JPH01267935A - シリコンイオンビーム発生方法 - Google Patents
シリコンイオンビーム発生方法Info
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- JPH01267935A JPH01267935A JP63094480A JP9448088A JPH01267935A JP H01267935 A JPH01267935 A JP H01267935A JP 63094480 A JP63094480 A JP 63094480A JP 9448088 A JP9448088 A JP 9448088A JP H01267935 A JPH01267935 A JP H01267935A
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- silicone
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Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、負のシリコンイオンビームを使って単結晶シ
リコン上のアモルファスシリコンヲ固相成長によって単
結晶化させるためのイオンビーム発生装置に関する。
リコン上のアモルファスシリコンヲ固相成長によって単
結晶化させるためのイオンビーム発生装置に関する。
［従来の技術と問題点］
シリコン単結晶の上に、酸化シリコンなどの絶縁層を介
して、単結晶シリコンの薄膜を形成する、所謂Ｓ ０１
（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒ）は、
０ＭＯ３の高集積化に伴って生じるランチアンプ対策や
、耐放射線デバイス、三次元デバイスなどの要素技術と
して注目されている。
して、単結晶シリコンの薄膜を形成する、所謂Ｓ ０１
（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒ）は、
０ＭＯ３の高集積化に伴って生じるランチアンプ対策や
、耐放射線デバイス、三次元デバイスなどの要素技術と
して注目されている。
Ｓｏｌ構造の製造法には、種々の方法が提案されている
が、代表的なものとして、石英のうえに形成した多結晶
シリコン薄膜をカーボンヒーターなどで帯状に加熱して
溶融し、その溶融領域を移動させることにより多結晶を
溶融、固化する過程において単結晶化させる、いわゆる
溶融再結晶化法がある。これは、ウェハーの平坦度が悪
く、また結晶の亜粒界が取れ切れず、もとのシリコン隼
結晶並の電気特性が得られない欠点がある。
が、代表的なものとして、石英のうえに形成した多結晶
シリコン薄膜をカーボンヒーターなどで帯状に加熱して
溶融し、その溶融領域を移動させることにより多結晶を
溶融、固化する過程において単結晶化させる、いわゆる
溶融再結晶化法がある。これは、ウェハーの平坦度が悪
く、また結晶の亜粒界が取れ切れず、もとのシリコン隼
結晶並の電気特性が得られない欠点がある。
一方、単結晶シリコン基盤の上に、部分的に開口部を有
するＳｉ０ｇ層を介して、アモルファスシリコン層ヲ形
成し、アモルファスシリコンの融点（約１２００℃）の
半分程度の温度でアニールすることによって単結晶基盤
と接した部分を、まず垂直方向に、次いで横方向に固相
結晶成長させる方法がある。しかし、この方法は、成長
速度を早くするためにアニール温度を高くすこと、途中
で核発生が起き、多結晶化する欠点がある。核発生をふ
せぐため、アニール温度を５００℃以下にすると、成長
時間が１ケ月から２年以上かかるので、工業的な製造方
法として不適当である。アニール温度をさげて、かつ単
結晶領域を大きくする方法として、Ｐをドープしたり、
Ｓｉの収束イオンビームを走査照射する方法が提案され
ている。これらの方法は、単結晶領域が小さい点が不十
分であり、特に後者の方法は、収束イオンビームが０．
３μｍと細く、イオン電流が２５ｐ＾なので、１−の面
積に１０′６ドーズしようとすると２万時間以上照射し
なければならない。
するＳｉ０ｇ層を介して、アモルファスシリコン層ヲ形
成し、アモルファスシリコンの融点（約１２００℃）の
半分程度の温度でアニールすることによって単結晶基盤
と接した部分を、まず垂直方向に、次いで横方向に固相
結晶成長させる方法がある。しかし、この方法は、成長
速度を早くするためにアニール温度を高くすこと、途中
で核発生が起き、多結晶化する欠点がある。核発生をふ
せぐため、アニール温度を５００℃以下にすると、成長
時間が１ケ月から２年以上かかるので、工業的な製造方
法として不適当である。アニール温度をさげて、かつ単
結晶領域を大きくする方法として、Ｐをドープしたり、
Ｓｉの収束イオンビームを走査照射する方法が提案され
ている。これらの方法は、単結晶領域が小さい点が不十
分であり、特に後者の方法は、収束イオンビームが０．
３μｍと細く、イオン電流が２５ｐ＾なので、１−の面
積に１０′６ドーズしようとすると２万時間以上照射し
なければならない。
その他のＳｉイオンビーム形成法も、照射時間の短縮に
つながるようなものはない。たとえば、第１）回イオン
工学シンポジウムの講演要旨集１６５頁 （Ｇ、Ｄ、Ａ
ｌｔｏｎ：Ｔｈｅ Ｒｅｍ１ｔｔａｎｃｅ ａｎｄ
ＢｒｉｇｈｔｎｅｓｓＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉ
ｃｓ ｏｆ Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｉｏｎ ５ｏｕｒｃｅ
ｓ ５ｕｉｔａｂｌｅｆｏｒ ＭｅＶ Ｊｏｎ Ｉｎ＋
ｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）には負のイオン源装置を用い、
ターゲットにシリコン結晶を用い８００μへのイオン電
流が得られている。しかし、この電流では、実用的な大
きさのシリコンウェハーを処理するには、多大な時間を
要する。
つながるようなものはない。たとえば、第１）回イオン
工学シンポジウムの講演要旨集１６５頁 （Ｇ、Ｄ、Ａ
ｌｔｏｎ：Ｔｈｅ Ｒｅｍ１ｔｔａｎｃｅ ａｎｄ
ＢｒｉｇｈｔｎｅｓｓＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉ
ｃｓ ｏｆ Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｉｏｎ ５ｏｕｒｃｅ
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ｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）には負のイオン源装置を用い、
ターゲットにシリコン結晶を用い８００μへのイオン電
流が得られている。しかし、この電流では、実用的な大
きさのシリコンウェハーを処理するには、多大な時間を
要する。
本発明は、前記した問題点を解決し、シリコン基盤上の
アモルファスシリコンを実用的な面積規模で単結晶に同
相成長させるための負のシリコンイオンビーム発生装置
を提供することを目的とする。
アモルファスシリコンを実用的な面積規模で単結晶に同
相成長させるための負のシリコンイオンビーム発生装置
を提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］
本発明は、表面にセシウム蒸気を吸着させたターゲット
を、プラスに帯電した希ガスによるプラズマ内にさらし
、該ターゲットをマイナスに帯電させてスパッタするこ
とによって負イオンビームを発生させるイオンビーム発
生装置にオイテ、該ターゲットは非電気絶縁性のシリコ
ンを主成分とすることによって、負のシリコンイオンビ
ームを引き出し可能としたアモルファスシリコンへの単
結晶シリコン固相成長用シリコンイオンビーム発生装置
である。
を、プラスに帯電した希ガスによるプラズマ内にさらし
、該ターゲットをマイナスに帯電させてスパッタするこ
とによって負イオンビームを発生させるイオンビーム発
生装置にオイテ、該ターゲットは非電気絶縁性のシリコ
ンを主成分とすることによって、負のシリコンイオンビ
ームを引き出し可能としたアモルファスシリコンへの単
結晶シリコン固相成長用シリコンイオンビーム発生装置
である。
本発明で用いるシリコンターゲットは、ターゲット電圧
が有効にかかるように非電気絶縁性でなければならない
。すなわち、ターゲットの表面と裏面間の抵抗値は１０
にΩ以下であることが好ましく、より好ましくは５にΩ
以下である。１０にΩを越えるとターゲット表面でチャ
ージアップを起しイオンビームが不安定になる。非電気
絶縁性であれば、単結晶、多結晶、アモルファスである
ことは問わない。表面は、ち密であって、スパッタされ
ても、残留ガスが吸着されるような連続気孔が形成され
ないことが望ましい、また、熱伝導性がよく、ターゲッ
トの裏面を水冷などで冷却したときに、ターゲットの表
面にセシウムが吸着できるように十分冷却できなければ
ならない。
が有効にかかるように非電気絶縁性でなければならない
。すなわち、ターゲットの表面と裏面間の抵抗値は１０
にΩ以下であることが好ましく、より好ましくは５にΩ
以下である。１０にΩを越えるとターゲット表面でチャ
ージアップを起しイオンビームが不安定になる。非電気
絶縁性であれば、単結晶、多結晶、アモルファスである
ことは問わない。表面は、ち密であって、スパッタされ
ても、残留ガスが吸着されるような連続気孔が形成され
ないことが望ましい、また、熱伝導性がよく、ターゲッ
トの裏面を水冷などで冷却したときに、ターゲットの表
面にセシウムが吸着できるように十分冷却できなければ
ならない。
ターゲットの形状は、第１図に示すように、スパッタで
放出したイオンが装置の開口部５を通って、引き出し電
極２０の方向に飛ぶように凹面形をしており、負の電圧
がかかるように外部電源１０に接続されている。熱陰極
３は、Ｗ、ＬａＢ、などを使用する。これらの熱陰極材
料は、シリコンと反応しやすいが、本発明のシリコンイ
オンビーム発生装置では、シリコンイオンビームの軌道
力ら外れたところに熱陰極材料を配設できるので、該熱
陰極の電子放射特性への影響は極めて少ない。
放出したイオンが装置の開口部５を通って、引き出し電
極２０の方向に飛ぶように凹面形をしており、負の電圧
がかかるように外部電源１０に接続されている。熱陰極
３は、Ｗ、ＬａＢ、などを使用する。これらの熱陰極材
料は、シリコンと反応しやすいが、本発明のシリコンイ
オンビーム発生装置では、シリコンイオンビームの軌道
力ら外れたところに熱陰極材料を配設できるので、該熱
陰極の電子放射特性への影響は極めて少ない。
プラズマを形成するための不活性ガスは、ＡｒｌＫｒ＋
Ｘｅであり、スパッタ効率を高めるために、質量の大き
な元素が望ましい、装置本体の外容器８は、プラズマに
対して陽極であり、かつプラズマを閉じ込めるために、
多数のサマリウム、コバルトなどの磁石７を張り付けで
ある。セシウムの入ったボンベを装置本体に接続し、該
ボンベは外部ヒーター等で加熱することにより、セシウ
ム蒸気を装置内に導入し、シリコンのターゲット１の表
面に吸着させる。吸着したセシウムは、仕事関数が低い
ので、ターゲットからスパッタされた粒子に電子を与え
、負イオンになって放出される。セシウムの吸着量は、
ボンベに付属されているヒーターで調節できる。装置本
体と引き出し電極２０の間に電位差を与えることにより
、イオンビームを引き出すことが出来るが、同時に引き
出される電子をトラップするために、途中に磁場を設け
る。質量分析器１７を通して、金属や酸素などの不純物
イオンを取り除き、負のＳｉイオンのみをさらに加速し
て、試料室に置かれたシリコン基盤１８にイオン照射す
る。なお、基盤は６００℃程度に加熱できるようにヒー
ターを内蔵させておく。
Ｘｅであり、スパッタ効率を高めるために、質量の大き
な元素が望ましい、装置本体の外容器８は、プラズマに
対して陽極であり、かつプラズマを閉じ込めるために、
多数のサマリウム、コバルトなどの磁石７を張り付けで
ある。セシウムの入ったボンベを装置本体に接続し、該
ボンベは外部ヒーター等で加熱することにより、セシウ
ム蒸気を装置内に導入し、シリコンのターゲット１の表
面に吸着させる。吸着したセシウムは、仕事関数が低い
ので、ターゲットからスパッタされた粒子に電子を与え
、負イオンになって放出される。セシウムの吸着量は、
ボンベに付属されているヒーターで調節できる。装置本
体と引き出し電極２０の間に電位差を与えることにより
、イオンビームを引き出すことが出来るが、同時に引き
出される電子をトラップするために、途中に磁場を設け
る。質量分析器１７を通して、金属や酸素などの不純物
イオンを取り除き、負のＳｉイオンのみをさらに加速し
て、試料室に置かれたシリコン基盤１８にイオン照射す
る。なお、基盤は６００℃程度に加熱できるようにヒー
ターを内蔵させておく。
［実施例］
多結晶シリコンを、片面が曲率半径１４０ｍｍの凹面で
、外径５０鶴、厚さ５鶴の円盤に加工したターゲット１
をモリブデンのホルダー１４で支持し、外部電源ＩＯと
接続した。ターゲットの表面以外は、スパッタされない
ように、絶縁された石英ガラス２で囲った。熱陰極３は
、ＬａＢａの焼結体をワイヤーカット放電加工機で切り
出し、モリブデンのホルダーで支持し、外部電源１）で
直接加熱できるようにした。ターゲットと対向するイオ
ン源の外容器の一部にイオンビームを引き出すための開
口部５を設け、外容器の表面にサマリウムコバルトの永
久磁石７を多数取り付けて、内部にプラズマを閉じ込め
るようにした。外容器内には、導入口４からセシウム蒸
気を入れ、ターゲット表面に吸着させた。また導入口６
よりＸｅを供給した。
、外径５０鶴、厚さ５鶴の円盤に加工したターゲット１
をモリブデンのホルダー１４で支持し、外部電源ＩＯと
接続した。ターゲットの表面以外は、スパッタされない
ように、絶縁された石英ガラス２で囲った。熱陰極３は
、ＬａＢａの焼結体をワイヤーカット放電加工機で切り
出し、モリブデンのホルダーで支持し、外部電源１）で
直接加熱できるようにした。ターゲットと対向するイオ
ン源の外容器の一部にイオンビームを引き出すための開
口部５を設け、外容器の表面にサマリウムコバルトの永
久磁石７を多数取り付けて、内部にプラズマを閉じ込め
るようにした。外容器内には、導入口４からセシウム蒸
気を入れ、ターゲット表面に吸着させた。また導入口６
よりＸｅを供給した。
外容器の開口部５の近（に絶縁体１５を介して設けた細
いスリット上の引き出し電極２０と装置本体の間に５０
０ｋＶの電圧をかけ、イオンビームを引き出した。磁石
９で、電子をトラップし、質量分析器１７で、負のＳｉ
イオンのみ分離した。第３図に示すとおり、４インチの
シリコン基盤１８上に部分的に形成したＳｉＯ□層２１
のうえのアモルファスシリコン２２に、５００ｋＶで２
ｍＡの線状シリコンイオンビーム２３をスキャンしなが
ら１分間照射した。この時、基盤は３００℃に加熱した
。
いスリット上の引き出し電極２０と装置本体の間に５０
０ｋＶの電圧をかけ、イオンビームを引き出した。磁石
９で、電子をトラップし、質量分析器１７で、負のＳｉ
イオンのみ分離した。第３図に示すとおり、４インチの
シリコン基盤１８上に部分的に形成したＳｉＯ□層２１
のうえのアモルファスシリコン２２に、５００ｋＶで２
ｍＡの線状シリコンイオンビーム２３をスキャンしなが
ら１分間照射した。この時、基盤は３００℃に加熱した
。
基盤と接したアモルファスシリコンが固相成長でエピタ
キシャル成長した。このようにして、絶縁層上に、単結
晶シリコンを形成することができた。
キシャル成長した。このようにして、絶縁層上に、単結
晶シリコンを形成することができた。
［発明の効果］
本発明のシリコンイオンビーム発生装置によれば、大電
流の負のシリコンイオンビームが得られるので、短時間
でアモルファスシリコンを固相成長でエピタキシャル成
長させることが出来る。
流の負のシリコンイオンビームが得られるので、短時間
でアモルファスシリコンを固相成長でエピタキシャル成
長させることが出来る。
第１図は本発明のシリコンイオンビーム発生装置の要部
断面図である。第２図は本発明のシリコンイオンビーム
発生装置の概念図である。第３図は本発明のシリコンイ
オンビーム発生装置から発生したシリコンイオンの応用
例を示す斜視図である。 符号 １・・・ターゲット、 ２・・・石英ガラス、３
・・・熱陰極、 ４・・・導入口、５・・・
開口部、 ６・・・導入口、７・・・永久磁石
、 ８・・・外容器、９・・・磁石、
１０・・・外部電源、１）・・・外部電源、 １
２・・・アーク電源、１３・・・引き出し電源、 １４
・・・ホルダー、１５・・・絶縁体、 １６・・
・イオン源、１７・・・質量分析器、 １８・・・シ
リコン基盤、１９・・・基板ホルダー、 ２０・・・引
き出し電極、２１・・・Ｓｔｏｗ層、 ２２・・・アモルファスシリコン、 ２３・・・シリコンイオンビーム、 ２４・・・開口部。 特許出願人 電気化学工業株式会社 第２図 第３図 に４ Ｊ６
断面図である。第２図は本発明のシリコンイオンビーム
発生装置の概念図である。第３図は本発明のシリコンイ
オンビーム発生装置から発生したシリコンイオンの応用
例を示す斜視図である。 符号 １・・・ターゲット、 ２・・・石英ガラス、３
・・・熱陰極、 ４・・・導入口、５・・・
開口部、 ６・・・導入口、７・・・永久磁石
、 ８・・・外容器、９・・・磁石、
１０・・・外部電源、１）・・・外部電源、 １
２・・・アーク電源、１３・・・引き出し電源、 １４
・・・ホルダー、１５・・・絶縁体、 １６・・
・イオン源、１７・・・質量分析器、 １８・・・シ
リコン基盤、１９・・・基板ホルダー、 ２０・・・引
き出し電極、２１・・・Ｓｔｏｗ層、 ２２・・・アモルファスシリコン、 ２３・・・シリコンイオンビーム、 ２４・・・開口部。 特許出願人 電気化学工業株式会社 第２図 第３図 に４ Ｊ６
Claims (1)
- （１）表面にセシウム蒸気を吸着させたターゲットを、
プラスに帯電した希ガスによるプラズマ内にさらし、該
ターゲットをマイナスに帯電させてスパッタすることに
よって負イオンビームを発生させるイオンビーム発生装
置において、該ターゲットは非電気絶縁性のシリコンを
主成分とすることによって、負のシリコンイオンビーム
を引き出し可能としたアモルファスシリコンへの単結晶
シリコン固相成長用シリコンイオンビーム発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63094480A JP2791035B2 (ja) | 1988-04-19 | 1988-04-19 | シリコンイオンビーム発生方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63094480A JP2791035B2 (ja) | 1988-04-19 | 1988-04-19 | シリコンイオンビーム発生方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01267935A true JPH01267935A (ja) | 1989-10-25 |
| JP2791035B2 JP2791035B2 (ja) | 1998-08-27 |
Family
ID=14111444
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63094480A Expired - Lifetime JP2791035B2 (ja) | 1988-04-19 | 1988-04-19 | シリコンイオンビーム発生方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2791035B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03110752U (ja) * | 1990-02-28 | 1991-11-13 |
-
1988
- 1988-04-19 JP JP63094480A patent/JP2791035B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03110752U (ja) * | 1990-02-28 | 1991-11-13 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2791035B2 (ja) | 1998-08-27 |
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