【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.08】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24NU0216

利用課題名 / Title

半導体におけるスピン物性評価

利用した実施機関 / Support Institute

名古屋大学 / Nagoya Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

半導体,シリコン,アモルファス,熱処理・ドーピング/ Thermal treatment and Doping,イオン注入/ Ion implantation

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

大島 諒

所属名 / Affiliation

京都大学大学院工学研究科

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

松本 凌芽

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

NU-201：イオン注入装置
NU-202：急速加熱処理装置

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

導電性を有するアモルファスSiを作成する手段としては、CVD(化学気相成長)法を用いたアモルファスSi層の成膜と同時にPH3やBF3などを成膜する方法が一般的に用いられている。しかし、この手段では1inch基板など小さい基板単位で導電率を変えたい場合において、非常にコストパフォーマンスが悪い。そのため、今回導電性を有する単結晶Siの作成手法として一般的なイオン注入・RTA(Rapid Thermal Annealing)処理を用いて、導電性を有するアモルファスSiの作成を試みた。

実験 / Experimental

実験内容は以下の通りである。
1)イオン注入
アモルファスSi層にイオン注入した場合のシミュレーションは現時点では不可能なため、100nmの単結晶Siを縮退させるドーピングレシピを用いた。注入したイオン種はPH3で、加速電圧とドーピング量を以下に記載する。
・10 keV, 5e13 /cm2
・25 keV, 1.6e14 /cm2
・28 keV, 5e13 / cm2
2)RTA処理
RTA処理において最高温度とその温度を保持する時間を複数条件変えて試した。その条件を以下に示す。
①Dry N2 filled, 300 s
②Lamp T ℃, 50 ℃/s
③Keep T ℃, t s
④Lamp 400 ℃(T=400のときのみ350℃), 50 ℃/s
⑤Dry N2 filled, 300 s
試したT(℃)とt(s)の組み合わせを以下に示す。
#1 T=400, t=30
#2 T=500, t=30
#3 T=500, t=60
#4 T=650, t=30
#5 T=650, t=300
#6 T=700, t=30

結果と考察 / Results and Discussion

RTA処理後の基板表面は図1のように、斑点が多数存在していた。拡大したものが図2に示した通りで、表面のアモルファスSi層の膜が弾けたような跡になっていた。#1ではこのような跡は全く見られず、Tやtが増加するにつれて斑点の数が増加していたため、RTA処理中の熱が原因であると考えられる。また、今回試行した#1～6のいずれも導電性を確認することはできなかった。今後は低温でより長時間のRTA処理を行うか、さらに高温でより短い時間でのRTA処理を試してみたいと思う。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図1 T=650, t = 300のときのaSi基板の表面の様子

図2 T=650, t = 300のときのaSi基板の表面の様子(拡大図)

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件