JPH088187A - 半導体素子製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 微小なイオンビームを形成することにより、
微細な結晶パターンの形成および結晶イオンの成長速度
を向上することができる半導体素子製造装置を提供す
る。 【構成】 イオン源１１により半導体結晶材料からイオ
ン化され放出されたイオンは、第１の電子レンズ１３ａ
で集束され、マスフィルタ１４によって所望イオンが選
別された後、第２の電子レンズ１３ｂで再び集束され、
集束イオンビ−ムとなって、偏向手段１５によって所要
の回路パターンに合わせて偏向される。偏向された集束
イオンビームは、減速電極１６によって、100 eV〜200
eVのエネルギにまで減速され、半導体基板ｍ上に微細な
結晶パターンが成長形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体素子製造装置
に係り、特に、半導体基板（以下、単に基板と称する）
上に半導体結晶を成長させて形成するための技術に関す
る。

【０００２】

【従来技術】従来、基板上に半導体結晶を成長形成させ
る手法として種々のものがあり、例えば一般的にはＣＶ
Ｄ (chemical vapor deposition)法が広く用いられてい
る。このＣＶＤ法によれば基板全体に半導体結晶を形成
することができるが、成長温度を低くしたり部分的に結
晶パターンを形成したいという要望がある場合には、次
のイオン蒸着法が用いられる。

【０００３】これは、結晶材料をイオン化して、加速
し、基板の表面上付近で減速して照射することにより、
結晶イオンを基板の表面上に蒸着させて、結晶膜を形成
するもので、第２図の簡略図に示したようなイオン蒸着
装置が用いられる。

【０００４】図中、符号１は真空チャンバ、２は結晶材
料（例えば、シリコンなど）をイオン化するイオン源で
あり、シリコンを含んだガスを導入してこれを高周波電
界中でプラズマ化し、シリコンイオンを生成するもので
ある。このイオン源２で生成されたイオンは、引き出し
電極３によって引き出され、イオンビームＢとなって、
質量分離器４を通る。この質量分離器４は一種の電磁石
であり、所要のイオンのみをビーム通路に導き、他のイ
オンをビーム通路外に偏向する。質量分離器４を通過し
た所要のイオンは、成長室６内に導かれ、偏向電極５に
よって照射先が調整され、減速電極７によって減速され
て基板ｍの表面上に蒸着され、結晶成長する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たイオンビーム蒸着装置を用いて半導体結晶を形成させ
る場合、以下のような問題点がある。

【０００６】従来装置のイオン源２のイオン引き出し口
は、ある程度の大きさを有しており加えて、イオンビー
ムＢを集束させるための電子レンズも装備されていない
ことから、形成されるイオンビームＢは比較的幅広のビ
ームとなっていた。したがって、基板ｍ上に微細な結晶
パターン（例えば、数μｍの結晶パターン）を形成する
のが非常に困難であった。

【０００７】また、イオンビームＢが幅広で発散してい
るので、イオン電流密度も比較的小さなものとなり、基
板ｍの表面上に蒸着する結晶イオンの成長速度を遅めて
いた。このため、成長室６内の残留ガスの影響を受けや
すく、膜質の低下を招いていた。

【０００８】この発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたものであって、微小なイオンビームを形成すること
により、微細な結晶パターンの形成および結晶イオンの
成長速度を向上することができる半導体素子製造装置を
提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するために次のような構成を備えている。

【００１０】即ち、この発明に係る半導体素子製造装置
は、半導体結晶材料を原料とする液体金属イオン源と、
前記液体金属イオン源から放出されるイオンを集束して
微小な集束イオンビームを形成する電子レンズと、この
集束イオンビームを被処理物である半導体基板に向けて
加速させる加速手段と、加速した集束イオンビームの半
導体基板上における照射先を偏向調整する偏向手段と、
前記集束イオンビームを100eV 〜200eV のエネルギまで
減速して、前記半導体基板上に半導体結晶パターンを成
長させる減速手段とを備えたことを特徴とする。

【００１１】

【作用】この発明によれば、イオン源が半導体結晶材料
をイオン化して、そのイオンを放出する。放出されたイ
オンは、電子レンズで集束され、微小な集束イオンビー
ムとなる。この集束イオンビームは加速手段により、半
導体基板に向けて加速し偏向手段が、この集束イオンビ
ームの照射先を所要の回路パターンに合わせて偏向す
る。加速され、向きが調整された集束イオンビームは、
減速手段によって、所定のエネルギにまで減速され、半
導体基板上に微細な結晶パターンが成長する

【００１２】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。

【００１３】第１図は、この発明の半導体素子製造装置
の一実施例の構成の概略を示した断面図である。

【００１４】この半導体素子製造装置は、基板ｍの表面
上に、微細な結晶パターンを成長させて半導体素子を形
成する装置である。

【００１５】図中、符号10は真空チャンバであり、この
装置の本体ケーシングとなっているこの真空チャンバ10
内に以下の構成部分が内装されている。

【００１６】11は、イオンを発生させる液体金属イオン
源であり、半導体結晶材料（例えばシリコンやゲルマニ
ウムなど）を溶融して液体化する溶融炉として形成され
ている。このイオン源11の鋭利な先端部（図面の下側の
先端部）には針25が設けられており、溶融された液体素
材は、この針25の先端に供給されるように構成されてい
る。このイオン源11には、その電位差によりイオンへの
加速エネルギを与える加速手段としての加速電源23が接
続されている。なお、イオン源11を加熱するヒータは、
図示を省略している。12は、イオン化された微粒子をイ
オン源11から引き出すための引き出し電極であり、この
引き出し電極12とイオン源11との間には引き出し電源22
が接続されている。13a はイオンビームＢを集束する第
１の電子レンズ、14は所望の金属イオンのみを選出する
ためのマスフィルタ、13b は第２の電子レンズであり、
この第１の電子レンズ13a と第２の電子レンズ13b がこ
の発明の電子レンズに相当する。15は集束イオンビーム
Ｂの照射先を偏向する偏向電極で、これに接続されてい
る偏向電圧制御部26によって、集束イオンビームＢの偏
向調整が行われる。16はイオンビームＢの加速エネルギ
を減速させてその速度を弱める減速電極であり、減速電
極16と基板ｍが載置されるステージ17との間には減速電
源24が接続されている。この減速電源24と減速電極16と
がこの発明の減速手段に相当している。

【００１７】ステージ17は、Ｘ，Ｙ方向（図面の左右方
向およびこれに直交する方向）に移動可能なＸ−Ｙステ
ージ20の上に設置されており、Ｘ−Ｙステージ20を駆動
する駆動モータ21が真空チャンバ10外に設けられてい
る。この駆動モータ21の駆動を制御して、ステージ17の
移動を行うのがステージ移動制御部27である。真空チャ
ンバ10の下部（図面の下方）には、連通管18が設けられ
ており、この連通管18の端部には真空ポンプ19がつなが
れている。

【００１８】次に、上述した装置の動作について説明す
る。

【００１９】まず、イオン源11の中に、半導体結晶材料
（例えば、シリコンやゲルマニウムなど）を入れて、イ
オン源11を加熱すると、結晶素材は溶融されて液体化
し、針25の先端部に供給される。イオン源11の温度を融
点に保ったまま、引き出し電源22によって、イオン源11
と引き出し電極12との間、すなわち、液体素材で覆われ
た針25の先端部に、約７〜８[kV]の電位差を与える。液
体素材の表面に加わる電界が、液体素材の蒸発電界強度
までに達するとイオン化された微粒子の放出が始まる。
イオン源11から引き出された微粒子は、加速電源23から
与えられる30〜50[kV]の電位差によって、基板ｍの表面
上に向かって加速し、第１の電子レンズ13a によって集
束され、集束イオンビームＢとなり、この段階でマスフ
ィルタ14によるイオンの選出が行われる。

【００２０】一般に、単一の結晶のみを溶融するより
も、複数の結晶材料を溶融する方が融点を下げることが
できる場合があるため、複数の結晶材料をイオン源11内
に入れて複数の微粒子を生成することがある。この場合
に、所望の微粒子のみを正規のビーム通路に通し、それ
以外の微粒子をビーム通路外に偏向して選別するという
操作が必要になるが、マスフィルタ14によって、その操
作が実行される。このマスフィルタ14は一種の偏向電極
のようなもので、必要とする以外の微粒子をビーム通路
外に偏向させて、所要の微粒子ビームのみをビーム通路
に通す。

【００２１】マスフィルタ14を通過した集束イオンビー
ムＢは、第２の電子レンズ13b によって、再び集束さ
れ、偏向電圧制御部26で制御される偏向電極15によっ
て、所望の結晶パターンとなるように、その向きが調整
される。

【００２２】向きが調整された集束イオンビームＢは、
減速電極16を通過するときに、所定のエネルギにまで減
速されて、基板ｍの表面上に到達する。このときの集束
イオンビームＢのエネルギは、加速電源23と減速電源24
との出力電圧差に等しいものとなる。すなわち、集束イ
オンビームＢは、減速電極16に近づくまでは加速電源23
で与えられる加速エネルギをもっているが、減速電極16
とステージ17の電位を減速電源24によって上げると、基
板ｍに入射する集束イオンビームＢはその分だけ減速さ
れる。このため、減速電源24の出力調整により、原理的
には０〜加速電源23の出力電圧値までの間で連続的に集
束イオンビームＢのエネルギを変化させることができ
る。したがって、集束イオンビームＢが基板ｍ内に打ち
込まれないように、減速電源24の出力値を調整すること
によって、集束イオンビームＢを基板ｍ上に蒸着し、結
晶パターンを成長させる。具体的には、減速電極16とス
テージ17間の電位差が100 〜200[V]となるように調整す
ることで可能になる。すなわち、加速電源23と減速電源
24との出力電圧差が100 〜200[V]となって、集束イオン
ビ−ムのエネルギ−もこれらの出力電圧差である100 〜
200[V]まで減速されることととなる。

【００２３】先の説明では、所望の結晶パターンを集束
イオンビームＢで描くときに、偏向電極15による照射先
の調整が行われるとしたが、結晶パターンの描画範囲が
広い範囲にまでおよぶ場合、偏向電極15の偏向限界（偏
向度を大きくすると、集束イオンビームＢのビーム幅が
大きくなり、微細な結晶パターンが形成できなくなるの
で、偏向範囲には限界がある）により、すべての回路パ
ターンを描き切れないことがある。このような場合に
は、ステージ移動制御部27から制御信号を駆動モータ21
に与えて、Ｘ−Ｙステージ20を移動させることにより、
ステージ17ごと基板ｍを移動させ、偏向電極15の偏向範
囲内に基板ｍを位置させることが行われる

【００２４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明に係る半導体製造装置は、半導体結晶材料を原料とす
るイオン源から引き出されるイオンを電子レンズで集束
して、微小な集束イオンビームを形成し、この微小な集
束イオンビームを用いて、結晶パターンを半導体基板上
に蒸着させているので、微細な結晶パターンを容易に形
成することができる。

【００２５】また、微小な集束イオンビームを用いてい
るので、結晶の成長速度が向上され残留ガスの影響を受
けにくくなるので、良質の結晶パターンをもつ半導体素
子を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る装置の概略構成を示
した断面図である。

【図２】従来の装置の概略構成を示した図である。

【符号の説明】

11…イオン源 13a …第１電子レンズ 13b …第２電子レンズ 15…偏向電極 16…減速電極 23…加速電源 24…減速電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上田 雅弘 京都市中京区西ノ京桑原町１番地 株式会 社島津製作所三条工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体結晶材料を原料とする液体金属イ
   オン源と、前記液体金属イオン源から放出されるイオン
   を集束して微小な集束イオンビームを形成する電子レン
   ズと、この集束イオンビームを被処理物である半導体基
   板に向けて加速させる加速手段と、加速した集束イオン
   ビームの半導体基板上における照射先を偏向調整する偏
   向手段と、前記集束イオンビームを100eV 〜200eV のエ
   ネルギまで減速して、前記半導体基板上に半導体結晶パ
   ターンを成長させる減速手段とを備えたことを特徴とす
   る半導体素子製造装置。