半導体デバイスを製造する過程で低温処理をすることは、プロセス全体の熱処理で必要なエネルギー（Thermal-Budget, サーマルバジェット）を低減することにつながる。これによりデバイス製造において工程時間やコストの削減が実現する。特に太陽電池などに使用されている薄い多結晶シリコン（基板）の製造においては重要となる技術である。
なぜならそれにはイオン注入という、あるイオンを固体に注入する工業的材料加工方法が用いられるからである。基板に不純物となるの原子をあえて混ぜる（Doping,ドーピング）のだが、それには一般的に600℃以上で処理することが必要である。600℃以上でドーピングすると無秩序な基板が出来上がる。
鮫島研究室は、室温程度（低温）でアルゴンイオンに続いてホウ素イオンを半導体に注入する2段階イオン注入を用いた。300～400℃で熱処理することで無秩序な半導体を作製し、この半導体はアルゴンイオン注入によって抵抗を減らしドーピング活性化割合を増加させることが分かった。
将来、室温で高パフォーマンスの半導体デバイスを製造することが可能になる。それに伴って半導体をはじめ、太陽光発電の高効率化やフォトニクス技術のさらなる発展に貢献できるだろう。
It is important to fabricate semiconductor devices at low temperatures. Low thermal budget can realize a low tact time and low cost production. In addition, ion implantation is a significant technology to dopant atoms in semiconductors. These processes are essential to make semiconductors, however, it is difficult to cope with both processes. Ion implantation needs a high temperature like more than 600 deg. C. If we make the same semiconductors in low temperature, the atoms are not arranged to the target.
Prof. Sameshima’s reseach group shows appropriateness of a two-step-ion implantation that Ar+ (argon precursor ion) followed by B+ (boron dopant ion) implant at a room temperature by post heating at from 300 to 400 deg. C. Resistance is reduced and the way increases in the dopant activation ratio which are demonstrated with association of Ar+ ion implantation.
In the future, fabrication semiconductor devices are realized at room temperature or low temperature while keeping the present quality. Costs of devices such as solar panels will be down accompanied by step making processes. That would contribute to developing high efficiency of solar power generation and photonics technology.
文責: 化学物理工学科2年生R.O.
From (full-access): T. Sameshima, T. Nagao, E. Sekiguchi and M. Hasumi, “Argon Precursor Ion Implantation Used to Activate Boron Atoms in Silicon at Low Temperatures,” (アルゴン前駆体イオン注入による低温でのシリコン中のホウ素原子の活性化) in IEEE Access, 2020, doi.org/10.1109/ACCESS.2020.2987825
