JPS61237421A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPS61237421A JPS61237421A JP60078347A JP7834785A JPS61237421A JP S61237421 A JPS61237421 A JP S61237421A JP 60078347 A JP60078347 A JP 60078347A JP 7834785 A JP7834785 A JP 7834785A JP S61237421 A JPS61237421 A JP S61237421A
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- H01L21/8252—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using III-V technology
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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】
〔発明の利用分野〕
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、マスク
を用いずに不純物を所望部分に導入することのできる半
導体装置の製造方法に関する。
を用いずに不純物を所望部分に導入することのできる半
導体装置の製造方法に関する。
１１ｍ１や舖膝幹
° 。
従来、イオン打込み法によって不純物を半導体内へ導入
して微細な低抵抗領域を形成する場合には、Ｓｉｎ、あ
るいはレジストをマスクとして用いて、ビーム径約１３
程度のイオンビームを照射めには、不純物導入領域を出
来る限り小さくするのがよいのはいうまでもない。また
、半導体基板内に横方向に微細な周期的ＰＮ接合を形成
する場合のように、ｐ型不純物イオンとＮ型不純物イオ
ンをそれぞれ異なるマスクを用いて打込む必要のある場
合には、マスク間の重ね合わせ精度が問題となる。たと
えば、電子線を使ったりリソグラフィ技術を用いると、
マスク間の重ね合わせ精度は３Ｉで０．１５ μｍ程度
が限界である。
して微細な低抵抗領域を形成する場合には、Ｓｉｎ、あ
るいはレジストをマスクとして用いて、ビーム径約１３
程度のイオンビームを照射めには、不純物導入領域を出
来る限り小さくするのがよいのはいうまでもない。また
、半導体基板内に横方向に微細な周期的ＰＮ接合を形成
する場合のように、ｐ型不純物イオンとＮ型不純物イオ
ンをそれぞれ異なるマスクを用いて打込む必要のある場
合には、マスク間の重ね合わせ精度が問題となる。たと
えば、電子線を使ったりリソグラフィ技術を用いると、
マスク間の重ね合わせ精度は３Ｉで０．１５ μｍ程度
が限界である。
したがって、マスクのリソグラフィによる加工＋イオン
打込みという従来技術では、たとえば、０．１ μｍ以
下の周期をもつ横方向の周期的ＰＮ接合を形成すること
は、マスク間の重ね合わせ精度から考えて不可能であっ
た。
打込みという従来技術では、たとえば、０．１ μｍ以
下の周期をもつ横方向の周期的ＰＮ接合を形成すること
は、マスク間の重ね合わせ精度から考えて不可能であっ
た。
このように、従来のイオン打込みを行なう半導体装置の
製造方法にあっては、半導体素子の高集積化に支障をき
たしていた。
製造方法にあっては、半導体素子の高集積化に支障をき
たしていた。
ところが近年、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプ
ライド・フィツクス（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａ
ｌｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）第２２巻、
第５号、 １９８３゜ＰＬ２８７に報告されているよう
に、微細に集束した不純物のイオンビームを用いて、半
導体基板内へイオン打込みを行ない、ビーム径程度の大
きさを有する微細な不純物導入領域を形成する技術が開
発されつつある。これは、たとえばＢｏやＡｓ＋あるい
はＳｉ０やＢｅ”などのイオンを高輝度で引き出すこと
が可能な液体金属イオン源の開発が進められたことによ
って、それらのイオンを容易に直径０．１ μｍ以下に
集束することが可能となってきたためである。このよう
な液体金属イオン源の開発状況、およびその半導体プロ
セスへの応用については、たとえば「イオンビーム／次
世代プロセス技術への幅広い応用」鶴島稔夫、日本の科
学と技術、７−８月号、ｖｏ１２５．−２２８．１９８
４．４８〜５５頁ｊに詳しく記載されている。
ライド・フィツクス（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａ
ｌｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）第２２巻、
第５号、 １９８３゜ＰＬ２８７に報告されているよう
に、微細に集束した不純物のイオンビームを用いて、半
導体基板内へイオン打込みを行ない、ビーム径程度の大
きさを有する微細な不純物導入領域を形成する技術が開
発されつつある。これは、たとえばＢｏやＡｓ＋あるい
はＳｉ０やＢｅ”などのイオンを高輝度で引き出すこと
が可能な液体金属イオン源の開発が進められたことによ
って、それらのイオンを容易に直径０．１ μｍ以下に
集束することが可能となってきたためである。このよう
な液体金属イオン源の開発状況、およびその半導体プロ
セスへの応用については、たとえば「イオンビーム／次
世代プロセス技術への幅広い応用」鶴島稔夫、日本の科
学と技術、７−８月号、ｖｏ１２５．−２２８．１９８
４．４８〜５５頁ｊに詳しく記載されている。
上記の集束イオンビームを用いれば、０．１μｍ以下の
微細な領域に不純物を導入することが可能であるが、そ
の領域に隣接する領域に他の不純物イオンを打込む場合
には、イオンビームの位置合わせ精度の悪いことが問題
となる。これは。
微細な領域に不純物を導入することが可能であるが、そ
の領域に隣接する領域に他の不純物イオンを打込む場合
には、イオンビームの位置合わせ精度の悪いことが問題
となる。これは。
従来のイオン打込みの場合でのマスク間の重ね合わせ精
度の問題に対応するものでイオンビームを実際に応用す
る際における一つの大きな問題である。
度の問題に対応するものでイオンビームを実際に応用す
る際における一つの大きな問題である。
本発明の目的は、上記従来の問題を決し、極めて微小な
所望領域に高い位置精度で容易にイオンを打込むことの
できる、半導体装置の製造方法を提供することである。
所望領域に高い位置精度で容易にイオンを打込むことの
できる、半導体装置の製造方法を提供することである。
上記目的を達成するため１本発明は２種類以上の不純物
イオンを含み、その各々のイオンの空間的密度分布が異
なるように形成された集束イオンビームを用いることを
特徴とする。すなわち、第１図（ａ）、（ｂ）は本発明
の詳細な説明するための図であるが、空間的イオン密度
分布の異なるＸｏおよびＹ９イオン（２種以上でもよい
）から成る微細な集束イオンビーム１（第１図（ａ））
を半導体基板２へ照射することにより自己整合的に位置
合わせされた複数の打込、み層×およびＹ（第１図（ｂ
））を得るものである。
イオンを含み、その各々のイオンの空間的密度分布が異
なるように形成された集束イオンビームを用いることを
特徴とする。すなわち、第１図（ａ）、（ｂ）は本発明
の詳細な説明するための図であるが、空間的イオン密度
分布の異なるＸｏおよびＹ９イオン（２種以上でもよい
）から成る微細な集束イオンビーム１（第１図（ａ））
を半導体基板２へ照射することにより自己整合的に位置
合わせされた複数の打込、み層×およびＹ（第１図（ｂ
））を得るものである。
以下、実施例を用いて本発明の詳細な説明する。
通常、所望の不純物の集束イオンビームを得るためには
、第２図に示したような集束イオンビーム装置が用いら
れる６第２図において、記号２０は所望の不純物を含ん
だ合金をイオン化物質とした液体金属イオン源、２１は
コンデンサーレンズ、２２は上記液体金属イオン源２０
から引き出した不純物イオンの内、所望の不純物イオン
のみを分離して取り出すための質量分離器、２３は第１
アパーチヤ、２４は対物レンズ、２５は第ニアパーチャ
、２６はビームを偏向するための静電偏向器、２７は試
料台、２８は試料、２９は集束イオンビームを、それぞ
れ表わす、上記質量分離器２２には、イオンビームに直
交した電界と磁界を印加して、イオンの電荷質量比に対
応してビームを偏向させ、所望のイオン種のみを上記第
１７バーチヤ２３を通過させる。たとえば、イオン化物
質として、Ｂｅ−８ｉ−Ａｕ合金を用いた場合には、第
３図に示すような質量スペクトルが得られる。第３図（
ａ）は電界を、第３図（ｂ）は磁界を変えた場合に得ら
れる質量スペクトルでそれぞれ示す。
、第２図に示したような集束イオンビーム装置が用いら
れる６第２図において、記号２０は所望の不純物を含ん
だ合金をイオン化物質とした液体金属イオン源、２１は
コンデンサーレンズ、２２は上記液体金属イオン源２０
から引き出した不純物イオンの内、所望の不純物イオン
のみを分離して取り出すための質量分離器、２３は第１
アパーチヤ、２４は対物レンズ、２５は第ニアパーチャ
、２６はビームを偏向するための静電偏向器、２７は試
料台、２８は試料、２９は集束イオンビームを、それぞ
れ表わす、上記質量分離器２２には、イオンビームに直
交した電界と磁界を印加して、イオンの電荷質量比に対
応してビームを偏向させ、所望のイオン種のみを上記第
１７バーチヤ２３を通過させる。たとえば、イオン化物
質として、Ｂｅ−８ｉ−Ａｕ合金を用いた場合には、第
３図に示すような質量スペクトルが得られる。第３図（
ａ）は電界を、第３図（ｂ）は磁界を変えた場合に得ら
れる質量スペクトルでそれぞれ示す。
ところが、（１）上記第１アパーチヤ２３の口径拡大あ
るいは質量分離器２２との距離を小さくすること、（２
）質量分離器２２内でビームの進向方向へイオンを加速
すること等によって、質量分解能が低下し、近接した複
数のスペクトルをひとつのスペクトルにすることができ
る。たとえば第３図（ｂ）に示した場合を例にとると、
このような処理によって第４図に示す質量スペクトルを
得ることかできる。第４図において、矢印１０で示した
部分のスペクトルを取り出せば、Ｂ ｅ＋＋。
るいは質量分離器２２との距離を小さくすること、（２
）質量分離器２２内でビームの進向方向へイオンを加速
すること等によって、質量分解能が低下し、近接した複
数のスペクトルをひとつのスペクトルにすることができ
る。たとえば第３図（ｂ）に示した場合を例にとると、
このような処理によって第４図に示す質量スペクトルを
得ることかできる。第４図において、矢印１０で示した
部分のスペクトルを取り出せば、Ｂ ｅ＋＋。
Ｂｅ″ｊ、５ｉ〜を同時に含むイオンビームが得られる
にのイオンビームを下段の対物レンズで集束すると、上
記の各々のイオンは異なるエネルギー分布をもつために
、異なる空間的イオン密度分布を示す、第５図に、この
場合の空間的イオン密度分布を模式的に示しである。こ
のようにして形成された集束イオンビームをベクタ走査
してＧａＡｓ基板へ照射へ照射すれば、１回の線状走査
によって、ＢｅとＳｉの横方向濃度分布の異なる不純物
導入領域を形成できる。
にのイオンビームを下段の対物レンズで集束すると、上
記の各々のイオンは異なるエネルギー分布をもつために
、異なる空間的イオン密度分布を示す、第５図に、この
場合の空間的イオン密度分布を模式的に示しである。こ
のようにして形成された集束イオンビームをベクタ走査
してＧａＡｓ基板へ照射へ照射すれば、１回の線状走査
によって、ＢｅとＳｉの横方向濃度分布の異なる不純物
導入領域を形成できる。
ＢｅおよびＳｉはＧａＡｓ中でそれぞれｐ型およびｎ型
の不純物として振舞うので、上記の集束イオンビーム打
込みによって、横方向に微細なＰＮ接合を形成すること
が出来る。また、上記の集束イオンビームをラスタ走査
してＧａＡｓ基板へ照射するならば、微細な周期をもつ
周期的ＰＮ接合を形成でき、非常に技術的効果が大きい
。
の不純物として振舞うので、上記の集束イオンビーム打
込みによって、横方向に微細なＰＮ接合を形成すること
が出来る。また、上記の集束イオンビームをラスタ走査
してＧａＡｓ基板へ照射するならば、微細な周期をもつ
周期的ＰＮ接合を形成でき、非常に技術的効果が大きい
。
第６図は１本発明を応用した光ガイド層付き分布帰還型
単一波長半導体レーザの断面を示す図である。厚さ約１
００μｍのｎ型ＩｎＰ基板６８上に、厚さ約０．１
μｍのアンドープＩｎＧａＡｓ活性層６７、厚さ約０．
２ ｔｔｍのｎ型ＩｎＧａＡｓ光ガイド層６４をエピ
タキシャル成長した後、加速エネルギー ５０〜１００
Ｋ ｅ Ｖ、ビーム径０．１ μｍのＳｉ０、およ
びＢｅ＊＊を含む集束イオンビームを、０．２ μｍピ
ッチでラスタ走査することにより。
単一波長半導体レーザの断面を示す図である。厚さ約１
００μｍのｎ型ＩｎＰ基板６８上に、厚さ約０．１
μｍのアンドープＩｎＧａＡｓ活性層６７、厚さ約０．
２ ｔｔｍのｎ型ＩｎＧａＡｓ光ガイド層６４をエピ
タキシャル成長した後、加速エネルギー ５０〜１００
Ｋ ｅ Ｖ、ビーム径０．１ μｍのＳｉ０、およ
びＢｅ＊＊を含む集束イオンビームを、０．２ μｍピ
ッチでラスタ走査することにより。
１０１３〜１０″Ｓイオン／ｄの打込み量範囲でイオン
打込みを行ない、Ｓｉ〜ミルイオンみ層６５゜およびＢ
ｅゝ０イオン打込み層６６を形成後、厚さ約３μｍのＰ
型ＩｎＰクラッド層６３、厚さ約０．３ ｐｍのｐ型
ＩｎＧａＡｓＰキャップ層６２をエピタキシャル成長し
、ｐ型電極６１およびｎ型電極６９を形成して、レーザ
素子を形成した。
打込みを行ない、Ｓｉ〜ミルイオンみ層６５゜およびＢ
ｅゝ０イオン打込み層６６を形成後、厚さ約３μｍのＰ
型ＩｎＰクラッド層６３、厚さ約０．３ ｐｍのｐ型
ＩｎＧａＡｓＰキャップ層６２をエピタキシャル成長し
、ｐ型電極６１およびｎ型電極６９を形成して、レーザ
素子を形成した。
光ガイド層６４に上記の様に周期的ＰＮ接合構造を設け
ることによって、ｐ型電極６１より注入されたｐ型キャ
リアは、ポテンシャル差の低いｐ型の領域６６に集中し
、この直下のＩｎＧａＡｓＰ活性層６７のキャリア密度
は高まり有効屈折率は小さくなる。逆に、ｎ型の領域５
５の直下ではキャリア密度が低下し有効屈折率はこの部
分で大きくなる。
ることによって、ｐ型電極６１より注入されたｐ型キャ
リアは、ポテンシャル差の低いｐ型の領域６６に集中し
、この直下のＩｎＧａＡｓＰ活性層６７のキャリア密度
は高まり有効屈折率は小さくなる。逆に、ｎ型の領域５
５の直下ではキャリア密度が低下し有効屈折率はこの部
分で大きくなる。
従来の分布帰還型単一波長半導体レーザでは、発光層あ
るいは光ガイド層の厚みの周期的変化により有効屈折率
に周期的分布をもたせていたが、本発明を用いて形成し
た周期的ＰＮ接合構造よって、高い有効屈折率差をつく
ることができ、単一波長レーザが得られる。本発明によ
れば、従来の技術では実現できなかった０、２ μｍ
ピッチの周期的ＰＮ接合構造が１回のイオン打込みによ
って形成でき、微細な構造をもつ半導体装置の製造方法
として極めて有効である。
るいは光ガイド層の厚みの周期的変化により有効屈折率
に周期的分布をもたせていたが、本発明を用いて形成し
た周期的ＰＮ接合構造よって、高い有効屈折率差をつく
ることができ、単一波長レーザが得られる。本発明によ
れば、従来の技術では実現できなかった０、２ μｍ
ピッチの周期的ＰＮ接合構造が１回のイオン打込みによ
って形成でき、微細な構造をもつ半導体装置の製造方法
として極めて有効である。
以上説明したように１本発明は、複数の不純物イオンを
含む集束イオンビームによるイオン打込みにより、イオ
ンビームの位置合わせを行なうことなく、１回のイオン
打込みによって、微小領域へ複数の不純物を導入するこ
とが可能となった。
含む集束イオンビームによるイオン打込みにより、イオ
ンビームの位置合わせを行なうことなく、１回のイオン
打込みによって、微小領域へ複数の不純物を導入するこ
とが可能となった。
例えば、従来技術では実現できなかった。０．２μｍピ
ッチの周期的ＰＮ接合構造を形成することができ、今後
のサブミクロン寸法を有する半導体装置の製造方法とし
て、その効果は著しい。
ッチの周期的ＰＮ接合構造を形成することができ、今後
のサブミクロン寸法を有する半導体装置の製造方法とし
て、その効果は著しい。
なお、この発明は上記実施例において示したＧａＡｓへ
のＳｉ０やＢｅ”の打込みのみに限定されるものではな
く、シリコン（Ｓｉ）へボロン（Ｂ３）やヒ素（Ａｓ”
）を打込みする場合の如く、他の半導体基板へ各種不純
物イオンを同様に打込む場合にも、同様に適用できるこ
とはいうまでもない。
のＳｉ０やＢｅ”の打込みのみに限定されるものではな
く、シリコン（Ｓｉ）へボロン（Ｂ３）やヒ素（Ａｓ”
）を打込みする場合の如く、他の半導体基板へ各種不純
物イオンを同様に打込む場合にも、同様に適用できるこ
とはいうまでもない。
第１図は本発明の詳細な説明するための模式図、第２図
は本発明に用い得る集束イオンビーム装置の構成を示す
図、第３図および第４ｒＭはイオンの質量スペクトルの
例を示す図、第５図は空間的イオン分布の例を示す図、
第６図は本発明を用いて形成した光ガイド層付き分布帰
還型単一波長半導体レーザの断面を示す図である。 １・・・Ｘ＋イオンとＹ０イオンを含む集束イオンビー
ム、２・・・半導体基板、２０・・・液体金属イオン源
、２１・・・コンデンサーレンズ、２２・・・質量分離
器、２３・・・第１アパーチヤ、２４・・・対物レンズ
、２５・・・第２アパーチヤ、２６・・・静電偏向器、
２７・・・試料台、２８川試料、２９・・・集束イオン
ビーム、６１・・・ｐ型電極、６２・・・ｐ型ＩｎＧａ
ＡｓＰキャップ層、６３−ｐ型ＩｎＰクラッド層、６４
− ｎ型ＩｎＧａＡｇ光ガイド層、６５・・・Ｓｉ←イ
オン打込み層、６６・・・Ｂ ｅ”イオン打込み層、６
７・・・アンドープ代理人 弁理士 小川勝男 ′− 窮 １ 図 ＜（Ｌ） （ｂ） Ｖ３３ 図 （（Ｌ） ＜ｂ） −ｆｉ舷界（任も単４幻 第４図 第 ５ 困
は本発明に用い得る集束イオンビーム装置の構成を示す
図、第３図および第４ｒＭはイオンの質量スペクトルの
例を示す図、第５図は空間的イオン分布の例を示す図、
第６図は本発明を用いて形成した光ガイド層付き分布帰
還型単一波長半導体レーザの断面を示す図である。 １・・・Ｘ＋イオンとＹ０イオンを含む集束イオンビー
ム、２・・・半導体基板、２０・・・液体金属イオン源
、２１・・・コンデンサーレンズ、２２・・・質量分離
器、２３・・・第１アパーチヤ、２４・・・対物レンズ
、２５・・・第２アパーチヤ、２６・・・静電偏向器、
２７・・・試料台、２８川試料、２９・・・集束イオン
ビーム、６１・・・ｐ型電極、６２・・・ｐ型ＩｎＧａ
ＡｓＰキャップ層、６３−ｐ型ＩｎＰクラッド層、６４
− ｎ型ＩｎＧａＡｇ光ガイド層、６５・・・Ｓｉ←イ
オン打込み層、６６・・・Ｂ ｅ”イオン打込み層、６
７・・・アンドープ代理人 弁理士 小川勝男 ′− 窮 １ 図 ＜（Ｌ） （ｂ） Ｖ３３ 図 （（Ｌ） ＜ｂ） −ｆｉ舷界（任も単４幻 第４図 第 ５ 困
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、少なくとも２種類の不純物イオンを含む集束イオン
ビームを、半導体基板の所望部分に照射する工程を含む
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 ２、上記不純物イオンの少なくとも２種類は半導体中に
おいて異なる伝導型を与える不純物イオンであり、かつ
、イオンビーム内において異なる空間的イオン分布を有
することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導
体装置の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60078347A JPS61237421A (ja) | 1985-04-15 | 1985-04-15 | 半導体装置の製造方法 |
| EP86104800A EP0201721B1 (en) | 1985-04-15 | 1986-04-08 | Method of manufacturing a semiconductor device using ion implantation |
| DE8686104800T DE3672526D1 (de) | 1985-04-15 | 1986-04-08 | Verfahren zur herstellung eines halbleiterbauelementes mittels ionenimplantation. |
| US06/852,317 US4716127A (en) | 1985-04-15 | 1986-04-15 | Method of implanting spatially controlled P-N junctions by focused ion beams containing at least two species |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60078347A JPS61237421A (ja) | 1985-04-15 | 1985-04-15 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61237421A true JPS61237421A (ja) | 1986-10-22 |
Family
ID=13659453
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60078347A Pending JPS61237421A (ja) | 1985-04-15 | 1985-04-15 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4716127A (ja) |
| EP (1) | EP0201721B1 (ja) |
| JP (1) | JPS61237421A (ja) |
| DE (1) | DE3672526D1 (ja) |
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-
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- 1985-04-15 JP JP60078347A patent/JPS61237421A/ja active Pending
-
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- 1986-04-08 EP EP86104800A patent/EP0201721B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1986-04-08 DE DE8686104800T patent/DE3672526D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1986-04-15 US US06/852,317 patent/US4716127A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4716127A (en) | 1987-12-29 |
| EP0201721B1 (en) | 1990-07-11 |
| EP0201721A1 (en) | 1986-11-20 |
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