JPS63107017A - 半導体装置の製造方法 - 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】 （発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、ＧａＡｓ等の半導体結晶基板を用いた半導体
装置の製造方法に係り、特にイオン注入による導電型層
形成技術に関する。

（従来の技術） 半導体装置を製造するに当たり、半導体基板に不純物を
イオン注入することにより所定導電型層を形成すること
ンよく知られている。例えばＧａＡｓ集積回路では、一
般に半絶縁性Ｇａ　Ａｓ基板を用い、これにイオン注入
により活性層を形成し、またイオン注入によりソース、
ドレインの高濃度層を形成することが行なわれている。

これらの方法において、半導体装置の高速化、高集積化
の要求に伴ってイオン注入工程の制御性に対する要求も
高くなっている。

イオン注入により所定の導電型層を形成する場合、基板
の結晶構造との関係で不純物原子が特定の方向でより深
く注入される面チヤネリング現象がある。また通常の例
えば（１００）面を主面とする半導体結晶基板では、基
板面に垂直にイオン注入すると結晶格子の隙間が大きい
ため、軸チャネリングを起こす。このため従来は、イオ
ン注入に際して基板主面をイオン注入方向に対して数度
傾けて軸チャネリングを避け、また基板面内で数度ない
し数十度目転角を与えて面チャネリングを避けることが
行なわれている。

しかしながら現実のイオン注入装置では、チャネリング
に対する方策のみでは素子間の特性のバラツキを無くす
ことはできない。例えばイオンビーム掃引系の調整に不
具合があり、イオンビーム電流が掃引軸上で不均一性を
有する場合、イオン注入のバラツキを生じる。

第６図は、その様なイオン注入のバラツキの一例を示す
もので、ウェーハ面内の不純物濃度分布を等高線パター
ンで示したものである。数字は濃度のバラツキを％で示
している。この様な問題は、微細な回路構造をもつ半導
体装置、例えばＧａＡｓ基板を用いてＭＥＳＦＥＴを集
積形成する超高速ディジタルＩＣや高周波アナグロＩＣ
などにおいて特に大きい問題となる。

（発明が解決しようとする問題点） 以上のように従来のイオン注入法による導電型層形成法
では、チャネリングを防止するだけでは抑え切れないイ
オン注入の不均一性がある、という問題があった。

本発明はこの様な問題を解決した半導体装置の製造方法
を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は、イオン注入により半導体基板に所定導電型層
を形成する際に、基板保持具として、イオンビーム振幅
の中心軸と一致する回転軸を有し、且つこの回転軸に直
交する方向から僅かに傾いた基板保持面を有するものを
用い、この保持具に基板を保持して回転させながらイオ
ン注入を行なうようにしたことを特徴とする。ここで基
板保持面の傾きは４°〜１２°の範囲に設定することが
好ましい。

（作　用） 本発明の方法によれば、イオン注入されるべき基板面を
イオンビーム軸に対して傾斜させるため、軸チャネリン
グを避けることができる。また基板保持面内で基板面を
所定角度回転させることにより、面チャネリングを防止
することもできる。そして保持具と共に基板を回転させ
ながらこれにイオン注入を行うことにより、イオンビー
ム自体に不均一性があったとしてもその影響は相殺され
て、基板面内でバラツキの少ないイオン注入が行なわれ
る。

（実施例） 以下、本発明の詳細な説明する。

第１図は、一実施例での基板保持状態を示す。

基板保持具は、図示しない回転駆動機構に接続される回
転軸３を有し、この回転軸３に直交する方向から所定角
度ｅだけ傾いた基板保持面１を有する。回転軸３はイオ
ンビーム４の中心軸と一致する方向に設定される。この
様な基板保持面１にこの実施例では、立方晶の単位格子
を持つ半絶縁性ＧａＡｓ単結晶のうち（１００）主面の
基板２を保持してイオン注入を行った。

第２図は、基板保持面１の傾きの方向ＡとＧａＡｓ基板
２の（０１１）オリエンテーションフラット５の方向Ｂ
との関係を示す。

方向Ｂと方向Ａを一致させた状態は基板２の（０１１）
方向を回転軸３と直交する面に対し最大に傾斜させた状
態である。この状態を原点として基板保持面１内で基板
の中心を軸にして基板２を回転させることにより角度λ
を得る。

以下、基板とイオンビームの中心との角度関係を角度ｅ
と角度λを用いて表わすことにする。

第３図は、この実施例で用いたイオンビームの電流旦分
布である。イオン注入装置のビーム調整が不十分で必り
、イオンビームが２次元的に不均等な分布をもつ様子を
示している。

以上のような条件で半絶縁性Ｇａ　Ａｓ基板に３ｉのイ
オン注入を行い、活性層を形成して、イオン注入の均一
性を評価した。なお測定パラメータとして、第１図の角
度ｅ、第２図の角度λ、回転軸３の回転の有無をとり、
イオン注入の均一性をＭＥＳＦＥＴのピンチオフ電圧（
Ｖρ）のバラツキ（△Ｖρ）に換算して表わした。その
結果を第１表に示す。

第１表 以上の結果から、特にθ−４°〜１２°、λ＝３０”の
範囲で、且つ基板に回転を与えながらイオン注入を行う
ことにより、△■ρが６％以内となる優れたイオン注入
の均一性が１ｑられることが分る。

また、第４図は、試料２についてイオン注入の濃度分布
を、第６図に対応させて示したものである。

なお以上では、λ＝３０°に固定した例を説明したが、
次にこの良好結果を得た角度ｅの範囲のなかから、ｅ＝
１０”に固定した状態でλを２２°〜３０”まで変化さ
せて同様にイオン注入を行った場合を示す。測定パラメ
ータは先の測定と同様にした。このときの△Ｖｐのバラ
ツキからイオン注入の均一性を調べた結果を第２表に示
す。

（以下余白） 第２表 以上の結果から、特にｅ−ｉｏ”　、λ＝２４°〜２８
°の範囲で、且つ基板に回転を与えながらイオン注入を
行うことにより、ΔＶｐが２％以内となる優れたイオン
注入の均一性が得られることが分る。

第５図は、試料２についてイオン注入の濃度分布を、第
６図に対応させて示したものである。

この場合もＶ８六うツキは同心円状となりしか面にわた
って特性の近い素子を形成することができる。

なお、一般にｅ１λはイオン注入におけるチャネリング
を避けるために設定される傾きであるから、その目的の
範囲で適当な角度を選ぶことができる。また角度ｅを設
定するに当たって、互いに異なる固定角度θを有する複
数の基板保持具を交換してもよいし、θが可変の機構を
もつ基板保持具を用いることもできる。−個の基板保持
具に複数枚の基板を保持することもできるが、イオン注
入の均一性を上げるためには、−個の基板保持具に一枚
の基板を保持することが望ましい。実施例では、半絶縁
性ＧａＡｓ基板に所定導電型層を形成するためにイオン
注入する例を説明したが、他の半導体結晶、特に化合物
半導体結晶に適用して同様の効果が期待できる。実施例
では立方晶の（１００）主面のＧａＡｓ基板の場合を説
明したが、（０１０）や（００１）を主面とする基板で
も良くさらに（１００）から例えば７°程度傾斜した面
をもつようなＧａ　Ａｓ単結晶基板を作成して使用する
ことも可能であり、その場合には、ｅｗ　Ｏ’の設定で
基板保持具を回転させることによリ、実施例と同様の効
果が得られる。

その池水発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形
して実施することができる。

〔発明の効果〕　゛ 以上述べたように本発明によれば、所定の傾斜角をもつ
基板保持具に基板を保持してこれを回転しながらイオン
注入することにより、チャネリングを防止すると同時に
、イオンビーム密度に不均等があってもその影響を受け
ることなく、イオン注入分布の均一性の優れた導電型層
を得ることができる。そしてこの導電型層を用いて、優
れた素子特性の半導体装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における基板保持具を示す図
、第２図は基板保持面上での基板の角度設定を説明する
ための図、第３図は実施例に用いたイオン注入装置のイ
オンビーム密度を示す図、第４図と第５図は実施例によ
る基板面内のイオン注入濃度分布を示す図、第６図は従
来法による基板面内のイオン注入濃度分布例を示す図で
ある。 １・・・基板保持面、　　　２・・・ＧａＡｓ基板３・
・・回転軸、　　　　　４・・・イオンビーム５・・・
オリエンテーションフラット。 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　松山光之 第　　ｔ　図 第２図 × 第３図 第　　４　　図 第５図 第６図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板に不純物のイオン注入により所定導電
   型層を形成する工程を有する半導体装置の製造方法にお
   いて、イオンビーム振幅の中心軸と一致する回転軸を有
   し、この回転軸に直交する方向から微少角度■傾いた基
   板保持面を有する基板保持具を用いて、この基板保持具
   に半導体基板を保持してこれを前記回転軸回りに回転さ
   せながらイオン注入を行うことを特徴とする半導体装置
   の製造方法。
2. （２）前記半導体基板はＧａＡｓ基板である特許請求の
   範囲第１項記載の半導体装置の製造方法。
3. （３）前記角度■は４°〜１２°である特許請求の範囲
   第１項記載の半導体装置の製造方法。
4. （４）前記ＧａＡｓ基板は｛１００｝面基板であること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の半導体装置の
   製造方法。
5. （５）前記基板保持具に前記ＧａＡｓの｛１００｝面基
   板を保持する際に前記基板の＜０１１＞方向を回転軸と
   直交する面に対し最大に傾斜させた状態から、基板中心
   を軸として回転させる角度をλで表示し、 ２４°≦λ≦２８° を満たす特許請求の範囲第４項記載の半導体装置の製造
   方法。