JP2005277341A

JP2005277341A - 半導体の製造方法

Info

Publication number: JP2005277341A
Application number: JP2004092284A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Kato; 裕史加藤; Toyohisa Asaji; 豊久浅地
Original assignee: Tateyama Machine Co Ltd
Current assignee: Tateyama Machine Co Ltd
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2005-10-06

Abstract

【課題】シリコン等の基板表面に注入する原子の深さ方向の制御が、イオン引き出し以降の後段加速・減速を必要とせず容易に可能とし、環境負荷の小さい半導体の製造方法を容易にする半導体の製造方法を提供する。
【解決手段】ＥＣＲ装置１２を用いてＦｅの多価イオンを生成し、生成された価数の異なる種々のＦｅ多価イオンの中から、イオン分別電磁石２０を用いて所望の価数の多価イオンを分別してＳｉ基板２２中に注入し、β−ＦｅＳｉ_２を形成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、シリコン等にイオン注入によりβ−ＦｅＳｉ_２を形成する半導体の製造方法に関する。

多価イオンは、１価のイオンと比べて大きなポテンシャルエネルギーを持ち、近年半導体の形成や各種の物質の表面改質に利用する方法が研究されている。従来、例えば特許文献１、２にあるように、多価イオンを注入するイオン注入装置が提案されている。

一方、β−ＦｅＳｉ_２は、環境負荷の小さい半導体であるいわゆる環境半導体として注目されている。これは、鉄（Ｆｅ）及びシリコン（Ｓｉ）はともに資源が豊かであり、枯渇の心配が無く、廃棄された際の環境に与える悪影響が少なく、リサイクルも容易であり、半導体材料としての特性も良好なものだからである。しかしながら、β−ＦｅＳｉ_２は、高融点のＦｅとＳｉから成り、Ｓｉの反応性が高温で非常に高いため、高品質の薄膜素子等の製造が難しいものであった。このβ−ＦｅＳｉ_２薄膜の製造において、現在、イオン注入法、固体溶融エピタキシー、高周波堆積エピタキシー、分子線エピタキシー等の方法が試みられている。
特開２００３−２０８８６９号公報特開２００２−３４３２９９号公報特開平１０−２８４４３０号公報特開平８−２１３３６３号公報

上記従来の技術のβ−ＦｅＳｉ_２の生成方法は、４５０℃以上の基板温度と高温アニールが必要であり、大面積の薄膜形成や、工業的量産には適していない方法であった。そこで、β−ＦｅＳｉ_２薄膜の製造方法として、レーザーアブレーション法やスパッタリング法も提案されている。
しかしながら、シリコン基板に対して深さ方向の結晶組成の制御が難しく、特に、シリコン基板表面でのＦｅ原子のドーズ量と深さを同時に適切に制御することは難しく、従来のイオン注入法やその他の気相または液相中での結晶成長法等によっては、所望のβ−ＦｅＳｉ_２素子が得られないものであった。

この発明は、上記従来の技術に鑑みなされたもので、シリコン等の基板表面に注入する原子の深さ方向の制御が、イオン引き出し以降の後段加速・減速を必要とせず容易に可能であり、環境負荷の小さい半導体の製造方法を容易にする半導体の製造方法を提供することを目的とする。

この発明は、β−ＦｅＳｉ_２から成る半導体の製造方法において、ＥＣＲ装置を用いてＦｅまたはＳｉの多価イオンを生成し、生成された価数の異なる種々の多価イオンの中から所望の価数の多価イオンを分別して、分別された所定の価数の前記多価イオンを、β−ＦｅＳｉ_２を形成する他方のＳｉまたはＦｅの基板中に注入する半導体の製造方法である。

特に、上記ＥＣＲ装置を用いてＦｅの多価イオンを生成し、所定の価数の多価Ｆｅイオンを選択してＳｉ基板表面に注入する半導体の製造方法である。

この発明の半導体の製造方法によれば、基板に注入するイオンの価数を選択することにより、比較的容易に同一加速電圧のもとにβ−ＦｅＳｉ_２を、シリコン基板の所望の深さに形成することができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を基にして説明する。この実施形態の半導体の製造方法は、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を利用したＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）装置を用いて、Ｆｅの多価イオンを生成し、所定の価数のＦｅイオンをシリコン基板に注入して、β−ＦｅＳｉ_２を製造するものである。

この実施形態の多価イオン生成装置１０は、ＥＣＲ装置１２のプラズマ生成室１４と、引出電極１６を備え、イオン分別電磁石２０を経て、所望の価数のイオンをシリコン基板２２表面に注入するイオン照射部２６を有している。

ＥＣＲ装置１２は、アルミニウム等の非磁性体の導体により形成された円筒状のプラズマ生成室１４と、このチャンバ内にＥＣＲプラズマを発生させるための磁界を形成する電磁石２３，２４，２５を備える。プラズマ生成室１４の電磁石２３側が、イオンの出口となっており、生成したイオンを引き出して加速する引出電極１６が設けられている。引出電極１６では、イオンを加速させてイオン分別電磁石２０に向けてイオンを出射する。

イオン分別電磁石２０では、プラズマ生成室１４で生成された種々の価数のイオンを分別する。分別は、イオンの価数と速度、通過空間２１の磁束密度により、イオンにかかるローレンツ力が定まることを利用する。即ち、イオンビームの偏向角度が、このイオン分別電磁石２０間のイオン通過空間２１の磁束密度と半径により、イオン分別電磁石２０を通過可能なイオンの価数が決まるので、これにより所望の価数のイオンビームを通過させる。

イオン分別電磁石２０からイオン照射部２６のシリコン基板２２までの間には、スリット２８、ファラデーカップ３０等が配置され、イオン照射部２６には、イオンビームを収束するアインツェルレンズ２７、基板保持部２９を備えている。また、イオンビームの通過経路の管路には、内部を真空にするターボ分子ポンプ３２が適宜接続されている。

プラズマ生成室１４内には、シリコン基板２２に注入する多価イオンのプラズマを形成するためのスパッタリングのターゲット基板３４が、所定の位置に固定されている。ターゲット基板３４は、鉄（Ｆｅ）の薄板であり、図２に示すように、セラミックスの保持盤３６の中央部に固定され、裏面側に銅のマイナス電極３８が接続されている。さらに、マイナス電極３８は、ガラスチューブ４０内に挿通された銅のケーブル４２に接続されている。

また、プラズマ生成室１４内での多価イオンの生成装置として、図３に示すような蒸発法によるものでも良い。この装置は、Ｆｅ粉末４４を、Ｔａヒーター４６が巻かれた坩堝４８に収納し、Ｔａヒーター４６がＭｏの電極５０に接続され、銅の電力供給部５１，５２，５３に接続されている。各部材はステンレスの外装部材５４に収納され、外装部材５４の一端部の開口５６からＦｅイオンが放出される。

この実施形態の半導体の製造方法は、ＥＣＲ装置１２により、ターゲット基板３４等から出たＦｅイオンは、種々の価数のＦｅ多価イオンのプラズマとして生成される。引出電極１６から引き出されたプラズマのＦｅ多価イオンは、イオン分別電磁石２０により、所望の価数のイオンのみがシリコン基板２２に向けて照射される。ここで、シリコン基板２２に注入されるＦｅ多価イオンは、例えば、価数３以上の特に価数の大きいＦｅイオンである。

この実施形態では、ＥＣＲ装置１２内で生成される多価イオンは、図４に示すように、３価から１０価までのイオンが確認された。ここで、多価イオンは、原子から複数個の電子が剥ぎ取られて生成したイオンであり、イオンの価数が大きいほど、より深いエネルギー準位の電子が失われている。従って、その価数の増加により、より大きなポテンシャルエネルギーを有するイオンとなり、注入されるシリコン基板２２への進入深さが異なる。即ち、価数の大きいイオンほど、シリコン基板２２に対して深く注入される。注入深さと価数の関係を図５に示す。

図５は、Ｘ線回折測定におけるシリコン基板２２へのＸ線の入射角度（Incident angle）を、0.1度〜3.0度まで変えて測定した結果である。図５の入射角度は、基板２２中のＸ線の浸透深さに関係しており、図５のグラフは、上部（入射角度が小さい）から下部（入射角度大きい）にかけてＳｉの表面から深い位置おけるβ−ＦｅＳｉ_２の形成層の存在を示している。そして、図５（ａ）、（ｂ）の両データから、Ｓｉの表面にはβ−ＦｅＳｉ_２は形成されていないことがわかる。そして、図５（ａ）、（ｂ）を比較すると、Ｆｅ^３＋の注入に比べ、Ｆｅ^６＋の方が深い位置までβ−ＦｅＳｉ_２が形成されている。これは、多価イオンの価数により、深さ方向制御が可能であることを示す。

この多価イオン生成装置１０により生成された３価のＦｅイオンと６価のＦｅイオンの注入により、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、各々シリコン基板２２にβ−ＦｅＳｉ_２が生成されたことが確認された。

この実施形態の半導体の製造方法によれば、β−ＦｅＳｉ_２をシリコン基板２２の所望の深さに形成することができ、比較的大面積のβ−ＦｅＳｉ_２を容易に形成することができる。

この発明の一実施形態の多価イオン生成装置の概略図と、プラズマ生成室内の磁束密度を示すグラフである。この発明の一実施形態のＥＣＲ装置内において、スパッタリングにより多価イオンを生成するためのターゲット基板の取り付け構造を示す概略断面図である。この発明の一実施形態のＥＣＲ装置内において、蒸発法により多価イオンを生成する坩堝部を示す概略断面図である。この発明の一実施形態の多価イオン生成装置による多価のＦｅイオンの生成を示すグラフである。この発明の一実施形態の多価イオン生成装置により生成された３価と６価のＦｅイオンの、シリコン基板への注入深さの違いによって、異なる深さにおけるβ−ＦｅＳｉ_２の形成を示すＸ線回折データのグラフである。この発明の一実施形態の多価イオン生成装置により生成された３価と６価のＦｅイオンが注入されたシリコン基板において、β−ＦｅＳｉ_２が生成されていることを示すＸ線回折データのグラフである。

符号の説明

１０多価イオン生成装置
１２ＥＣＲ装置
１４プラズマ生成室
１６引出電極
２０イオン分別電磁石
２２シリコン基板
２３，２４，２５電磁石
２６イオン照射部
２８スリット
３０ファラデーカップ
３２ターボ分子ポンプ
３４ターゲット基板

Claims

β−ＦｅＳｉ_２から成る半導体の製造方法において、ＥＣＲ装置を用いてＦｅまたはＳｉの多価イオンを生成し、生成された価数の異なる種々の多価イオンの中から所望の価数の多価イオンを分別して、分別された所定の価数の前記多価イオンを、β−ＦｅＳｉ_２を形成する他方のＳｉまたはＦｅの基板中に注入することを特徴とする半導体の製造方法。
上記ＥＣＲ装置を用いてＦｅの多価イオンを生成し、所定の価数の多価Ｆｅイオンを選択して、Ｓｉ基板表面に注入することを特徴とする請求項１記載の半導体の製造方法。