JPS6057931A - 集束イオンビ−ムを用いたイオン注入方法 - Google Patents

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。

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【７たウェットな現像プロセスでマスクパターンを
形成シイオン注入することがなされていた。近年超ＬＳ
Ｉ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っ
て来ている。ところがウェッ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錐であるとい
う欠点が従来あった。

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ィ技術が最近
開発されつつある。

現在、集束イオンビームリソグラフィ技術で問題となっ
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、フィ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
ャン分布のビ−ム広がシ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ングラフィ技術がビーム
広がシによりイオンビームのもつ利点を十分生かせない
問題があった。

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ングラフィ技術の問題点を
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簿膜を形成し、
ビーム強度がガウシャ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
に到達し前記簿膜に所望の加工幅の開孔が形成されるま
でエツチングし、と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１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（、）の様なガウシャ
ン分布のビーム広がりを持つのが普通である。

この様なガウシャン分布の集束イオンビームをターゲッ
ト物質に照射するとターゲット物質に対し照射イオンの
スバ、タリングイールドが大きいときターゲット物質は
エツチングされ５模式的に第１回加）の様なエツチング
プロファイルが得られる。

１１はターゲット物質、１２はエツチング断面である。

すなわち、ビームはガウシャン分布で広がっテｔｎルｄ
ｒヒーム強度最大のビーム先端においテハビーム径より
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）　、　（ｅ）　、　（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。

先ず、基板２１土の被加工材（被イオンｎ：人材）２２
の上にマスク用簿８Ｉ２３を形成する。（（ａ）図）次
いで、集束イオンビーム２４を用いて簿膜２３のエツチ
ングを行なう。エツチングプロファイル断面の先端が簿
膜２３と被加工材２２の境界面に達し所望の寸法の開孔
２５が形成され九時点で工。

チングを止める（（ｂ）図）。

次にとの開孔２５全通して、ｆｆ１２図（、）の様に所
望のイオンビーム２６ｔ−被加工材２２の所望の領域パ
ターン２７に壮大する。マスク簿膜２３としてスバ、タ
リンクィールドが被加工材２２よ如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ａわない。

本発明の方法によって（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２１上に、
被加工材２２としてＮ型のＧａＡｓ層を厚さ約０．１μ
ｍエピタキシャル成長し、その上に８１０．簿膜２３を
厚さ約０．２μｍ形成した（第２図（ａ））。次−でＡ
ｕ−Ｂ・共晶合金イオン源から引きだしＥＸＢ質量分離
器でＡｕイオンのみとシ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った。イオンビームは
加速電圧１００ＫＶ、グローブ電流１００ＰＡ、ビーム
広がシの半値幅は約１００ナノメータである。Ａｕイオ
ンによシエ、チングが進み開孔２５が形成され、ビーム
先端が第２回加）の様に被加工材２２表面に達したとき
、ＥＸＢ質貴分離器によシ、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
ルドの違すによシ判断する。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。Ｂ・イオンのみのビ
ーム広がシの半値幅も約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シこのが得られ、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。Ｂ・イオンｔｆＧａＡ口中で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
けるととＫ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多素子の高速化と高集積
化が達成される。

第３図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｅ）　、　（ｄ）は
、本発明の他の実施例を示す断面口である。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。

実施例はとの二［程を適用したＧａＡａＭＯ８ＦＥＴ素
子を形成する場合である。先ず第３図（、）の様に半絶
縁性ＧａＡｓ基板２１の上に厚さ０．１μｍのＮ型Ｇａ
Ａｇ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
ボラック系レジスト）２２を塗布し更にマスク材として
厚さ０．１μｍのＳｉ簿膜２３を真空蒸着等の方法で形
成する。この後１００　ＫＶ　、半値幅約１００ナノメ
ータのＧａイオンの集束ビーム２４でＳｌ簿膜スト層２
２へのＧａイオンビーム２６全注入し、注入パターン２
７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。従って、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Ｓｔイオンビーム
の注入によυＮ＋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Ｓｔ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
リソグラフィの問題を改善し、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。

【図面の簡単な説明】

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
のプロファイルを示す図、（ｂ）は概略断面図、第２図
（ａ）　、（ｂ）　−（ｅ）　、　（ｄ）は本発明の詳
細な説明するための概略断面図、第３図（ａ）　、　（
ｂ）　、　（ｅ）　、　（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ャン状ビームプロ
ファイル、１１・・・試料断面、１２・・・エツチング
プロファイル、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ＧａＡｍ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＋ＧａＡ口層。 オ　１　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被加工材」−にマスク用簿膜を形成し、ビーム強度がガ
   ウシャ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簿
   膜に所望の加工幅の開孔が形成されるまで工、チングし
   、と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ｍ１
   たイオン注入方法。