(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体の伝導性制御のために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において、
上記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、励起状態を制御するために、電気的に不活性な共注入パルスイオン、パルス光又はパルス電子ビームを照射するイオン注入方法。
【請求項２】
請求項１記載のイオン注入方法において、
上記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イオン注入方法。
【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  ×１０１５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
【図１】
0003546229.tif 000002