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発明の名称 半導体素子製造装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平8−8187
公開日 平成8年(1996)1月12日
出願番号 特願平7−117366
出願日 平成2年(1990)5月31日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】西岡 義明
発明者 山蔭 康弘 / 長町 信治 / 丸野 浩昌 / 上田 雅弘
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。
特許請求の範囲
【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。
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CVD (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。




 

 


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