JPS583221A - イオンビ−ム堆積法 - Google Patents
イオンビ−ム堆積法Info
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- JPS583221A JPS583221A JP10110681A JP10110681A JPS583221A JP S583221 A JPS583221 A JP S583221A JP 10110681 A JP10110681 A JP 10110681A JP 10110681 A JP10110681 A JP 10110681A JP S583221 A JPS583221 A JP S583221A
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- ion beam
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- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02612—Formation types
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- H01L21/02631—Physical deposition at reduced pressure, e.g. MBE, sputtering, evaporation
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- Power Engineering (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
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】
本発明は、イオンビーム堆積法の改良に関する。
特に、アルミニニウム（ＡＩ）等の金属や、シリコン（
８１）等の半導体やサファイア（人１ｓＯｎ）％の絶縁
物よりなる基板上に、りｐ−ム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）等
の金属や、シリコン（８ｉ）等の半導体やアルえ二エウ
ふと酸素（０）等の反応して絶縁物となる物質のイオン
を照射して、これらの物質よりなる層を堆積させるイオ
ンビーム堆積法の改良に関する。
８１）等の半導体やサファイア（人１ｓＯｎ）％の絶縁
物よりなる基板上に、りｐ−ム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）等
の金属や、シリコン（８ｉ）等の半導体やアルえ二エウ
ふと酸素（０）等の反応して絶縁物となる物質のイオン
を照射して、これらの物質よりなる層を堆積させるイオ
ンビーム堆積法の改良に関する。
半導体装置特にＭＯ８型電界効果トランジスタの動作速
度を向上するためには時定数を減少させることが必須で
あるからチャンネル領域の空乏層が十分広がりつるよう
にする必要がある。そのためには基板上にエピタキシャ
ル成長される活性層の不純物＼濃度は可及的に低いこと
が望ましいが、電気的に活性な基板の不純物濃度ｉｔ
１０” ／ ｃａｎ”以下にすることは困難であるから
、一般に１．２００（’Ｃ）程度で高抵抗のエピタキシ
ャル成長を行なう。しかしながらこのような高温におい
ては基板中において不純物の這い上がり現象が発生し、
エピタキシャル成長層のうち下部から１〜１．５（μｍ
）程度の範囲の不純物濃度はかなり高くなる。そのた
め、通常のＭＯＳ）ランジスタ比おいては、活性層の厚
さは、０．５［μｍ］程度で十分である化かかわらず、
エピタキシャル成長層の厚さは２〜３〔μｍ）以上とさ
れていた。
度を向上するためには時定数を減少させることが必須で
あるからチャンネル領域の空乏層が十分広がりつるよう
にする必要がある。そのためには基板上にエピタキシャ
ル成長される活性層の不純物＼濃度は可及的に低いこと
が望ましいが、電気的に活性な基板の不純物濃度ｉｔ
１０” ／ ｃａｎ”以下にすることは困難であるから
、一般に１．２００（’Ｃ）程度で高抵抗のエピタキシ
ャル成長を行なう。しかしながらこのような高温におい
ては基板中において不純物の這い上がり現象が発生し、
エピタキシャル成長層のうち下部から１〜１．５（μｍ
）程度の範囲の不純物濃度はかなり高くなる。そのた
め、通常のＭＯＳ）ランジスタ比おいては、活性層の厚
さは、０．５［μｍ］程度で十分である化かかわらず、
エピタキシャル成長層の厚さは２〜３〔μｍ）以上とさ
れていた。
この欠点を解消するために、基板の温度を８００〔＠Ｃ
〕程度の比較的低温に保ったままその上に半導体単結晶
層を形成しつる方法の一つとしてイオンビーム堆積法が
開発され、その効果として、基板上に形成される半導体
単結晶層の厚さを大幅に減少させることが可能になった
。かかるイオンビーム堆積法によって、不純物の這い上
がりは２，０００〔λ〕径程度まで減少させることが可
能となったがかかる方法によれば高温状態を経ることな
く成長処理がなされるために、基板表面の異物並びに自
然酸化膜の除去が不十分となり、結晶層の結晶性の悪化
を招く結果を生じた。
〕程度の比較的低温に保ったままその上に半導体単結晶
層を形成しつる方法の一つとしてイオンビーム堆積法が
開発され、その効果として、基板上に形成される半導体
単結晶層の厚さを大幅に減少させることが可能になった
。かかるイオンビーム堆積法によって、不純物の這い上
がりは２，０００〔λ〕径程度まで減少させることが可
能となったがかかる方法によれば高温状態を経ることな
く成長処理がなされるために、基板表面の異物並びに自
然酸化膜の除去が不十分となり、結晶層の結晶性の悪化
を招く結果を生じた。
一方、電極・配線に使用されるモリブデン（ＭＯ）等の
高融点金属並びにパッケージに使用される樹脂、半田材
中に含まれる放射性元素から放出されるα線のため、い
わゆるソフトエラーが発生し、このα線に関する問題は
半導体装置技術において゛−由々しい問題となっている
ことは周知である。ところで、上記のとおり、エピタキ
シャル成長層に基板不純物の寿命は、高濃度に不純物を
添加した領域では再結合中心が高密度に存在するため、
極度に短かくなる。従って高濃度に不純物の添加された
低抵抗基板の上に高抵抗のエピタキシャル層を成長させ
た積層構造はα線から半導体装置を保護するという意味
において単純な高抵抗基板より格段に優れた特性を与え
る。上記積層構造において、励起される電子・正孔対の
寿命が長いエピタキシャル層の厚さは、基板との間の浮
遊容量が問題とならない範囲内で、当然薄い方が望まし
いから、ここでも這い上がりは少ない方がよいと云える
。。
高融点金属並びにパッケージに使用される樹脂、半田材
中に含まれる放射性元素から放出されるα線のため、い
わゆるソフトエラーが発生し、このα線に関する問題は
半導体装置技術において゛−由々しい問題となっている
ことは周知である。ところで、上記のとおり、エピタキ
シャル成長層に基板不純物の寿命は、高濃度に不純物を
添加した領域では再結合中心が高密度に存在するため、
極度に短かくなる。従って高濃度に不純物の添加された
低抵抗基板の上に高抵抗のエピタキシャル層を成長させ
た積層構造はα線から半導体装置を保護するという意味
において単純な高抵抗基板より格段に優れた特性を与え
る。上記積層構造において、励起される電子・正孔対の
寿命が長いエピタキシャル層の厚さは、基板との間の浮
遊容量が問題とならない範囲内で、当然薄い方が望まし
いから、ここでも這い上がりは少ない方がよいと云える
。。
上記いづれの場合も、基板に含有される不純物の這い上
がり現象に関連する問題であり、基板に含有される不純
物の這い上がり現象を伴なわず且つ結晶欠陥の少ない低
ドープの半導体結晶層の形成が可能であれば解決する問
題である。
がり現象に関連する問題であり、基板に含有される不純
物の這い上がり現象を伴なわず且つ結晶欠陥の少ない低
ドープの半導体結晶層の形成が可能であれば解決する問
題である。
本発明の目的はこの問題を解決することにあり、本来、
低温工程であるため這い上がりの少ないイオンビーム堆
積法において、基板に含有される不純物、基板表面に附
着している不純物あるいは自然酸化膜の除去を目的とし
て、スパッタミリングを行い、それによる表面荒れを回
復させながら結晶性と平面性のよい堆積層を得ることを
特徴とするイオンビーム堆積法を提供することにある。
低温工程であるため這い上がりの少ないイオンビーム堆
積法において、基板に含有される不純物、基板表面に附
着している不純物あるいは自然酸化膜の除去を目的とし
て、スパッタミリングを行い、それによる表面荒れを回
復させながら結晶性と平面性のよい堆積層を得ることを
特徴とするイオンビーム堆積法を提供することにある。
その要旨は、イオンビーム堆積工程に先立ち、基板表面
にスパッタミリング効果の得られるエネルギーをもった
イオンビームを照射してスパッタミリング効果によって
基板表面を洗浄し、つづけて、基板の温度を堆積に適し
た温度、これは物質により異なるが例えば約５００（０
（、’３程度にまで上昇し、そのままつづけて、すなわ
ち、基板を空気に曝すことなく、スパッタミリング工程
において使用されていた電圧を徐々に下降させてイオン
ビーム堆積工程を実行することにある。ここで、スパッ
タ（リング工程に使用するイオンの種類とイオンビーム
堆積される物質とは同一であることを必要とはしないが
、同一であることが不可能な特異な例を除けば、それら
が同一であることが現実的である。
にスパッタミリング効果の得られるエネルギーをもった
イオンビームを照射してスパッタミリング効果によって
基板表面を洗浄し、つづけて、基板の温度を堆積に適し
た温度、これは物質により異なるが例えば約５００（０
（、’３程度にまで上昇し、そのままつづけて、すなわ
ち、基板を空気に曝すことなく、スパッタミリング工程
において使用されていた電圧を徐々に下降させてイオン
ビーム堆積工程を実行することにある。ここで、スパッ
タ（リング工程に使用するイオンの種類とイオンビーム
堆積される物質とは同一であることを必要とはしないが
、同一であることが不可能な特異な例を除けば、それら
が同一であることが現実的である。
本発明を完成するに至った過程を説明し、本発明の構成
と特有の効果とを明らかにする。ここでは、被成長処理
体としてシリコン（８ｉ）を選択し、濃度１０１Ｇ（個
／ ｃａｎ’３程度に砒素が添加されたシリコン（Ｓｉ
）基板上にノンドープ高抵抗シリコン（８ｉ）をエピタ
キシャル成長させる。
と特有の効果とを明らかにする。ここでは、被成長処理
体としてシリコン（８ｉ）を選択し、濃度１０１Ｇ（個
／ ｃａｎ’３程度に砒素が添加されたシリコン（Ｓｉ
）基板上にノンドープ高抵抗シリコン（８ｉ）をエピタ
キシャル成長させる。
まず、活性層中に這い上がる不純物あるいは結晶性を悪
化させる不純物には、本来基板に含有されていた不純物
の他に後発的に基板表面に附着した異物、あるいは自然
に発生する二酸化シリコン（８ＩＯり層がある。これら
を除去するために、堆積装置外において基板表面を化学
的に洗浄することを試みたが真空ポンプの油、不可避的
に侵入する水（ＨｚＯ）、水の存在により再発生した二
酸化シリコン（８ｉ０ｚ） 、−酸化炭素（ＣＯ） 、
水素（Ｈ？）等のためにほとんど効果が認められなかっ
た。
化させる不純物には、本来基板に含有されていた不純物
の他に後発的に基板表面に附着した異物、あるいは自然
に発生する二酸化シリコン（８ＩＯり層がある。これら
を除去するために、堆積装置外において基板表面を化学
的に洗浄することを試みたが真空ポンプの油、不可避的
に侵入する水（ＨｚＯ）、水の存在により再発生した二
酸化シリコン（８ｉ０ｚ） 、−酸化炭素（ＣＯ） 、
水素（Ｈ？）等のためにほとんど効果が認められなかっ
た。
そこで、物理的洗浄方法について試みたが、物理的洗浄
を施行した後、一旦空気に曝してから所望のイオンビー
ム堆積をなした場合、そこに含まれる結晶欠陥の状態は
満足すべきもので、はなかりた。
を施行した後、一旦空気に曝してから所望のイオンビー
ム堆積をなした場合、そこに含まれる結晶欠陥の状態は
満足すべきもので、はなかりた。
次に、イオンミリングの概念を利用して、（イ）まず基
板温度は基板材料の融点よりかなり低い温度に保ち、イ
オンビーム堆積されるイオンにスパッタｉりング効果を
有する程度のエネルギーすなわち数（ＫｅＶ）〜１ｒＯ
［ＫｅＶ）を与えてイオンビーム照射をなして基板表面
に耐着している不純物と表面浅層に含有されている不純
物とを除去し、（ロ）次に、空気に曝すことなく、基板
温度をイオン堆積に適する温度５００［’ｅ）以上に昇
温し、（ハ）更につづけて、空気に曝すことなく、イオ
ンビーム堆積されるイオンが堆積するに適するエネルギ
ーすなわち数１０（ｅＶ：ｌ〜数１００ ［ｅＶ）をイ
オン番こ与えてイオンビーム照射をなして堆積をなした
。真空度は１Ｏ−４（Ｔｏｒｒ１以上に保った。この堆
積層につき、拡がり抵抗法をもって不純物の這い上がり
の分布を、化学腐蝕法をもって結晶欠陥の密度を調査し
たところ、比較的良好な結果が確認された。次に、良好
な結晶性と平坦性を得るとき、昇華法による気相結晶成
長の場合、しばしば用いられる昇華と付着の熱平衡状態
を十分な時間をかけて経由させるという技術の概念を応
用して、時間的に徐々に、たとえば毎分１００ （ｅＶ
）の割合で加速エネルギーを低下させて、上記熱平衡状
態に相当する状態を経由させて、同様の堆積を試みたと
ころ、結晶性や平坦性の点でさらに良好な結果を得た。
板温度は基板材料の融点よりかなり低い温度に保ち、イ
オンビーム堆積されるイオンにスパッタｉりング効果を
有する程度のエネルギーすなわち数（ＫｅＶ）〜１ｒＯ
［ＫｅＶ）を与えてイオンビーム照射をなして基板表面
に耐着している不純物と表面浅層に含有されている不純
物とを除去し、（ロ）次に、空気に曝すことなく、基板
温度をイオン堆積に適する温度５００［’ｅ）以上に昇
温し、（ハ）更につづけて、空気に曝すことなく、イオ
ンビーム堆積されるイオンが堆積するに適するエネルギ
ーすなわち数１０（ｅＶ：ｌ〜数１００ ［ｅＶ）をイ
オン番こ与えてイオンビーム照射をなして堆積をなした
。真空度は１Ｏ−４（Ｔｏｒｒ１以上に保った。この堆
積層につき、拡がり抵抗法をもって不純物の這い上がり
の分布を、化学腐蝕法をもって結晶欠陥の密度を調査し
たところ、比較的良好な結果が確認された。次に、良好
な結晶性と平坦性を得るとき、昇華法による気相結晶成
長の場合、しばしば用いられる昇華と付着の熱平衡状態
を十分な時間をかけて経由させるという技術の概念を応
用して、時間的に徐々に、たとえば毎分１００ （ｅＶ
）の割合で加速エネルギーを低下させて、上記熱平衡状
態に相当する状態を経由させて、同様の堆積を試みたと
ころ、結晶性や平坦性の点でさらに良好な結果を得た。
第１．２．３図は本発明によるイオンビーム堆積法を実
施する際の被処理体表面部分の状態を示す。
施する際の被処理体表面部分の状態を示す。
本発明によれば、まず第１図に示されるように、被処理
シリコン（Ｓｉ）基板１に対し、スパッタミリング効果
を生じるエネルギーが与えられたシリコンイオンビーム
２を照射して、前記シリコン（Ｓｉ）基板１の表面浅層
に存在した不純物３及び表面に付着していた不純物４を
スパッタミリング除去する。図において５は反射シリコ
ン（Ｓｉ）あるいはスパッタされたシリコン（Ｓｉ ）
である。
シリコン（Ｓｉ）基板１に対し、スパッタミリング効果
を生じるエネルギーが与えられたシリコンイオンビーム
２を照射して、前記シリコン（Ｓｉ）基板１の表面浅層
に存在した不純物３及び表面に付着していた不純物４を
スパッタミリング除去する。図において５は反射シリコ
ン（Ｓｉ）あるいはスパッタされたシリコン（Ｓｉ ）
である。
次いで、シリコン（８ｉ）基板１を加熱しつつ、且つシ
リコン（Ｓｉ ）イオンビーム２のエネルギーを徐々に
低下させて、第２図に示されるようにスパッタミリング
と該シリコン（８ｉ）イオン（ビーム）のシリコン（Ｓ
ｌ）基板１への被着とを熱平衡的に同時に生じせしめる
。図において６はシＩＪコン基板１上に堆積したシリコ
ン（８ｉ）である。
リコン（Ｓｉ ）イオンビーム２のエネルギーを徐々に
低下させて、第２図に示されるようにスパッタミリング
と該シリコン（８ｉ）イオン（ビーム）のシリコン（Ｓ
ｌ）基板１への被着とを熱平衡的に同時に生じせしめる
。図において６はシＩＪコン基板１上に堆積したシリコ
ン（８ｉ）である。
本発明によれば、次いで、シリコン（Ｓｉ）イオンビー
ム２のエネルギーを更に低下させ、シ１ノコン（Ｓｉ）
基板１上には当該シリコン（８ｉ ）の堆積６のみを行
なう（第３図参照）。
ム２のエネルギーを更に低下させ、シ１ノコン（Ｓｉ）
基板１上には当該シリコン（８ｉ ）の堆積６のみを行
なう（第３図参照）。
なお、堆積条件を変化させて結晶性堆積と非結晶性堆積
との双方について実験をなしたが、おおむね同一の結果
を得た。すなわち、上記の如き工程をもってなした場合
、基板不純物の這ｃ＞上刃１が極めて少な（、結晶性堆
積の場合は結晶欠陥の顕著な減少と平坦性の改善を認め
た。
との双方について実験をなしたが、おおむね同一の結果
を得た。すなわち、上記の如き工程をもってなした場合
、基板不純物の這ｃ＞上刃１が極めて少な（、結晶性堆
積の場合は結晶欠陥の顕著な減少と平坦性の改善を認め
た。
更に、基板材料については、ゲルマニュウム（Ｇｅ）や
サファイア（人ＨＯＩ）について、その有効性が確認さ
れている。
サファイア（人ＨＯＩ）について、その有効性が確認さ
れている。
又堆積される材料については、単体としてはクローム（
Ｃｒ）、金（Ａｕ）、鉛（ｐｂ） 、白金（Ｐｔ ）、
銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ） 、銀（Ｍ）、アルミニュウ
ム（ＡＩ） 、シリコン−（Ｓｉ）、ゲルｖ二、ウム（
Ｇｅ）が、また化合物構成元素としてはガリュウム（Ｇ
ａ）、砒素（Ａｓ）についてその有効性が確認されてい
る。
Ｃｒ）、金（Ａｕ）、鉛（ｐｂ） 、白金（Ｐｔ ）、
銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ） 、銀（Ｍ）、アルミニュウ
ム（ＡＩ） 、シリコン−（Ｓｉ）、ゲルｖ二、ウム（
Ｇｅ）が、また化合物構成元素としてはガリュウム（Ｇ
ａ）、砒素（Ａｓ）についてその有効性が確認されてい
る。
以上説明せるとおり、本発明によれば、（イ）結晶性堆
積層にあっては界面特性が良好であり、例えば電気特性
としてＰＮ接合のリーク電流が少な（、α線に対する抵
抗性が良好な構造の活性層の製造が可能であり、（ロ）
非結晶性堆積あるいは多結晶質の堆積にあっては基板よ
りの不純物這い上がり現象が防止されているため、純度
が高く又絶縁耐力も良好な層の構造が可能であり、（ハ
）いづれにあっても、制御要素が電圧・電流等正確に制
御しやすい要素であるから、制御性が良好で製造歩留り
も向上している、イオンビーム堆積法を提供することが
できる。
積層にあっては界面特性が良好であり、例えば電気特性
としてＰＮ接合のリーク電流が少な（、α線に対する抵
抗性が良好な構造の活性層の製造が可能であり、（ロ）
非結晶性堆積あるいは多結晶質の堆積にあっては基板よ
りの不純物這い上がり現象が防止されているため、純度
が高く又絶縁耐力も良好な層の構造が可能であり、（ハ
）いづれにあっても、制御要素が電圧・電流等正確に制
御しやすい要素であるから、制御性が良好で製造歩留り
も向上している、イオンビーム堆積法を提供することが
できる。
尚、上記のとおり、基板、堆積物とも金属、半導体、絶
縁物のいづれに対しても有効である。
縁物のいづれに対しても有効である。
第４図は、本発明を実施する際に使用されるイオンビー
ム堆積装置の構成を示す。
ム堆積装置の構成を示す。
同図において、４１はイオン統、４２は質量分離器、超
はレンズ、４４は偏向器、恥は試料室、４６は試料（被
処理体）、４７は試料台、４８はヒーター、４９は真空
ポンプ、釦は高電圧源である。
はレンズ、４４は偏向器、恥は試料室、４６は試料（被
処理体）、４７は試料台、４８はヒーター、４９は真空
ポンプ、釦は高電圧源である。
第１図乃至第３図は、本発明によ′るイオンビーム堆積
法を実施する際の被処理体表面部分の状態を示す模式図
、第４図は本発明の実施番こかかるイオンビーム堆積装
置の概略の構成を示す断面図である。 図において、１は被処理シリコン基板、２はイオンビー
ム、３．４は不純物、５は反射シリコンあるいはスパッ
タされたシリコン、６は堆積したシリコンを示す。
法を実施する際の被処理体表面部分の状態を示す模式図
、第４図は本発明の実施番こかかるイオンビーム堆積装
置の概略の構成を示す断面図である。 図において、１は被処理シリコン基板、２はイオンビー
ム、３．４は不純物、５は反射シリコンあるいはスパッ
タされたシリコン、６は堆積したシリコンを示す。
Claims (1)
- 金属、半導体、絶縁物よりなるグループか・ら選択され
た第１の物質上に、金属、半導体、絶縁物よりなるグル
ープから選択された第２の物質のイオンを照射して骸第
２の物質よりなる層を形成するイオンビーム堆積法務ζ
おいて、・前記第２の物質よりなる層か形成され多領域
に、当該第２の物質のイオンに高エネルギーを与えて照
射して前記領域を洗浄し、次いで前記第２の物質に与え
るエネルギーを漸次低下し、前記第２の物質を前記第１
の物質上に堆積することを特徴とするイオンビーム堆積
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10110681A JPS583221A (ja) | 1981-06-29 | 1981-06-29 | イオンビ−ム堆積法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10110681A JPS583221A (ja) | 1981-06-29 | 1981-06-29 | イオンビ−ム堆積法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS583221A true JPS583221A (ja) | 1983-01-10 |
Family
ID=14291820
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10110681A Pending JPS583221A (ja) | 1981-06-29 | 1981-06-29 | イオンビ−ム堆積法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS583221A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6074534A (ja) * | 1983-09-30 | 1985-04-26 | Hitachi Ltd | 薄膜形成方法 |
| JP2003520450A (ja) * | 2000-01-18 | 2003-07-02 | マイクロン・テクノロジー・インコーポレーテッド | アルミニウム、銅、金及び銀の種層を設けるプロセス |
-
1981
- 1981-06-29 JP JP10110681A patent/JPS583221A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6074534A (ja) * | 1983-09-30 | 1985-04-26 | Hitachi Ltd | 薄膜形成方法 |
| JP2003520450A (ja) * | 2000-01-18 | 2003-07-02 | マイクロン・テクノロジー・インコーポレーテッド | アルミニウム、銅、金及び銀の種層を設けるプロセス |
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