を供給して得られていた炭素イオン電流と比較して、大きな炭素イオン電流を得ることができる。そのため、従来と比較して炭素イオン電流効率を向上させることができる。その結果、安定的に高効率で、１０ｍＡ以上のイオン注入電流を得ることができ、この高い炭素イオン電流を用いてイオン注入を行うことができる。 In the ion implantation method according to the present invention, a step of supplying a microwave power to the carbon monoxide gas introduced into the gas chamber of the ion source to output a carbon ion current, and a density of the introduced carbon monoxide gas are set to a predetermined value. In a state where the carbon ion current obtained when the microwave power is supplied is increased to a region where the carbon ion current is saturated, and the predetermined microwave power is supplied and the carbon ion current is output by increasing the gas density. The step of increasing the microwave power can provide a larger carbon ion current than the carbon ion current obtained by supplying microwave power as in the prior art. . Therefore, the carbon ion current efficiency can be improved as compared with the conventional case. As a result, an ion implantation current of 10 mA or more can be obtained stably and efficiently, and ion implantation can be performed using this high carbon ion current.
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
イオン注入は、物質のイオンを固体に注入し、固体の特性を変化させるものであり、例えば、シリコン基板の表層部に単結晶炭化シリコン層を有する半導体基板（以下、「ＳｉＣウエハ」という）を製造するために用いられている。 In ion implantation, ions of a substance are injected into a solid to change the characteristics of the solid. For example, a semiconductor substrate (hereinafter referred to as “SiC wafer”) having a single crystal silicon carbide layer on the surface layer of a silicon substrate is used. It is used for manufacturing.
イオン注入に用いられるイオン注入装置は、例えば、ＣＯ（一酸化炭素ガス）などの大電流炭素イオン源を供給したり或いは炭素イオンを発生させるためのチャンバーと、炭素イオンを高エネルギーまで電気的に加速する加速器と、対象となる物質（本実施の形態では、ウエハ）にイオンを打ち込むチャンバーとから構成されている。 An ion implantation apparatus used for ion implantation is, for example, a chamber for supplying a high-current carbon ion source such as CO (carbon monoxide gas) or generating carbon ions, and electrically supplying carbon ions to high energy. The accelerator comprises an accelerator and a chamber for implanting ions into a target substance (a wafer in the present embodiment).
ＳｉＣウエハの製造は、例えば、シリコン基板内に炭素イオンを注入することによりシリコンと炭素の混在した炭素含有層を形成した後に、シリコン基板をアニールして炭素含有層を単結晶化させることにより単結晶炭化シリコン層を形成し、シリコン基板を乾燥した酸素雰囲気中で加熱して単結晶炭化シリコン層上に犠牲層を形成し、シリコン基板から犠牲層をエッチングにより選択的に除去することにより単結晶炭化シリコン層を露出させ、及び、露出させた単結晶炭化シリコン層の表面をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing，化学的機械的研磨）処理して平滑化することにより行われる。 For example, a SiC wafer is manufactured by forming a carbon-containing layer in which silicon and carbon are mixed by implanting carbon ions into a silicon substrate, and then annealing the silicon substrate to single-crystallize the carbon-containing layer. A crystalline silicon carbide layer is formed, a silicon substrate is heated in a dry oxygen atmosphere to form a sacrificial layer on the single crystal silicon carbide layer, and the sacrificial layer is selectively removed from the silicon substrate by etching. This is performed by exposing the silicon carbide layer and smoothing the exposed surface of the single crystal silicon carbide layer by CMP (Chemical Mechanical Polishing).
炭素のイオン注入に用いられる大電流炭素イオン源としては、炭素基を含んだガス、例えばＣＯ、ＣＯ２、ＣＨ４、Ｃ４Ｆ８などを用いることができる。その中でも、ＣＯ、ＣＯ２ガスの取り扱いが比較的に容易である。 As a high-current carbon ion source used for carbon ion implantation, a gas containing a carbon group, for example, CO, CO 2 , CH 4 , C4F8, or the like can be used. Among them, handling of CO and CO 2 gas is relatively easy.
図１は、ＣＯ２ガスを用いて炭素イオンを注入する場合における、ＣＯ２ガス密度と炭素イオン電流効率（Ｃ＋イオン電流の効率。図１の縦軸で示す）との関係を、イオン源に供給されるマイクロ波電力（ＭＷＰ）ごとにプロットしたグラフである。 1, in the case of implanting carbon ions with CO 2 gas, the relationship between the CO 2 gas density and the carbon ion current efficiency (efficiency of C + ion current. Shown by the vertical axis in FIG. 1), an ion source It is the graph plotted for every microwave electric power (MWP) supplied to.
炭素イオン電流効率は、（Ｃ＋イオン電流（Ｃ＋current））／（イオン源からの総イオン電流（ＥＸＴ current））の計算によって導かれる。
図１からも理解されるように、ＣＯ２ガスを用いた場合の炭素イオン電流効率は、ＣＯ２ガスの密度が約０．０１３ｃｃ／ｃｍ３・ｍｉｎ以下では、密度の高さにほぼ比例して高くなるが、約０．０１３ｃｃ／ｃｍ３・ｍｉｎ以上では、密度によらずほぼ一定の状態（炭素イオン電流が飽和した状態）になる。また、供給するマイクロ波電力との関係では、２．５、３．０、３．５Ｗ／ｃｍ３の３種類で比較した結果、ほぼ同じ約２０％程度の効率となり、効率に大差はない。
The carbon ion current efficiency is derived by calculating (C + ion current (C + current)) / (total ion current from the ion source (EXT current)).
As can be seen from FIG. 1, the carbon ion current efficiency when CO 2 gas is used is approximately proportional to the density when the CO 2 gas density is about 0.013 cc / cm 3 · min or less. However, when the density is about 0.013 cc / cm 3 · min or more, a substantially constant state (a state in which the carbon ion current is saturated) is obtained regardless of the density. Moreover, as a result of comparison with three types of 2.5, 3.0, and 3.5 W / cm 3 in relation to the microwave power to be supplied, the efficiency is approximately the same, approximately 20%, and there is no significant difference in efficiency.
なお、ここで、ガス密度の単位をｃｃ／ｃｍ３・ｍｉｎで表記しているが、これは、単位時間（min）あたりにイオン源のガスチャンバーに供給されるガス量（cc）をガスチャンバー体積（ｃｍ３）で割ったものである。 Here, the unit of gas density is expressed as cc / cm 3 · min. This is the amount of gas (cc) supplied to the gas chamber of the ion source per unit time (min). Divided by volume (cm 3 ).
ＣＯ２ガスを使用した場合、１ｍｏｌのＣＯ２ガスは、理論的に１ｍｏｌのＣ＋イオンと２ｍｏｌのＯ＋イオンに分解する。そのため、Ｃ＋イオン電流は、イオン源から出力される総イオン電流の３分の１しか利用できない。実際には、Ｃ＋イオン、Ｏ＋イオンの他にＣＯ＋イオンやＯ２ ＋イオンなどとして出力される電流が存在するため、Ｃ＋イオン電流は３分の１以下しか利用することができず、炭素イオン電流効率は、さらに低いものとなる。 When CO 2 gas is used, 1 mol of CO 2 gas theoretically decomposes into 1 mol of C + ions and 2 mol of O + ions. For this reason, the C + ion current can only be used for one third of the total ion current output from the ion source. Actually, in addition to C + ions and O + ions, there are currents that are output as CO + ions, O 2 + ions, etc., so the C + ion current can be used only one third or less, The carbon ion current efficiency is even lower.
図２は、図１のＣＯ２ガスの代わりにＣＯガスを用いて炭素イオンを注入する場合における、ＣＯガス密度と炭素イオン電流効率との関係を、イオン源に供給されるマイクロ波電力ごとにプロットしたグラフである。 FIG. 2 shows the relationship between the CO gas density and the carbon ion current efficiency for each microwave power supplied to the ion source when carbon ions are injected using CO gas instead of the CO 2 gas of FIG. This is a plotted graph.
ＣＯガスを使用した場合、１ｍｏｌのＣＯガスは、理論的に１ｍｏｌのＣ＋イオンと１ｍｏｌのＯ＋イオンに分解する。そのため、Ｃ＋イオン電流は、イオン源から出力される総イオン電流の２分の１を利用できることになる。しかしながら、図２に示すように、ＣＯガスを使用した場合の炭素イオン電流効率は、ＣＯ２ガスを用いた場合とほぼ同じ特性を有し、効率についてもほとんど差がない。 When CO gas is used, 1 mol of CO gas theoretically decomposes into 1 mol of C + ions and 1 mol of O + ions. Therefore, the C + ion current can use a half of the total ion current output from the ion source. However, as shown in FIG. 2, the carbon ion current efficiency when CO gas is used has substantially the same characteristics as when CO 2 gas is used, and there is almost no difference in efficiency.
図３は、図２において、炭素イオン源に供給されるマイクロ波電力を急激に増加させたときの炭素イオン電流効率をプロットしたグラフである。
ＣＯガスをイオンガス源として用いる場合、ＣＯガス密度を約０．０１３ｃｃ／ｃｍ３・ｍｉｎ以上となる領域（炭素イオン電流効率が飽和する領域。図３において、領域Ａで示す）で、炭素イオン電流（炭素イオンビーム）を出力させている状態でマイクロ波電力を急激に増加させること（２．５Ｗ／ｃｍ３から３．０Ｗ／ｃｍ３或いは３．５Ｗ／ｃｍ３に増加させること）により、炭素イオン電流効率が著しく向上（約２０％程度から約２５％以上の効率に向上）するようになる（図３において、領域Ｂで示す）。これにより、従来では、ＳｉＣウエハを製造するために、１０μＡ程度の電流量で炭素イオン注入を行っていたものを、安定的に１０ｍＡ超の大電流で行うことができるようになる。
FIG. 3 is a graph in which the carbon ion current efficiency is plotted in FIG. 2 when the microwave power supplied to the carbon ion source is rapidly increased.
When CO gas is used as an ion gas source, carbon ions in a region where the CO gas density is about 0.013 cc / cm 3 · min or more (a region where the carbon ion current efficiency is saturated, shown by region A in FIG. 3). the current (increasing from 2.5 W / cm 3 to 3.0 W / cm 3 or 3.5 W / cm 3) to increase the microwave power abruptly in a state in which to output a (carbon ion beam), The carbon ion current efficiency is remarkably improved (from about 20% to about 25% or more) (indicated by region B in FIG. 3). As a result, conventionally, in order to manufacture a SiC wafer, carbon ion implantation performed with a current amount of about 10 μA can be stably performed with a large current exceeding 10 mA.
このようなイオン電流の増加は、ガス密度が０．０１３ｃｃ／ｃｍ３・ｍｉｎ未満の領域Ｃ（図３参照）では見られない。すなわち、この領域でマイクロ波電力を急激に増加させても、著しい炭素イオン電流効率の向上は見られない。 Such an increase in ion current is not observed in region C (see FIG. 3) where the gas density is less than 0.013 cc / cm 3 · min. That is, even if the microwave power is increased rapidly in this region, no significant improvement in carbon ion current efficiency is observed.
一方、密度が約０．０１３ｃｃ／ｃｍ３・ｍｉｎ以上となる領域でマイクロ波電力を増加させて炭素イオン電流効率を向上させると、この向上させた状態から密度を０．０１３ｃｃ／ｃｍ３・ｍｉｎ未満に小さくしたとしても、従来のこの領域（領域Ｃ）での効率と比較して、より高い効率を得ることができる（図３において、領域Ｄで示す）。 On the other hand, when the microwave power is increased in a region where the density is about 0.013 cc / cm 3 · min or more to improve the carbon ion current efficiency, the density is reduced to 0.013 cc / cm 3 · min from this improved state. Even if it is made smaller than this, a higher efficiency can be obtained as compared with the conventional efficiency in this region (region C) (indicated by region D in FIG. 3).
また、Ｃ＋イオン以外のイオン電流は、質量分離部（炭素イオンを発生させるためのチャンバー）において分離されるが、１０ｍＡ以上の大電流イオン注入機においては、この電流による機器への損傷がきわめて甚大なものとなり、炭素イオン電流効率を上げることは非常に重要となる。さらに、炭素イオン電流効率を向上させることで相対的にＣ＋イオン以外の不純物イオンの混入比抑えることとなり、この結果、炭素イオン注入によって作られたＳｉＣ膜の品質を向上させることが可能となる。 In addition, ion currents other than C + ions are separated in a mass separation unit (chamber for generating carbon ions), but in a large current ion implanter of 10 mA or more, damage to equipment due to this current is extremely high. Increasing carbon ion current efficiency is extremely important. Furthermore, by improving the carbon ion current efficiency, the mixing ratio of impurity ions other than C + ions is relatively suppressed, and as a result, the quality of the SiC film formed by carbon ion implantation can be improved. .
さらには、この炭素イオン電流効率が高い領域（効率が０．２４％以上。図３において、境界線Ｅよりも上側の領域をいう）で炭素イオン注入を行うことで、ＳｉＣウエハに形成される炭化シリコンの表面粗さを向上させることができる。特に、マイクロ波電力を増加させた後に一酸化炭素のガス密度を減少させても、上述のように高い効率を得ることができるので、ガス密度を必要以上に高くすることなく、高効率で１０ｍＡ超の大電流でイオン注入を行うことができる。 Furthermore, carbon ion implantation is performed in a region where the carbon ion current efficiency is high (efficiency is 0.24% or more; the region above the boundary line E in FIG. 3), thereby forming a SiC wafer. The surface roughness of silicon carbide can be improved. In particular, even if the gas density of carbon monoxide is decreased after increasing the microwave power, high efficiency can be obtained as described above, so that the efficiency is increased to 10 mA without increasing the gas density more than necessary. Ion implantation can be performed with a very large current.
以下、実施例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example is shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to these.
（実施例１）
［イオン源としてＣＯ（一酸化炭素ガス）を用いた場合の効率］
１００ｃｍ３の体積を有するマイクロ波イオン源に０．００５ｃｃ／ｃｍ３・ｍｉｎのガス密度で二酸化炭素ガスを導入し、引き続き２．５Ｗ／ｃｍ３のマイクロ波電力を供給した後、二酸化炭素ガス密度をそれぞれ０．００５ｃｃ／ｃｍ３・ｍｉｎ、０．００９ｃｃ／ｃｍ３・ｍｉｎ、０．０１１ｃｃ／ｃｍ３・ｍｉｎ、０．０１３ｃｃ／ｃｍ３・ｍｉｎ、および０．０１８ｃｃ／ｃｍ３・ｍｉｎに増加させた。
このときの炭素イオン電流効率を求めると、それぞれ、０．０９７、０．１８２、０．１９１、０．２０２、０．１９３であった。
Example 1
[Efficiency when CO (carbon monoxide gas) is used as the ion source]
After introducing carbon dioxide gas at a gas density of 0.005cc / cm 3 · min in a microwave ion source having a volume of 100 cm 3, and subsequently fed microwave power of 2.5 W / cm 3, the carbon dioxide gas density the increase respectively 0.005cc / cm 3 · min, 0.009cc / cm 3 · min, 0.011cc / cm 3 · min, 0.013cc / cm 3 · min, and 0.018cc / cm 3 · min It was.
The carbon ion current efficiency at this time was determined to be 0.097, 0.182, 0.191, 0.202, and 0.193, respectively.
一方、一酸化炭素ガス密度を０．０１３ｃｃ／ｃｍ３・ｍｉｎにしたところで、マイクロ波電力を５秒以内に３Ｗ／ｃｍ３に増加させたときの炭素イオン電流効率は、０．２６８であった。
また、引き続き、一酸化炭素ガス密度を０．０１１ｃｃ／ｃｍ３・ｍｉｎ、０．００９ｃｃ／ｃｍ３・ｍｉｎに減少させたときの炭素イオン電流効率は、０．２４０、０．２１５であった。
On the other hand, when the carbon monoxide gas density was 0.013 cc / cm 3 · min, the carbon ion current efficiency when the microwave power was increased to 3 W / cm 3 within 5 seconds was 0.268.
Further, the carbon ion current efficiencies when the carbon monoxide gas density was further decreased to 0.011 cc / cm 3 · min and 0.009 cc / cm 3 · min were 0.240 and 0.215, respectively.
［イオン源としてＣＯ２（二酸化炭素ガス）を用いた場合の効率］
１００ｃｍ３の体積を有するマイクロ波イオン源に０．００５ｃｃ／ｃｍ３・ｍｉｎのガス密度で一酸化炭素ガスを導入し、引き続き２．５Ｗ／ｃｍ３のマイクロ波電力を供給した後、一酸化炭素ガス密度をそれぞれ０．００５ｃｃ／ｃｍ３・ｍｉｎ、０．００９ｃｃ／ｃｍ３・ｍｉｎ、０．０１１ｃｃ／ｃｍ３・ｍｉｎ、０．０１３ｃｃ／ｃｍ３・ｍｉｎ、および０．０１８ｃｃ／ｃｍ３・ｍｉｎに増加させた。
このときの炭素イオン電流効率を求めると、それぞれ、０．０８７、０．１７５、０．１８７、０．１８０、０．１７９であった。
[Efficiency when CO2 (carbon dioxide gas) is used as an ion source]
After introducing carbon monoxide gas into a microwave ion source having a volume of 100 cm 3 at a gas density of 0.005 cc / cm 3 · min and subsequently supplying microwave power of 2.5 W / cm 3 , carbon monoxide gas density respectively 0.005cc / cm 3 · min, 0.009cc / cm 3 · min, 0.011cc / cm 3 · min, 0.013cc / cm 3 · min, and 0.018cc / cm 3 · min Increased.
The carbon ion current efficiency at this time was determined to be 0.087, 0.175, 0.187, 0.180, and 0.179, respectively.
一方、二酸化炭素ガス密度を０．０１３ｃｃ／ｃｍ３・ｍｉｎにしたところで、マイクロ波電力を５秒以内に３Ｗ／ｃｍ３に増加させたときの炭素イオン電流効率は、０．１９３であった。
また、引き続き、二酸化炭素ガス密度を０．０１１ｃｃ／ｃｍ３・ｍｉｎ、０．００９ｃｃ／ｃｍ３・ｍｉｎに減少させたときの炭素イオン電流効率は、０．１８６、０．１７８であった。
On the other hand, when the carbon dioxide gas density was 0.013 cc / cm 3 · min, the carbon ion current efficiency when the microwave power was increased to 3 W / cm 3 within 5 seconds was 0.193.
Further, the carbon ion current efficiencies when the carbon dioxide gas density was decreased to 0.011 cc / cm 3 · min and 0.009 cc / cm 3 · min were 0.186 and 0.178, respectively.
［ＣＯとＣＯ２との比較結果］
これらのことから、イオン源としてＣＯを用いた場合にのみ、密度を０．０１３ｃｃ／ｃｍ３・ｍｉｎにしたところで、マイクロ波電力を５秒以内に３Ｗ／ｃｍ３に増加させたときの炭素イオン電流効率が向上する。
また、ＣＯガス密度が約０．０１３ｃｃ／ｃｍ３・ｍｉｎで炭素イオン電流を出力させ、マイクロ波電力を急激に増加させた状態から、ガス密度を０．０１１ｃｃ／ｃｍ３・ｍｉｎ、０．００９ｃｃ／ｃｍ３・ｍｉｎに減少させたとしても、この領域で従来得られていた効率と比較して、より高い効率を得ることができる。
[Comparison result between CO and CO 2 ]
Therefore, only when CO is used as the ion source, the carbon ion current when the microwave power is increased to 3 W / cm 3 within 5 seconds when the density is 0.013 cc / cm 3 · min. Efficiency is improved.
Further, from the state in which the carbon ion current is output at a CO gas density of about 0.013 cc / cm 3 · min and the microwave power is rapidly increased, the gas density is 0.011 cc / cm 3 · min, 0.009 cc. Even if it is decreased to / cm 3 · min, higher efficiency can be obtained as compared with the efficiency conventionally obtained in this region.
（実施例２）
［約０．２４の炭素イオン電流効率で注入したときの表面粗さ］
１００ｃｍ３の体積を有するマイクロ波イオン源に０．００５ｃｃ／ｃｍ３・ｍｉｎのガス密度で一酸化炭素ガスを導入し、引き続き２．５Ｗ／ｃｍ３のマイクロ波電力を供給した後、一酸化炭素ガス密度を０．０１３ｃｃ／ｃｍ３・ｍｉｎに増加させ、引き続き、マイクロ波電力を５秒以内に３Ｗ／ｃｍ３に増加させ、引き続き、一酸化炭素ガス密度を０．０１１ｃｃ／ｃｍ３・ｍｉｎに減少させた。
このときの炭素イオン電流効率は、約０．２４に保たれたままであった。
(Example 2)
[Surface roughness when implanted with a carbon ion current efficiency of about 0.24]
After introducing carbon monoxide gas into a microwave ion source having a volume of 100 cm 3 at a gas density of 0.005 cc / cm 3 · min and subsequently supplying microwave power of 2.5 W / cm 3 , carbon monoxide Increase the gas density to 0.013 cc / cm 3 · min, then increase the microwave power to 3 W / cm 3 within 5 seconds, then continue to decrease the carbon monoxide gas density to 0.011 cc / cm 3 · min I let you.
At this time, the carbon ion current efficiency was kept at about 0.24.
この炭素イオン電流効率を約０．２４に保ったままでイオン注入を行った。
直径１５０ｍｍの［１１１］方位のｎ型フロートゾーンシリコンウェハを用意し、１１００℃のドライ酸化雰囲気中で熱処理して、ウエハ上に４００ｎｍの表面酸化膜を形成し、このウエハに、ウエハ加熱温度５５０℃、加速エネルギー１８０ｋｅＶ、ドーズ量７．０×１０１７／ｃｍ２で炭素イオン注入を行い、シリコン基板内部に炭素含有層を形成した。注入後、サンプル上に形成された酸化膜を、希釈フッ酸で除去した。引き続き、各サンプルを縦型高温熱処理炉によって１３５０℃、Ａｒ＋０．５体積％Ｏ２雰囲気中で１０時間高温アニールし、その後、サンプル表面に形成された表面酸化膜を希釈フッ酸で除去した。その後、サンプルのＳｉＣ表面の粗さ（ＲＭＳ）を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で測定したところ、０．３５ｎｍとなった。
Ion implantation was performed while maintaining the carbon ion current efficiency at about 0.24.
A [111] -oriented n-type float zone silicon wafer having a diameter of 150 mm is prepared and heat-treated in a dry oxidation atmosphere at 1100 ° C. to form a 400 nm surface oxide film on the wafer. Carbon ion implantation was performed at 0 ° C., an acceleration energy of 180 keV, and a dose of 7.0 × 10 17 / cm 2 to form a carbon-containing layer inside the silicon substrate. After the injection, the oxide film formed on the sample was removed with diluted hydrofluoric acid. Subsequently, each sample was annealed at 1350 ° C. in an Ar + 0.5 volume% O 2 atmosphere for 10 hours in a vertical high-temperature heat treatment furnace, and then the surface oxide film formed on the sample surface was removed with diluted hydrofluoric acid. Then, when the roughness (RMS) of the SiC surface of the sample was measured with an atomic force microscope (AFM), it was 0.35 nm.
［約０．１９の炭素イオン電流効率で注入したときの表面粗さ］
１００ｃｍ３の体積を有するマイクロ波イオン源に０．００５ｃｃ／ｃｍ３・ｍｉｎのガス密度で一酸化炭素ガスを導入し、引き続き２．５Ｗ／ｃｍ３のマイクロ波電力を供給した後、一酸化炭素ガス密度を０．０１１ｃｃ／ｃｍ３・ｍｉｎに増加させると、炭素イオン電流効率は０．１９であった。
[Surface roughness when implanted with a carbon ion current efficiency of about 0.19]
After introducing carbon monoxide gas into a microwave ion source having a volume of 100 cm 3 at a gas density of 0.005 cc / cm 3 · min and subsequently supplying microwave power of 2.5 W / cm 3 , carbon monoxide When the gas density was increased to 0.011 cc / cm 3 · min, the carbon ion current efficiency was 0.19.
この炭素イオン電流効率を約０．１９に保ったままでイオン注入を行った。
直径１５０ｍｍの［１１１］方位のｎ型フロートゾーンシリコンウェハを用意し、１１００℃のドライ酸化雰囲気中で熱処理して、ウエハ上に４００ｎｍの表面酸化膜を形成し、このウエハに、ウエハ加熱温度５５０℃、加速エネルギー１８０ｋｅＶ、ドーズ量７．０×１０１７／ｃｍ２で炭素イオン注入を行い、シリコン基板内部に炭素含有層を形成した。注入後、サンプル上に形成された酸化膜を、希釈フッ酸で除去した。引き続き、各サンプルを縦型高温熱処理炉によって１３５０℃、Ａｒ＋０．５体積％Ｏ２雰囲気中で１０時間高温アニールし、その後、サンプル表面に形成された表面酸化膜を希釈フッ酸で除去した。その後、サンプルのＳｉＣ表面の粗さ（ＲＭＳ）を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で測定したところ、０．６０ｎｍとなった。
Ion implantation was performed while maintaining the carbon ion current efficiency at about 0.19.
A [111] -oriented n-type float zone silicon wafer having a diameter of 150 mm is prepared and heat-treated in a dry oxidation atmosphere at 1100 ° C. to form a 400 nm surface oxide film on the wafer. Carbon ion implantation was performed at 0 ° C., an acceleration energy of 180 keV, and a dose of 7.0 × 10 17 / cm 2 to form a carbon-containing layer inside the silicon substrate. After the injection, the oxide film formed on the sample was removed with diluted hydrofluoric acid. Subsequently, each sample was annealed at 1350 ° C. in an Ar + 0.5 volume% O 2 atmosphere for 10 hours in a vertical high-temperature heat treatment furnace, and then the surface oxide film formed on the sample surface was removed with diluted hydrofluoric acid. Thereafter, when the roughness (RMS) of the SiC surface of the sample was measured with an atomic force microscope (AFM), it was 0.60 nm.
［約０．２１の炭素イオン電流効率で注入したときの表面粗さ］
１００ｃｍ３の体積を有するマイクロ波イオン源に０．００５ｃｃ／ｃｍ３・ｍｉｎのガス密度で一酸化炭素ガスを導入し、引き続き２．５Ｗ／ｃｍ３のマイクロ波電力を供給した後、一酸化炭素ガス密度を０．０１４ｃｃ／ｃｍ３・ｍｉｎに増加させ、引き続きマイクロ波電力を５秒以内に３Ｗ／ｃｍ３に増加させ、引き続き一酸化炭素ガス密度を０．００９ｃｃ／ｃｍ３・ｍｉｎに減少させると、炭素イオン電流効率は０．２１であった。
[Surface roughness when implanted with a carbon ion current efficiency of about 0.21]
After introducing carbon monoxide gas into a microwave ion source having a volume of 100 cm 3 at a gas density of 0.005 cc / cm 3 · min and subsequently supplying microwave power of 2.5 W / cm 3 , carbon monoxide Increase gas density to 0.014 cc / cm 3 · min, continue to increase microwave power to 3 W / cm 3 within 5 seconds, and continue to reduce carbon monoxide gas density to 0.009 cc / cm 3 · min The carbon ion current efficiency was 0.21.
この炭素イオン電流効率を約０．２１に保ったままでイオン注入を行った。
直径１５０ｍｍの［１１１］方位のｎ型フロートゾーンシリコンウェハを用意し、１１００℃のドライ酸化雰囲気中で熱処理して、ウエハ上に４００ｎｍの表面酸化膜を形成し、このウエハに、ウエハ加熱温度５５０℃、加速エネルギー１８０ｋｅＶ、ドーズ量７．０×１０１７／ｃｍ２で炭素イオン注入を行い、シリコン基板内部に炭素含有層を形成した。注入後、サンプル上に形成された酸化膜を、希釈フッ酸で除去した。引き続き、各サンプルを縦型高温熱処理炉によって１３５０℃、Ａｒ＋０．５体積％Ｏ２雰囲気中で１０時間高温アニールし、その後、サンプル表面に形成された表面酸化膜を希釈フッ酸で除去した。その後、サンプルのＳｉＣ表面の粗さ（ＲＭＳ）を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で測定したところ、０．５８ｎｍとなった。
Ion implantation was performed while maintaining the carbon ion current efficiency at about 0.21.
A [111] -oriented n-type float zone silicon wafer having a diameter of 150 mm is prepared and heat-treated in a dry oxidation atmosphere at 1100 ° C. to form a 400 nm surface oxide film on the wafer. Carbon ion implantation was performed at 0 ° C., an acceleration energy of 180 keV, and a dose of 7.0 × 10 17 / cm 2 to form a carbon-containing layer inside the silicon substrate. After the injection, the oxide film formed on the sample was removed with diluted hydrofluoric acid. Subsequently, each sample was annealed at 1350 ° C. in an Ar + 0.5 volume% O 2 atmosphere for 10 hours in a vertical high-temperature heat treatment furnace, and then the surface oxide film formed on the sample surface was removed with diluted hydrofluoric acid. Then, when the roughness (RMS) of the SiC surface of the sample was measured with an atomic force microscope (AFM), it was 0.58 nm.
［炭素イオン電流効率と表面粗さとの関係］
これらのことから、炭素イオン電流効率を向上させてイオン注入を行い、同じ表面処理工程を行った場合、効率が高い（炭素イオン電流が大きい）ほど、ＳｉＣウエハの表面粗さを向上させることができる。
[Relationship between carbon ion current efficiency and surface roughness]
Therefore, when ion implantation is performed with the carbon ion current efficiency improved and the same surface treatment process is performed, the higher the efficiency (the larger the carbon ion current), the more the surface roughness of the SiC wafer can be improved. it can.
Ａ 炭素イオン電流効率が飽和する領域
Ｂ 炭素イオン電流効率が著しく向上した領域
Ｃ 炭素イオン電流効率が変化しない領域
Ｄ 高い炭素イオン電流効率が得られる領域
Ｅ 炭素イオン電流効率が高い領域の境界線
A Area where carbon ion current efficiency is saturated B Area where carbon ion current efficiency is significantly improved C Area where carbon ion current efficiency does not change D Area where high carbon ion current efficiency is obtained E Borderline between areas where carbon ion current efficiency is high
Claims (5)
イオン源のガスチャンバーに導入した一酸化炭素ガスにマイクロ波電力を供給して炭素イオン電流を出力するステップと、
導入した前記一酸化炭素ガスの密度を、所定のマイクロ波電力を供給して得られる炭素イオン電流が飽和する領域まで高くするステップと、
ガス密度を高くして前記所定のマイクロ波電力を供給して炭素イオン電流を出力させている状態で、前記マイクロ波電力を増加させるステップと、
を有することを特徴とするイオン注入方法。 An ion implantation method for implanting ions into an object using an ion implantation apparatus having a microwave ion source,
Supplying microwave power to the carbon monoxide gas introduced into the gas chamber of the ion source to output a carbon ion current;
Increasing the density of the introduced carbon monoxide gas to a region where the carbon ion current obtained by supplying predetermined microwave power is saturated;
Increasing the microwave power while increasing the gas density and supplying the predetermined microwave power to output a carbon ion current;
An ion implantation method comprising:
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| JP2008331708A JP2010153272A (en) | 2008-12-26 | 2008-12-26 | Ion implantation method and method of manufacturing silicon carbide |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014003023A (en) * | 2012-06-20 | 2014-01-09 | Praxair Technology Inc | Composition for extending ion source life and improving ion source performance during carbon implantation |
-
2008
- 2008-12-26 JP JP2008331708A patent/JP2010153272A/en not_active Abandoned
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|---|---|---|---|---|
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