JP3127472B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP3127472B2
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寿美子 酒井
昌和 市川
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体結晶中に所定の
導電型で所定の不純物濃度の能動領域を正確に形成する
半導体装置の製造方法に係り、特に能動領域の大きさが
０．１ミクロン以下の微小領域である高性能高集積トラ
ンジスタを有する半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来半導体結晶中に特定の導電型を持っ
た層を形成する方法としては、不純物原子の熱拡散法や
イオン注入法又はエピタキシャル法が知られており、半
導体装置の製造に広く用いられている。
【０００３】この様な半導体能動層形成方法は例えばフ
ィジクス アンド テクノロジ−オブ セミコンダクタ
− デバイセズ（１９６７年ジョン ワイリ− アンド
サンズ）（Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏ
ｇｙ ｏｆ Ｓｅｍｉ−ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｄｅｖｉ
ｃｅｓ，１９６７，Ｊｈｏｎ Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ
ｂｙ Ａ．Ｓ．Ｇｒｏｏｖｅ）などに詳細に論じられて
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】近年半導体素子作製技
術が飛躍的に向上し素子の物理的な大きさが０．１ミク
ロン程度に近ずくにつれ半導体結晶中へ不純物原子を導
入する際の精度が空間的にも濃度においても高い精度が
要求されている。従来の能動領域形成方法においては不
純物原子を空間的にも濃度においても十分な精度で導入
出来なかったり、導入した不純物原子の電気的活性化率
を１００％に出来ないなどの問題が生じていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】発明者はＳＴＭ探針を用
いてＳＴＭ探針と半導体結晶間の印加電圧を調節するこ
とにより、半導体結晶表面上の特定の１原子を剥ぎ取り
更に所望の原子を剥ぎ取った原子の空席に埋め込むこと
が可能であることを見出した。この方法を半導体装置の
製造における能動領域形成工程に用いることにより、結
晶中に導入する不純物原子の数と位置を正確に制御でき
ることを確認した。上記方法によれば導入すべき不純物
原子の位置と数を１００％正確に制御できるため従来の
方法で問題となっていた不純物濃度や不純物原子導入の
空間的不確定性を完全に克服することが可能となった。
【０００６】
【作用】不純物原子を導入する位置を１原子レベルで正
確に決定できるため、不純物の濃度及び電気的な活性化
率は１００％設計値通りに実現することが可能である。
【０００７】
【実施例】以下本発明の１実施例を図面を用いて説明す
る。
【０００８】第１図は本発明の方法を用いてｎ型電界効
果トランジスタを作製する場合の工程を示したものであ
る。
【０００９】先ず、半導体結晶表面に長さＬが１で幅Ｗ
が２の能動領域となるべき領域３の両端に高濃度ｎ型領
域４を予めイオン注入及びアニ−ル工程で作製してお
き、化学処理と超高真空中の熱処理により領域３の清浄
表面を作製する。その後ＳＴＭ針５を用いて領域３の原
子像観察を行ない不純物原子を埋め込む位置の確認を行
なう。その後所定の濃度の不純物原子６をＳＴＭ針５を
用いた電界蒸発及び被着作業により導入すべき位置に埋
め込む。
【００１０】半導体基板結晶に対する上記工程を第２図
に示した超高真空チャンバ７にて行ない当該基板結晶を
搬送路８を経由して結晶成長炉９に移動させる。結晶成
長炉９に於いて基板結晶と同一の結晶を数原子層成長し
プロセス完了とする。
【００１１】尚、不純物原子を導入する原子位置は不純
物原子が所望の導電型を実現する位置を選ぶ必要があ
る。このことは化合物半導体結晶中に不純物原子を導入
するときに特に重要であり、例えばＧａＡｓにＳｉを導
入しｎ型半導体とする場合ＳｉはＧａ原子と入れ替わる
ように導入する必要がある。
【００１２】尚、図３に示すように集積化された半導体
素子１０を作製する場合にはそのマスクパタンに対応し
たＳＴＭ針１１を用いることにより素子作製時間を大幅
に短縮することが可能となる。
【００１３】
【発明の効果】本発明を用いることにより不純物原子の
濃度及び空間的位置を極めて正確に制御しながら導入す
ることが可能となり半導体素子の動作電圧を１００％正
確に制御することが可能となった。又、不純物原子位置
を能動層領域内で秩序正しく並べることが可能になった
ため、キャリアの不純物原子散乱が大幅に低減されキャ
リア移動度がおよそ１桁大きくなる効果が確認された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基ずき電界効果トランジスタの能動領
域を作製する方法を示す模式図である。
【図２】本発明に基ずき不純物原子を能動領域内に導入
するための加工装置構成を示す模式図である。
【図３】本発明を高い高率で実現するための装置構成を
示す模式図である。
【符号の説明】
１…電界効果トランジスタのゲ−ト長，２…電界効果ト
ランジスタのゲ−ト幅，３…電界効果トランジスタの能
動領域，４…電界効果トランジスタのオ−ミック接合形
成領域，５…ＳＴＭ探針，６…不純物原子，７…ＳＴＭ
探針を用いた不純物原子導入処理室，８…能動領域上の
半導体素子形成領域を作製する処理室，１０…集積化さ
れた半導体素子，１１…集積化された素子に合わせ用意
されたＳＴＭ探針．
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 細木 茂行 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 平１−211840（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/22 - 21/268 H01L 21/322 - 21/326 H01L 21/38 - 21/428

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ＳＴＭ探針を用いた半導体結晶中の原子を
    電界蒸発と、該原子の電界蒸発により発生した上記半導
    体結晶中の原子の空席への、ＳＴＭ探針を用いた不純物
    原子の被着とにより、上記半導体結晶中で一導電型を呈
    する上記不純物原子を上記半導体結晶の所望の位置に埋
    め込み、能動領域を形成する工程を有することを特徴と
    する半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項２】 上記半導体装置は複数の半導体素子を集積
    させたものであり、複数の上記半導体素子に対応するよ
    うに複数の上記ＳＴＭ探針を用いることを特徴とする半
    導体装置の製造方法。
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