JP2018003119A - クラスターイオンビーム生成方法およびそれを用いたクラスターイオンビーム照射方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、クラスターイオンビームのビーム電流値を従来よりも増大することのできるクラスターイオンビーム生成方法を提供する。【解決手段】本発明のクラスターイオンビーム生成方法は、炭化水素系化合物原料から、構成元素に炭素および水素を有するクラスターイオンビームを生成するクラスターイオンビーム生成方法であって、前記炭化水素系化合物原料は、側鎖を備える分岐鎖飽和炭化水素を含み、前記分岐鎖飽和炭化水素は第３級炭素原子によってのみ分岐することを特徴とする。【選択図】なし
Description
本発明は、クラスターイオンビーム生成方法およびそれを用いたクラスターイオンビーム照射方法に関する。
クラスターイオンビームは、複数（通常２〜２０００個程度、数百〜数千個となることもある）の原子または分子が互いに結合しイオン化した塊状の集団を、固体表面に衝突させる表面加工技術に用いられる。近年、半導体デバイス、磁性・誘電体デバイス、光学デバイスなど、種々のデバイスへのナノ加工プロセスにおいて、クラスターイオンビーム技術を応用することが着目されている。
クラスターイオンビームの生成方法の基本原理を、図１を用いて模式的に説明する。まず原料１を供給し、電子衝撃法により、原料１に電子を衝突させて原料１の結合を解離させ、イオン化したクラスターイオン２を得る。クラスターイオン２を生成する際、単原子イオン４および多原子イオン６が形成されることが通常である。また、不安定な多原子イオン６はさらに解離することもある。次に、所望のクラスターサイズのクラスターイオン２を選別するため、生成したイオンの質量分離を行う。そして、選別されたクラスターイオン２を、所定の加速電圧により引き出し、クラスターイオンビームの形態とする。こうして得られたクラスターイオンビームを、ターゲットＴの表面に衝突させて、表面加工することができる。なお、常温常圧環境下で、原料１は気体、液体および固体のいずれであってもよく、装置内で原料１に電子を衝突させる直前では、原料１がガス化している。
なお、本明細書において、「クラスターイオン」とは、上述のイオン化した塊状の集団を意味し、「クラスターイオンビーム」とは、当該クラスターイオンを真空中で加速および集束して得られる、束状に並進するビームを意味するものとする。また、「クラスターサイズ」とは、１つのクラスターを構成する原子または分子の個数を意味する。
ここで、本願出願人は、特許文献１において、半導体ウェーハにクラスターイオンを照射して、該半導体ウェーハの表面に、前記クラスターイオンの構成元素が固溶した改質層を形成するクラスターイオンビーム照射工程と、前記半導体ウェーハの改質層上にエピタキシャル層を形成する工程と、を有する半導体エピタキシャルウェーハの製造方法を提案している。
特許文献１に記載の技術では、半導体ウェーハの表面にクラスターイオンを照射するため、モノマーイオン注入技術によって形成されるイオン注入領域に比べて、クラスターイオンの構成元素が局所的かつ高濃度に析出した領域を形成することができる。そのため、特許文献１に記載の技術により、従来に比べて極めて優れたゲッタリング能力を有する半導体エピタキシャルウェーハを得ることができ、重金属汚染を抑制することができる。
また、本願出願人は、特許文献２において、高いゲッタリング能力を有し、かつ、エピタキシャル欠陥の発生を抑制した半導体エピタキシャルウェーハの製造方法を提供するため、次の半導体エピタキシャルウェーハの製造方法も提案している。すなわち、特許文献２に開示されている半導体エピタキシャルウェーハの製造方法では、半導体ウェーハの表面にクラスターイオンを照射して、該半導体ウェーハの表面部に、前記クラスターイオンの構成元素が固溶した改質層を形成するクラスターイオンビーム照射工程と、前記半導体ウェーハの改質層上にエピタキシャル層を形成する工程と、を有し、前記クラスターイオンビーム照射工程は、前記改質層における厚み方向の一部がアモルファス層となり、かつ、該アモルファス層の前記半導体ウェーハ表面側の表面の平均深さが前記半導体ウェーハ表面から２０ｎｍ以上となるように行う。
ここで、特許文献１，２に開示されるクラスターイオンビーム照射工程を行うには、ドーズ量やビーム電流値、半導体ウェーハのウェーハ径にも依存するものの、半導体ウェーハ１枚に対してクラスターイオンビーム照射を行うのに多大な時間を要していた。そのため、クラスターイオンビーム照射を工程に含んで半導体エピタキシャルウェーハを大量生産するためには、スループットの改善が望まれる。
クラスターイオンビーム照射工程において、ドーズ量が同じであれば、クラスターイオンビームのビーム電流値が大きいほど、照射時間を短くすることができる。例えば特許文献２では、その実施例において、シクロヘキサンよりＣ３Ｈ５クラスターを生成しており、そのビーム電流値は４００μＡであることが開示されている。スループットを改善するため、本発明者はビーム電流値を増大させることを新たな課題として認識した。
そこで本発明は、上記課題に鑑み、クラスターイオンビームのビーム電流値を従来よりも増大することのできるクラスターイオンビーム生成方法を提供することを目的とする。さらに、本発明は、このクラスターイオンビーム生成方法を用いたクラスターイオンビーム照射方法および半導体エピタキシャルウェーハの製造方法を提供することを目的とする。
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した。本発明者が鋭意検討したところ、イオン源における原料の分解条件を変更することで、ビーム電流値をある程度増大できることは確認されたものの、その増大には限界があった。そこで本発明者は、原料に着目し、特に、炭化水素系化合物原料の分子構造に着目した。構成元素に炭素および水素を含むクラスターイオンのビームを生成する場合、炭化水素系化合物原料として所定構造の分岐鎖飽和炭化水素を用いることで、従来に比べてクラスターイオンビームの電流値を大幅に改善できることを本発明者は知見し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明の要旨構成は以下のとおりである。
（１）炭化水素系化合物原料から、構成元素に炭素および水素を有するクラスターイオンビームを生成するクラスターイオンビーム生成方法であって、前記炭化水素系化合物原料は、側鎖を備える分岐鎖飽和炭化水素を含み、前記分岐鎖飽和炭化水素は第３級炭素原子によってのみ分岐することを特徴とするクラスターイオンビーム生成方法。
（２）前記分岐鎖飽和炭化水素は前記第３級炭素原子を１つのみ有する、前記（１）に記載のクラスターイオンビーム生成方法。
（３）前記分岐鎖飽和炭化水素は前記第３級炭素原子を２または３以上有し、前記２または３以上の前記第３級炭素原子は、いずれも１または２以上の第２級炭素原子を介して結合する、前記（１）に記載のクラスターイオンビーム生成方法。
（４）前記分岐鎖飽和炭化水素は前記第３級炭素原子を２つ有する、前記（３）に記載のクラスターイオンビーム生成方法。
（５）前記２つの前記第３級炭素原子が、１つの第２級炭素原子を介して結合する、前記（４）に記載のクラスターイオンビーム生成方法。
（６）前記（１）〜（５）のいずれかに記載のクラスターイオンビーム生成方法を用いて生成したクラスターイオンビームを、半導体ウェーハの表面に照射することを特徴とするクラスターイオンビーム照射方法。
本発明によれば、クラスターイオンビームのビーム電流値を従来よりも増大することのできるクラスターイオンビーム生成方法を提供することができる。さらに、本発明は、ビーム電流値を従来よりも増大することのできるクラスターイオンビーム照射方法を提供することができる。
（クラスターイオンビーム生成方法）
本発明の一実施形態によるクラスターイオンビーム生成方法は、炭化水素系化合物原料から、構成元素に炭素および水素を有するクラスターイオンのビームを生成するクラスターイオンビーム生成方法である。ここで、炭化水素系化合物原料は、側鎖を備える分岐鎖飽和炭化水素を含み、この分岐鎖飽和炭化水素は第３級炭素原子によってのみ分岐する。なお、炭化水素系化合物原料中に不可避の不純物は含まれ得る。
本発明の一実施形態によるクラスターイオンビーム生成方法は、炭化水素系化合物原料から、構成元素に炭素および水素を有するクラスターイオンのビームを生成するクラスターイオンビーム生成方法である。ここで、炭化水素系化合物原料は、側鎖を備える分岐鎖飽和炭化水素を含み、この分岐鎖飽和炭化水素は第３級炭素原子によってのみ分岐する。なお、炭化水素系化合物原料中に不可避の不純物は含まれ得る。
クラスターイオンビーム生成方法の基本原理は、図１を用いて既述のとおりである。すなわち、まず、原料１を供給し、電子衝撃法により、原料１に電子を衝突させて原料１の結合を解離させ、イオン化したクラスターイオン２を得る。次いで、生成したイオンの質量分離を行ってクラスターイオン２を選別し、当該クラスターイオン２を所定の加速電圧により引き出し、クラスターイオンビームの形態とすることで、クラスターイオンビームを生成することができる。こうして得られたクラスターイオンビームを、任意のターゲットＴの表面に対して照射することができる。このような原理を用いたクラスターイオン注入装置として、例えば日新イオン機器株式会社製のＣＬＡＲＩＳ（登録商標）を用いることができる。
本実施形態では、原料１として上述の炭化水素系化合物原料ガスを用いる。得られるクラスターイオンビームを構成するクラスターイオン２の構成元素は炭素および水素を有し、特に、クラスターイオン２の構成元素を炭素および水素のみから構成することができる。
本実施形態で用いる炭化水素系化合物原料について、以下、より詳細に説明する。炭化水素系化合物原料は、側鎖を備える分岐鎖飽和炭化水素であり、前記分岐鎖飽和炭化水素は第３級炭素原子によってのみ分岐することが肝要である。このような分岐鎖飽和炭化水素は、下記式（Ｉ）により表すことができる。
ここで、上記式（Ｉ）において、第３級炭素原子に結合するＲ１、Ｒ２およびＲ３は、いずれも、炭素数を１または２以上とする独立した直鎖状または分岐アルキル基である。Ｒ１、Ｒ２およびＲ３は全て同じアルキル基であってもよいし、いずれか２つが同じアルキル基であってもよいし、全て異なっていてもよい。なお、ここで言う「直鎖状」とは、炭素数が１以上３以下の、分岐が生じない場合も含むものであり、以下、同様の意味で「直鎖状」と言う。
なお、本実施形態で用いる分岐鎖飽和炭化水素は、常圧常圧環境下で気体、液体および固体のいずれであってもよく、真空下（例えば、１０−２Ｐａ以下）のチャンバ内で原料を電子と衝突させる直前において、分岐鎖飽和炭化水素がガス化していればよい。すなわち、原料をチャンバ内に導入して電子と衝突させる際、液体の原料を気化させてチャンバ内に供給してもよいし、別の装置内で固体の原料を真空中で加熱気化させてチャンバ内に導入してもよいし、気体の原料ガスそのものをチャンバ内に供給するようにしてもよい。このような分岐鎖飽和炭化水素の炭素数として、４以上１６以下を例示することができる。また、分岐鎖飽和炭化水素の炭素数を５以上とすることが好ましく、６以上とすることがより好ましい。一方、分岐鎖飽和炭化水素の炭素数を１０以下とすることが好ましく、８以下とすることがより好ましく、７以下とすることが特に好ましい。そのため、Ｒ１、Ｒ２およびＲ３の合計炭素数は３以上１５以下とすることができる。また、これらＲ１、Ｒ２およびＲ３の合計炭素数を４以上とすることが好ましく、５以上とすることがより好ましい。一方、これらＲ１、Ｒ２およびＲ３の合計炭素数を９以下とすることが好ましく、７以下とすることがより好ましく、６以下とすることが特に好ましい。
なお、上記式（Ｉ）におけるＲ１、Ｒ２およびＲ３の炭素数は、既述の合計炭素数を満足すれば、それぞれ独立して、１以上であり、２以上とすることができ、３以上とすることができる。同様に、既述の合計炭素数を満足しつつ、Ｒ１、Ｒ２およびＲ３の炭素数は、それぞれ独立して、４以下とすることができ、３以下とすることができ、２以下とすることができる。Ｒ１、Ｒ２およびＲ３の炭素数は全て同じであってもよいし、いずれか２つの炭素数を同じとすることもできるし、全て異なっていてもよい。
ここで、本発明者が鋭意検討したところ、炭化水素系化合物原料からクラスターイオンビームを生成するとき、ビーム電流値を従来よりも大幅に増大させるためには、イオン源における原料の分解条件の調整だけでは限界があった。ここで、飽和炭化水素（アルカン）において、第３級炭素原子とアルキル基との間の結合は、乖離の際に生成するラジカルが安定であるため、第１級炭素原子または第２級炭素原子と、アルキル基との間の結合に比べて結合解離エネルギーが小さい。そのため、電子衝撃法により上記式（Ｉ）で表される分岐鎖飽和炭化水素に電子が衝突するとき、第３級炭素原子と、その結合先のアルキル基との間の結合において優先的に乖離が生じ、ラジカル及びイオンが生成されやすい。そのため、クラスターイオンビームの生成効率を高めることができると本発明者は考えた。そこで、本発明者はこの点に着目し、上記式（Ｉ）で表される分岐鎖飽和炭化水素を炭化水素系化合物原料として用いることで、生成するクラスターイオンビームのビーム電流値を従来に比べて大幅に増大できることを知見し、その効果を実験的に明らかにした。
このように、本実施形態に従う分岐鎖飽和炭化水素を炭化水素系化合物原料に用いることで、クラスターイオンビームのビーム電流値を、従来に比べて大幅に増大させることができる。本実施形態により、炭化水素系のクラスターイオンビームにおいて、得られるビーム電流値を１０００μＡ以上とすることができ、１２００μＡとすることができ、１５００μＡ以上とすることができ、１８００μＡ以上とすることができ、さらには、２０００μＡ以上とすることができる。
ここで、上記式（Ｉ）で表される分岐鎖飽和炭化水素は、第３級炭素原子を１つのみ有することが好ましい。すなわち、式（Ｉ）におけるＲ１、Ｒ２およびＲ３はいずれも直鎖状の飽和アルキル基とすることが好ましい。例えば、Ｒ１をメチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｎ−ブチル基のいずれかとし、Ｒ２およびＲ３をメチル基またはエチル基のいずれかとすることができる。
このような分岐鎖飽和炭化水素として、２−メチルプロパン、２−メチルブタン、２−メチルペンタン、２−メチルヘキサン、２−メチルヘプタン、などを例示することができる。これらの分岐鎖飽和炭化水素を炭化水素系化合物原料に用いることで、より確実にクラスターイオンビームのビーム電流値を増大させることができる。
また、上記式（Ｉ）で表される分岐鎖飽和炭化水素は、第３級炭素原子を２または３以上有し、これら２または３以上の第３級炭素原子は、いずれも１または２以上の第２級炭素原子を介して結合することが好ましい。特に、この分岐鎖飽和炭化水素は第３級炭素原子を２つ有することが好ましい。後者の分岐鎖飽和炭化水素は、下記式（ＩＩ）により表すことができる。
ここで、上記式（ＩＩ）において、第３級炭素原子に結合するＲ４は直鎖状の飽和アルキレン基であり、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７およびＲ８は、いずれも直鎖状の飽和アルキル基である。
既述のとおり、第３級炭素がある場合、炭素ラジカルが生成されやすくなる。しかしながら、本発明者の検討によると、第３級炭素どうしが結合している場合、結合解離エネルギーが小さすぎて、電子衝突によりイオン化が爆発的に発生してしまい、制御が困難となる場合があることが確認された。このような場合、クラスターイオンビームのビーム電流値は、かえって小さくなってしまうことがある。そこで、本実施形態で用いる分岐鎖飽和炭化水素において、第３級炭素原子が２または３以上ある場合には、これら２または３以上の第３級炭素原子は、いずれも１または２以上の第２級炭素原子を介して結合したものを用いることが好ましい。
ここで、式（ＩＩ）により表される分岐鎖飽和炭化水素の炭素数も、下限が７であること以外は、式（Ｉ）の分岐鎖飽和炭化水素の炭素数と同様である。そのため、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７およびＲ８の合計炭素数は５以上１４以下とすることができる。また、これらＲ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７およびＲ８の合計炭素数を５以上とすることが好ましく、６以上とすることが好ましく、７以上とすることが好ましい。一方、これらＲ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７およびＲ８の合計炭素数を９以下とすることが好ましく、８以下とすることが好ましく、７以下とすることが好ましい。
そして、上記式（ＩＩ）におけるＲ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７およびＲ８の炭素数は、既述の合計炭素数を満足しつつ、それぞれ独立して、１以上であり、２以上とすることができ、３以上とすることができる。同様に、既述の合計炭素数を満足しつつ、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７およびＲ８の炭素数は、それぞれ独立して、４以下とすることができ、３以下とすることができ、２以下とすることができる。Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７およびＲ８の炭素数は全て同じであってもよいし、いずれか２つ、３つまたは４つの炭素数を同じとすることもできるし、全て異なっていてもよい。
このような分岐鎖飽和炭化水素として、２，４−ジメチルペンタン、２，４−ジメチルヘキサン、２，４−ジメチルヘプタン、２，５−ジメチルヘキサン、２，５−ジメチルヘプタンなどを例示することができる。これらの分岐鎖飽和炭化水素を炭化水素系化合物原料ガスに用いることで、より確実にクラスターイオンビームのビーム電流値を増大させることができる。
また、上記式（ＩＩ）の分岐鎖飽和炭化水素を用いる場合、２つの第３級炭素原子が、１つの第２級炭素原子を介して結合することが好ましい。すなわち、式（ＩＩ）におけるＲ４が、メチレン基であることが好ましい。例えば、上記式（ＩＩ）に従う分岐鎖飽和炭化水素として、２，４−ジメチルペンタン、２，４−ジメチルヘキサン、２，４−ジメチルヘプタンを用いることができる。このような分岐鎖飽和炭化水素を炭化水素系化合物原料ガスに用いることで、より確実にクラスターイオンビームのビーム電流値を増大させることができる。
なお、クラスターイオンは結合様式によって多種のクラスターが存在し、例えば以下の文献に記載されるような公知の方法で生成することができる。（１）荷電粒子ビーム工学：石川順三：ＩＳＢＮ９７８−４−３３９−００７３４−３：コロナ社、（２）電子・イオンビーム工学：電気学会：ＩＳＢＮ４−８８６８６−２１７−９：オーム社、（３）クラスターイオンビーム基礎と応用：ＩＳＢＮ４−５２６−０５７６５−７：日刊工業新聞社。また、一般的に、正電荷のクラスターイオンの発生にはニールセン型イオン源あるいはカウフマン型イオン源が用いられ、負電荷のクラスターイオンの発生には体積生成法を用いた大電流負イオン源が用いられる。
また、生成されたクラスターイオンの、炭素１原子あたりの加速電圧は、０ｋｅＶ／ａｔｏｍ超え５０ｋｅＶ／ａｔｏｍ以下とし、好ましくは、４０ｋｅＶ／ａｔｏｍ以下とすることが望ましい。また、クラスターサイズは、炭化水素系化合物原料を構成する分岐鎖飽和炭化水素にもよるが、２〜５０個以下とすることができる。
また、加速電圧の調整には、（１）静電加速、（２）高周波加速の２方法が一般的に用いられる。前者の方法としては、複数の電極を等間隔に並べ、それらの間に等しい電圧を印加して、軸方向に等加速電界を作る方法がある。後者の方法としては、イオンを直線状に走らせながら高周波を用いて加速する線形ライナック法がある。また、クラスターイオンビームのクラスターサイズおよびビーム電流値の調整は、真空容器の圧力（導入するガスの流量）およびイオン化する際のフィラメントへ印加する電圧などを調整することにより行うことができる。なお、クラスターサイズは、四重極高周波電界や単収束扇形磁場を用いた質量分離法を用いて行うことができる。
以下、図２を参照しつつ本発明の別の実施形態に従うクラスターイオンビーム照射方法説明する。なお、同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、説明を省略する。なお図２では説明の便宜上、実際の厚さの割合とは異なり、半導体ウェーハ１０に対してエピタキシャル層２０の厚さを誇張して示す。
（クラスターイオンビーム照射方法）
図２（Ａ）に示すように、本発明の一実施形態によるクラスターイオンビーム照射方法は、上記クラスターイオンビーム生成方法の実施形態を用いて生成したクラスターイオンビームＣを、半導体ウェーハ１０の表面１０Ａに照射する。本実施形態では、ビーム電流値が従来よりも増大したクラスターイオンビーム照射を行うことができる。そのため、従来技術と同じドーズ量のクラスターイオンを照射するのであれば、従来技術に比べて照射時間を短くすることができる。
図２（Ａ）に示すように、本発明の一実施形態によるクラスターイオンビーム照射方法は、上記クラスターイオンビーム生成方法の実施形態を用いて生成したクラスターイオンビームＣを、半導体ウェーハ１０の表面１０Ａに照射する。本実施形態では、ビーム電流値が従来よりも増大したクラスターイオンビーム照射を行うことができる。そのため、従来技術と同じドーズ量のクラスターイオンを照射するのであれば、従来技術に比べて照射時間を短くすることができる。
なお、半導体ウェーハ１０としては、例えばシリコン、化合物半導体（ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＳｉＣ）からなり、表面にエピタキシャル層を有しないバルクの単結晶ウェーハが挙げられる。また、半導体ウェーハ１０は、チョクラルスキ法（ＣＺ法）や浮遊帯域溶融法（ＦＺ法）により育成された単結晶シリコンインゴットをワイヤーソー等でスライスしたシリコンウェーハを使用することができる。また、シリコンウェーハには、炭素および／または窒素を添加してもよい。また、任意の不純物ドーパントを添加して、ｎ型またはｐ型としてもよい。また、半導体ウェーハ１０としては、バルク半導体ウェーハ表面に半導体エピタキシャル層が形成されたエピタキシャル半導体ウェーハを用いることもできる。
なお、クラスターイオンのドーズ量は、ビーム電流値およびイオン照射時間を制御することにより調整することができる。クラスターイオンの炭素のドーズ量を、例えば１×１０１３〜１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２とすることができる。そして、既述のとおり、ビーム電流値を１０００μＡ以上とすることができ、１２００μＡ以上とすることができ、１５００μＡ以上とすることができ、１８００μＡ以上とすることができ、さらには、２０００μＡ以上とすることができる。
（参考実施形態：半導体エピタキシャルウェーハの製造方法）
図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、上記クラスターイオンビーム生成方法の実施形態を用いて生成したクラスターイオンビームＣを半導体ウェーハ１０の表面１０Ａに照射して、該半導体ウェーハ１０の表面部に、クラスターイオンの構成元素が固溶した改質層１８を形成するクラスターイオンビーム照射工程と、半導体ウェーハ１０の改質層１８上にエピタキシャル層２０を形成するエピタキシャル層形成工程と、を含むことで、半導体エピタキシャルウェーハ１００を製造することができる。
図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、上記クラスターイオンビーム生成方法の実施形態を用いて生成したクラスターイオンビームＣを半導体ウェーハ１０の表面１０Ａに照射して、該半導体ウェーハ１０の表面部に、クラスターイオンの構成元素が固溶した改質層１８を形成するクラスターイオンビーム照射工程と、半導体ウェーハ１０の改質層１８上にエピタキシャル層２０を形成するエピタキシャル層形成工程と、を含むことで、半導体エピタキシャルウェーハ１００を製造することができる。
クラスターイオンビーム照射工程により形成される改質層１８は、半導体ウェーハ１０の表面部における結晶の格子間位置または置換位置に炭素が固溶して局所的に存在する領域であり、強力なゲッタリングサイトとして働くことができる。
エピタキシャル層形成工程において、改質層１８上に形成するエピタキシャル層２０としては、シリコンエピタキシャル層が挙げられ、一般的な条件により形成することができる。例えば、水素をキャリアガスとして、ジクロロシラン、トリクロロシランなどのソースガスをチャンバ内に導入し、使用するソースガスによっても成長温度は異なるが、概ね１０００〜１２００℃温度範囲の温度でＣＶＤ法により半導体ウェーハ１０上にエピタキシャル成長させることができる。エピタキシャル層２０の厚さは１〜１５μｍの範囲内とすることが好ましい。
本実施形態に従うクラスターイオンビーム照射方法を用いることで、優れたゲッタリング能力を有する半導体エピタキシャルウェーハを製造する際のスループットを従来よりも改善することができる。
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
（発明例１）
クラスターイオン発生装置（日新イオン機器社製、型番：ＣＬＡＲＩＳ）を用いて、２−メチルペンタン（Ｃ６Ｈ１４）を原料として用い、クラスターイオン化したＣ３Ｈ５のクラスターイオンを生成した。得られたクラスターイオンビームのビーム電流値は２０００μＡであった。
クラスターイオン発生装置（日新イオン機器社製、型番：ＣＬＡＲＩＳ）を用いて、２−メチルペンタン（Ｃ６Ｈ１４）を原料として用い、クラスターイオン化したＣ３Ｈ５のクラスターイオンを生成した。得られたクラスターイオンビームのビーム電流値は２０００μＡであった。
（発明例２）
発明例１において、２−メチルペンタンに替えて、２，４−ジメチルペンタン（Ｃ７Ｈ１６）を原料に用いた以外は、発明例１と同様にして、クラスターイオン化したＣ３Ｈ５のクラスターイオンを生成した。得られたクラスターイオンビームのビーム電流値は１８００μＡであった。
発明例１において、２−メチルペンタンに替えて、２，４−ジメチルペンタン（Ｃ７Ｈ１６）を原料に用いた以外は、発明例１と同様にして、クラスターイオン化したＣ３Ｈ５のクラスターイオンを生成した。得られたクラスターイオンビームのビーム電流値は１８００μＡであった。
（従来例１）
発明例１において、２−メチルペンタンに替えて、シクロヘキサン（Ｃ６Ｈ１２）を原料に用いた以外は、発明例１と同様にして、クラスターイオン化したＣ３Ｈ５のクラスターイオンを生成した。得られたクラスターイオンビームのビーム電流値は８５０μＡであった。
発明例１において、２−メチルペンタンに替えて、シクロヘキサン（Ｃ６Ｈ１２）を原料に用いた以外は、発明例１と同様にして、クラスターイオン化したＣ３Ｈ５のクラスターイオンを生成した。得られたクラスターイオンビームのビーム電流値は８５０μＡであった。
（比較例１）
発明例１において、２−メチルペンタンに替えて、ヘキサン（Ｃ６Ｈ１４）を原料に用いた以外は、発明例１と同様にして、クラスターイオン化したＣ３Ｈ５のクラスターイオンを生成した。得られたクラスターイオンビームのビーム電流値は８５０μＡであった。
発明例１において、２−メチルペンタンに替えて、ヘキサン（Ｃ６Ｈ１４）を原料に用いた以外は、発明例１と同様にして、クラスターイオン化したＣ３Ｈ５のクラスターイオンを生成した。得られたクラスターイオンビームのビーム電流値は８５０μＡであった。
（比較例２）
発明例１において、２−メチルペンタンに替えて、２，３−ジメチルブタン（Ｃ６Ｈ１４）を原料に用いた以外は、発明例１と同様にして、クラスターイオン化したＣ３Ｈ５のクラスターイオンを生成した。得られたクラスターイオンビームのビーム電流値は２０μＡであった。
発明例１において、２−メチルペンタンに替えて、２，３−ジメチルブタン（Ｃ６Ｈ１４）を原料に用いた以外は、発明例１と同様にして、クラスターイオン化したＣ３Ｈ５のクラスターイオンを生成した。得られたクラスターイオンビームのビーム電流値は２０μＡであった。
以上の、発明例１，２、従来例１および比較例１，２の結果を、下記表１に記す。
＜評価＞
発明例１，２では、従来例１により得られるビーム電流値の、倍以上のビーム電流値が得られることが確認できた。発明例１，２は、従来例１および比較例１と異なり、第３級炭素原子を含むために結合乖離が生じやすくなり、その結果、Ｃ３Ｈ５のクラスターイオンを取り出しやすくなったためだと考えられる。一方、比較例２には、第３級炭素原子が含まれるものの、放電が多く、クラスターイオンビームの形成が困難であったため、ビーム電流値は従来例１よりも小さかった。これは２，３−ジメチルブタン中央の第三級炭素間の結合が非常に弱くなっているため、クラスターイオンを生成する際の制御が困難なほど、イオン生成が爆発的に進んだためだと考えられる。
発明例１，２では、従来例１により得られるビーム電流値の、倍以上のビーム電流値が得られることが確認できた。発明例１，２は、従来例１および比較例１と異なり、第３級炭素原子を含むために結合乖離が生じやすくなり、その結果、Ｃ３Ｈ５のクラスターイオンを取り出しやすくなったためだと考えられる。一方、比較例２には、第３級炭素原子が含まれるものの、放電が多く、クラスターイオンビームの形成が困難であったため、ビーム電流値は従来例１よりも小さかった。これは２，３−ジメチルブタン中央の第三級炭素間の結合が非常に弱くなっているため、クラスターイオンを生成する際の制御が困難なほど、イオン生成が爆発的に進んだためだと考えられる。
本発明によれば、クラスターイオンビームのビーム電流値を従来よりも増大することのできるクラスターイオンビーム生成方法を提供することができる。さらに、本発明は、ビーム電流値を従来よりも増大することのできるクラスターイオンビーム照射方法を提供することができる。したがって、半導体産業において特に有用である。
１ 原料
２ クラスターイオン
４ 単原子イオン
６ 多原子イオン
１０ 半導体ウェーハ
１０Ａ 半導体ウェーハの表面
１８ 改質層
２０ エピタキシャル層
１００ 半導体エピタキシャルウェーハ
Ｃ クラスターイオンビーム
Ｔ ターゲット
２ クラスターイオン
４ 単原子イオン
６ 多原子イオン
１０ 半導体ウェーハ
１０Ａ 半導体ウェーハの表面
１８ 改質層
２０ エピタキシャル層
１００ 半導体エピタキシャルウェーハ
Ｃ クラスターイオンビーム
Ｔ ターゲット
Claims (6)
- 炭化水素系化合物原料から、構成元素に炭素および水素を有するクラスターイオンのビームを生成するクラスターイオンビーム生成方法であって、
前記炭化水素系化合物原料は、側鎖を備える分岐鎖飽和炭化水素を含み、前記分岐鎖飽和炭化水素は第３級炭素原子によってのみ分岐することを特徴とするクラスターイオンビーム生成方法。 - 前記分岐鎖飽和炭化水素は前記第３級炭素原子を１つのみ有する、請求項１に記載のクラスターイオンビーム生成方法。
- 前記分岐鎖飽和炭化水素は前記第３級炭素原子を２または３以上有し、前記２または３以上の前記第３級炭素原子は、いずれも１または２以上の第２級炭素原子を介して結合する、請求項１に記載のクラスターイオンビーム生成方法。
- 前記分岐鎖飽和炭化水素は前記第３級炭素原子を２つ有する、請求項３に記載のクラスターイオンビーム生成方法。
- 前記２つの前記第３級炭素原子が、１つの第２級炭素原子を介して結合する、請求項４に記載のクラスターイオンビーム生成方法。
- 請求項１〜５のいずれか１項に記載のクラスターイオンビーム生成方法を用いて生成したクラスターイオンビームを、半導体ウェーハの表面に照射することを特徴とするクラスターイオンビーム照射方法。
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