JPH0510821B2 - - Google Patents
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- JPH0510821B2 JPH0510821B2 JP58165962A JP16596283A JPH0510821B2 JP H0510821 B2 JPH0510821 B2 JP H0510821B2 JP 58165962 A JP58165962 A JP 58165962A JP 16596283 A JP16596283 A JP 16596283A JP H0510821 B2 JPH0510821 B2 JP H0510821B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
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- Drying Of Semiconductors (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は集束イオンビームイオン注入方法に関
するものである。従来、被加工材に所望するイオ
ン注入パターンを形成する場合、光や電子ビーム
等を用いて感応性有機高分子膜（レジスト）に露
光パターンを形成し、レジストの露光部分の溶解
性が特定溶剤に対し変化することを利用したウエ
ツトな現像プロセスでマスクパターンを形成しイ
オン注入することがなされていた。近年超LSIレ
ベルの高密度集束回路の製造に伴ない、微細な寸
法を制御してマスクパターンを形成することが必
要となつて来ている。ところがウエツトな現像プ
ロセスでは所定のパターン寸法を厳しく制御する
ことが困難であるという欠点が従来あつた。
するものである。従来、被加工材に所望するイオ
ン注入パターンを形成する場合、光や電子ビーム
等を用いて感応性有機高分子膜（レジスト）に露
光パターンを形成し、レジストの露光部分の溶解
性が特定溶剤に対し変化することを利用したウエ
ツトな現像プロセスでマスクパターンを形成しイ
オン注入することがなされていた。近年超LSIレ
ベルの高密度集束回路の製造に伴ない、微細な寸
法を制御してマスクパターンを形成することが必
要となつて来ている。ところがウエツトな現像プ
ロセスでは所定のパターン寸法を厳しく制御する
ことが困難であるという欠点が従来あつた。
これに対し物質中での散乱が光や電子に比べ少
ない特徴をもつイオンビームを用いレジストなし
に直接被加工材上にマスクパターンを形成するこ
とや被加工材に直接イオン注入する集束イオンビ
ームリソグラフイ技術が最近開発されつつある。
ない特徴をもつイオンビームを用いレジストなし
に直接被加工材上にマスクパターンを形成するこ
とや被加工材に直接イオン注入する集束イオンビ
ームリソグラフイ技術が最近開発されつつある。
現在、集束イオンビームリソグラフイ技術で問
題となつている点は、所望の集束イオンソースを
得ることが難かしい点である。これに対し、フイ
ラメントの改善やビーム径減少のための高加速電
圧化等が図られているが、多くのイオンソースは
エネルギー分散や空間分散がガウシヤン分布のビ
ーム広がりを示すのが現状である。このため、集
束イオンビームによるリソグラフイ技術がビーム
広がりによりイオンビームのもつ利点を十分生か
せない問題があつた。
題となつている点は、所望の集束イオンソースを
得ることが難かしい点である。これに対し、フイ
ラメントの改善やビーム径減少のための高加速電
圧化等が図られているが、多くのイオンソースは
エネルギー分散や空間分散がガウシヤン分布のビ
ーム広がりを示すのが現状である。このため、集
束イオンビームによるリソグラフイ技術がビーム
広がりによりイオンビームのもつ利点を十分生か
せない問題があつた。
本発明の目的は集束イオンビームのビーム広が
りに伴なう従来の集束イオンビームリソグラフイ
技術の問題点を改善するイオン注入方法を提供す
ることである。
りに伴なう従来の集束イオンビームリソグラフイ
技術の問題点を改善するイオン注入方法を提供す
ることである。
本発明によれば、被加工材上にマスク用薄膜を
形成し、ビーム強度がガウシヤン分布で広がる集
束イオンビームを照射してビーム強度最大のビー
ム先端が前記被加工材に到達し前記マスク用薄膜
の開口部の断面形状が基板側に向かつて先が細い
摺鉢状の開孔が形成されるまでエツチングし、こ
の開孔を通して被加工材の所望の領域に所望のイ
オンを注入することを特徴とする集束イオンビー
ムを用いたイオン注入方法が得られる。
形成し、ビーム強度がガウシヤン分布で広がる集
束イオンビームを照射してビーム強度最大のビー
ム先端が前記被加工材に到達し前記マスク用薄膜
の開口部の断面形状が基板側に向かつて先が細い
摺鉢状の開孔が形成されるまでエツチングし、こ
の開孔を通して被加工材の所望の領域に所望のイ
オンを注入することを特徴とする集束イオンビー
ムを用いたイオン注入方法が得られる。
以下、本発明について図面を用いて説明する。
現状の集束イオンビームは第１図ａの様なガウシ
ヤン分布のビーム広がりを持つのが普通である。
この様なガウシヤン分布の集束イオンビームをタ
ーゲツト物質に照射するとターゲツト物質に対し
照射イオンのスパツタリングイールドが大きいと
きターゲツト物質はエツチングされ、模式的に第
１図ｂの様なエツチングプロフアイルが得られ
る。１１はターゲツト物質、１２はエツチング断
面である。すなわち、ビームはガウシヤン分布で
広がつているがビーム強度最大のビーム先端にお
いてはビーム径より狭い寸法のエツチングパター
ン穴が得られる。
現状の集束イオンビームは第１図ａの様なガウシ
ヤン分布のビーム広がりを持つのが普通である。
この様なガウシヤン分布の集束イオンビームをタ
ーゲツト物質に照射するとターゲツト物質に対し
照射イオンのスパツタリングイールドが大きいと
きターゲツト物質はエツチングされ、模式的に第
１図ｂの様なエツチングプロフアイルが得られ
る。１１はターゲツト物質、１２はエツチング断
面である。すなわち、ビームはガウシヤン分布で
広がつているがビーム強度最大のビーム先端にお
いてはビーム径より狭い寸法のエツチングパター
ン穴が得られる。
第２図ａ，ｂ，ｃ，ｄはこの様なエツチングパ
ターンを設けてイオン注入を行なう本発明の一実
施例を説明する概略断面である。
ターンを設けてイオン注入を行なう本発明の一実
施例を説明する概略断面である。
先ず、基板２１上の被加工材（被イオン注入
材）２２の上にマスク用薄膜２３を形成する。
（ａ図） 次いで、集束イオンビーム２４を用いて薄膜２
３のエツチングを行なう。エツチングプロフアイ
ル断面の先端が薄膜２３と被加工材２２の境界面
に達し所望の寸法の開孔２５が形成された時点で
エツチングを止める（ｂ図）。
材）２２の上にマスク用薄膜２３を形成する。
（ａ図） 次いで、集束イオンビーム２４を用いて薄膜２
３のエツチングを行なう。エツチングプロフアイ
ル断面の先端が薄膜２３と被加工材２２の境界面
に達し所望の寸法の開孔２５が形成された時点で
エツチングを止める（ｂ図）。
次にこの開孔２５を通して、第２図ｃの様に所
望のイオンビーム２６を被加工材２２の所望の領
域パターン２７に注入する。マスク薄膜２３とし
てスパツタリングイールドが被加工材２２より十
分低いものを用いれば、開孔２５の注入イオンビ
ーム２６による変形は少ない。またマスク材の加
工が特に困難でなければ、マスク形成用イオンビ
ーム２４と注入用イオンビーム２６は共通で構わ
ない。
望のイオンビーム２６を被加工材２２の所望の領
域パターン２７に注入する。マスク薄膜２３とし
てスパツタリングイールドが被加工材２２より十
分低いものを用いれば、開孔２５の注入イオンビ
ーム２６による変形は少ない。またマスク材の加
工が特に困難でなければ、マスク形成用イオンビ
ーム２４と注入用イオンビーム２６は共通で構わ
ない。
本発明の方法によつてｄ図に示すような素子を
形成できる。本実施例では半絶縁性GaAs基板２
１上に、被加工２２としてＮ型のGaAs層を厚さ
約0.1μｍエピタキシヤル成長し、その上にSiO2薄
膜２３を厚さ約0.2μｍ形成した（第２図ａ）。次
いでAu−Be共晶合金イオン源から引きだしEXB
質量分離器でAuイオンのみとりだした集束イオ
ンビーム２４を用いてマスク材のエツチングを行
つた。イオンビームは加速電圧100KV、プロー
ブ電流100PA、ビーム広がりの半値幅は約100ナ
ノメータである。Auイオンによりエツチングが
進み開孔２５が形成され、ビーム先端が第２図ｂ
の様に被加工材２２表面に達したとき、EXB質
量分離器により、Auイオンを除きBeイオンのみ
の集束イオンビーム２６を注入する（第２図ｃ）。
ビーム先端が被加工材表面に達したかどうかは、
あらかじめ調べておいた材料による２次電子放出
のイールドの違いにより判断する。加工幅も開孔
面積による２次電子放出量の変化で判断できる。
Beイオンのみのビーム広がりの半値幅も約100ナ
ノメータであるが、マスクパターンの幅はより細
いパターンのものが得られ、具体的には約50ナノ
メータ幅の注入領域パターン２７が得られた。
BeイオンはGaAs中でＰ型活性層をつくるので第
２図ｄの様に電極２８，２９，３０を設けること
によりPNPタイプの半導体素子が形成できる。
しかも、素子寸法微小化により素子の高速化と高
集積化が達成される。
形成できる。本実施例では半絶縁性GaAs基板２
１上に、被加工２２としてＮ型のGaAs層を厚さ
約0.1μｍエピタキシヤル成長し、その上にSiO2薄
膜２３を厚さ約0.2μｍ形成した（第２図ａ）。次
いでAu−Be共晶合金イオン源から引きだしEXB
質量分離器でAuイオンのみとりだした集束イオ
ンビーム２４を用いてマスク材のエツチングを行
つた。イオンビームは加速電圧100KV、プロー
ブ電流100PA、ビーム広がりの半値幅は約100ナ
ノメータである。Auイオンによりエツチングが
進み開孔２５が形成され、ビーム先端が第２図ｂ
の様に被加工材２２表面に達したとき、EXB質
量分離器により、Auイオンを除きBeイオンのみ
の集束イオンビーム２６を注入する（第２図ｃ）。
ビーム先端が被加工材表面に達したかどうかは、
あらかじめ調べておいた材料による２次電子放出
のイールドの違いにより判断する。加工幅も開孔
面積による２次電子放出量の変化で判断できる。
Beイオンのみのビーム広がりの半値幅も約100ナ
ノメータであるが、マスクパターンの幅はより細
いパターンのものが得られ、具体的には約50ナノ
メータ幅の注入領域パターン２７が得られた。
BeイオンはGaAs中でＰ型活性層をつくるので第
２図ｄの様に電極２８，２９，３０を設けること
によりPNPタイプの半導体素子が形成できる。
しかも、素子寸法微小化により素子の高速化と高
集積化が達成される。
第３図ａ，ｂ，ｃ，ｄは、本発明の他の実施例
を示す断面図である。本実施例では、注入イオン
ビーム２６としてGaイオンビームを用い、有機
レジストからなる被加工材２２にイオン注入す
る。
を示す断面図である。本実施例では、注入イオン
ビーム２６としてGaイオンビームを用い、有機
レジストからなる被加工材２２にイオン注入す
る。
Gaイオンを注入したレジストはドライプロセ
ス耐性を持つので、素子工程のドライ化が可能で
ある。実施例はこの工程を適用したGaAs
MOSFET素子を形成する場合である。先ず第３
図ａの様に半絶縁性GaAs基板２１の上に厚さ
0.1μｍのＮ型GaAs層３１を形成する。次いで厚
さ0.5μｍの金属層３２を形成し、有機レジスト層
（例えば厚さ1μｍのノボラツク系レジスト）２２
を塗布し更にマスク材として厚さ0.1μｍのSi薄膜
２３を真空蒸着等の方法で形成する。この後
100KV、半値幅約100ナノメータのGaイオンの集
束ビーム２４でSi薄膜２３のエツチングを行ない
前記の実施例と同様にして開孔部２５を形成し第
３図ｂ、引続き第３図ｃの様にレジスト層２２へ
のGaイオンビーム２６を注入し、注入パターン
２７を形成する。Gaイオンを注入されたレジス
ト層は酸素イオンを用いた反応性イオンエツチン
グに対し耐性を持つ。従つて、第３図ｄの様にゲ
ート長がイオンビーム径よりも小さなゲートパタ
ーン３３が形成できる。
ス耐性を持つので、素子工程のドライ化が可能で
ある。実施例はこの工程を適用したGaAs
MOSFET素子を形成する場合である。先ず第３
図ａの様に半絶縁性GaAs基板２１の上に厚さ
0.1μｍのＮ型GaAs層３１を形成する。次いで厚
さ0.5μｍの金属層３２を形成し、有機レジスト層
（例えば厚さ1μｍのノボラツク系レジスト）２２
を塗布し更にマスク材として厚さ0.1μｍのSi薄膜
２３を真空蒸着等の方法で形成する。この後
100KV、半値幅約100ナノメータのGaイオンの集
束ビーム２４でSi薄膜２３のエツチングを行ない
前記の実施例と同様にして開孔部２５を形成し第
３図ｂ、引続き第３図ｃの様にレジスト層２２へ
のGaイオンビーム２６を注入し、注入パターン
２７を形成する。Gaイオンを注入されたレジス
ト層は酸素イオンを用いた反応性イオンエツチン
グに対し耐性を持つ。従つて、第３図ｄの様にゲ
ート長がイオンビーム径よりも小さなゲートパタ
ーン３３が形成できる。
次いでゲートパターンをマスクとしてSiイオン
ビームの注入によりN+層パターン３６を形成す
る。この後ソース、ドレイン各電極３４，３５を
設けFET素子を形成する。得られた素子のゲー
ト長は100ナノメータより小さく、素子の高速化
が従来に比べ極めて改善された。
ビームの注入によりN+層パターン３６を形成す
る。この後ソース、ドレイン各電極３４，３５を
設けFET素子を形成する。得られた素子のゲー
ト長は100ナノメータより小さく、素子の高速化
が従来に比べ極めて改善された。
以上の実施例はGaAs素子について示したが、
他の−化合物素子やSi素子のイオン注入工程
についても同様に適用できる。
他の−化合物素子やSi素子のイオン注入工程
についても同様に適用できる。
以上説明した様に本発明による集束イオンビー
ムイオン注入方法は集束イオンビームのビーム径
の広がりに伴うリソグラフイの問題を改善し、よ
り微細な領域のイオン注入が可能であり、集束イ
オンビームによるデバイスのドライプロセス化、
高集積化の目的を達成できる。
ムイオン注入方法は集束イオンビームのビーム径
の広がりに伴うリソグラフイの問題を改善し、よ
り微細な領域のイオン注入が可能であり、集束イ
オンビームによるデバイスのドライプロセス化、
高集積化の目的を達成できる。
第１図ａ，ｂは本発明に用いる集束イオンビー
ムの一般的特性を示すための図で、(a)はビームの
プロフアイルを示す図、(b)は概略断面図、第２図
ａ，ｂ，ｃ，ｄは本発明の実施例を説明するため
の概略断面図、第３図ａ，ｂ，ｃ，ｄは本発明の
他の実施例を説明するための概略断面図である。
図中の番号は以下のものを示す。 １０……集束イオンビームのガウシヤン状ビー
ムプロフアイル、１１……試料断面、１２……エ
ツチングプロフアイル、２１……基板、２２……
被加工材、２３……マスク材、２４……マスク、
形成用集束イオンビーム、２５……開孔、２６…
…注入イオンビーム、２７……イオン注入領域パ
ターン、２８，２９，３０……電極、３１……Ｎ
型GaAs層、３２……金属層、３３……ゲートパ
ターン、３４，３５……ソース、ドレイン各パタ
ーン、３６……N+GaAs層。
ムの一般的特性を示すための図で、(a)はビームの
プロフアイルを示す図、(b)は概略断面図、第２図
ａ，ｂ，ｃ，ｄは本発明の実施例を説明するため
の概略断面図、第３図ａ，ｂ，ｃ，ｄは本発明の
他の実施例を説明するための概略断面図である。
図中の番号は以下のものを示す。 １０……集束イオンビームのガウシヤン状ビー
ムプロフアイル、１１……試料断面、１２……エ
ツチングプロフアイル、２１……基板、２２……
被加工材、２３……マスク材、２４……マスク、
形成用集束イオンビーム、２５……開孔、２６…
…注入イオンビーム、２７……イオン注入領域パ
ターン、２８，２９，３０……電極、３１……Ｎ
型GaAs層、３２……金属層、３３……ゲートパ
ターン、３４，３５……ソース、ドレイン各パタ
ーン、３６……N+GaAs層。
Claims (1)
- １ 被加工材上にマスク用薄膜を形成し、ビーム
強度がガウシヤン分布で広がる集束イオンビーム
を照射してビーム強度最大のビーム先端が前記被
加工材に到達し、前記マスク用薄膜の開口部の断
面形状が基板側に向かつて先が細い摺鉢状の開孔
が形成されるまでエツチングし、このが開孔を通
して被加工材の所望の領域に所望のイオンを注入
することを特徴とする集束イオンビームを用いた
イオン注入方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16596283A JPS6057931A (ja) | 1983-09-09 | 1983-09-09 | 集束イオンビ−ムを用いたイオン注入方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16596283A JPS6057931A (ja) | 1983-09-09 | 1983-09-09 | 集束イオンビ−ムを用いたイオン注入方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6057931A JPS6057931A (ja) | 1985-04-03 |
| JPH0510821B2 true JPH0510821B2 (ja) | 1993-02-10 |
Family
ID=15822317
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16596283A Granted JPS6057931A (ja) | 1983-09-09 | 1983-09-09 | 集束イオンビ−ムを用いたイオン注入方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6057931A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB8715481D0 (en) * | 1987-07-01 | 1987-08-05 | Xerox Corp | Electrostatographic machine |
| JP2821479B2 (ja) * | 1989-05-16 | 1998-11-05 | 科学技術振興事業団 | エッチング方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5656637A (en) * | 1979-10-13 | 1981-05-18 | Mitsubishi Electric Corp | Forming method of fine pattern |
| JPS5730243A (en) * | 1980-07-31 | 1982-02-18 | Rikagaku Kenkyusho | Ion beam forming method |
| JPS58106824A (ja) * | 1981-12-18 | 1983-06-25 | Toshiba Corp | フオ−カスイオンビ−ム加工方法 |
-
1983
- 1983-09-09 JP JP16596283A patent/JPS6057931A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5656637A (en) * | 1979-10-13 | 1981-05-18 | Mitsubishi Electric Corp | Forming method of fine pattern |
| JPS5730243A (en) * | 1980-07-31 | 1982-02-18 | Rikagaku Kenkyusho | Ion beam forming method |
| JPS58106824A (ja) * | 1981-12-18 | 1983-06-25 | Toshiba Corp | フオ−カスイオンビ−ム加工方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6057931A (ja) | 1985-04-03 |
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