JPS63252426A - 半導体装置の製造方法及び製造装置 - 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
装置の製造方法及び製造装置に係り、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
はよく知られている。例えばＧａＡｓ集積回路では、一
般に半絶縁性ＧａＡｓ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単結晶基板では、
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
いし数十度回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。

しかしながらこの様なイオン注入法で導電型層を形成す
る従来の方法では、次のような問題がありた。先ず、基
板主面に対してイオンビームを傾けるため、耐イオン注
入マスクによる影の部分が生じる。従ってイオン注入層
パターンがマスクパターンからずれる結果、素子特性に
バラツキが生じる。また本発明者等によって得られたデ
ータによると、面チャネリングの他にクエーハを傾ける
ことにより生じると考えられるウェーハ表面近傍の電界
の不均一性に起因すると思われるイオン注入分布の不均
一性が発生する。Ｋ５図は、面チャネリングのみに起因
するウェーハ面内のイオン注入のピーク濃度分布を等高
線パターンで示したものであるが、これに対して面チャ
ネリングの他にウェーハ表面近傍に電界の不均一性が加
わると、ピーク濃度分布は第６図のように変化する。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ＭＥＳＦＢＴを集積形成する超
高速ディジタルＩＣや高周波アナログ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温層形成法
では、チャネリングを防止しようとすルトイオン注入パ
ターンがマスク・パターンヲ正確に反映できず、また電
界の不均一に起因してイオン注入分布の不均一が生じる
、という問題があった。

本発明ではこの様な問題を解決したすぐれた特性の半導
体装置の製造方法を提供することを目的とする。

さらに、このような半導体装置の製造方法を用いてすぐ
れた特性の半導体装置を生産性良く形成できる半導体装
置の製造装置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） 本発明の製造方法は、イオン注入により所定導電型層を
形成する際に、複数回のイオン注入を行う。その場合複
数回のイオン注入は、それぞれの回における基板結晶と
イオン注入方位の関係が結晶学的に等価になるように選
択される。

さらに、本発明の製造装置は、イオンビームの振幅中心
軸に対して傾き角を設けた基板を一定速度で自転させた
状態でこの基板が所定回転角度外に回転したことを回転
検出手段で検出させ、これに伴ってスイッチング制御手
段がイオンビームに直流電界をかけて基板面にイオンビ
ームが当たらない様に基板外に偏光させることを特徴と
している。

（作用） 本発明の方法によれば、イオン注入時のチャネリングを
防止しながら、複数回のイオン注入を行うことによって
耐イオン注入マスクの影になって不純物がイオン注入さ
れない領域を無くすことができる。また複数回のイオン
注入を行うことによって、ウェーハ表面近傍の電界の不
均一性に起因するウェーハ面内のイオン注入分布の不均
一性もなくなる。

さらに、本発明の製造装置によれば、基板保持具の回転
を止めることなく一定速度で回転させた状態にしておき
、この基板保持具の回転角度に同期させて、所定角度に
基板が回ったときに、基板にイオンビームを照射させる
。そして、所定角度外に基板が回ったときはピーススキ
ャン用電極に直流電圧を印加させてイオンビームを基板
面外に偏向させて基板に照射させないようにできる。

（実施例） 以下、本発明の詳細な説明する。

第１図は、立方晶の方位を（００１）を中心点として示
したステレオ投影図の中央部分００〜２０６の範囲を示
している。（１００）　ＧａＡｓ基板の場合光に説明し
たように、従来法では例えば第１図の点線で示す円上の
ある一点でイオン注入が行なわれる。この一点は通常、
面チャネリングを避けるように設定される。

これに対してこの実施例では、第１図のＡ、　、　Ａ。

で示される２点の対称な方位から２回イオン注入して一
つの導電型層を形成する。具体的には（１１０〕軸から
測った角度をθとして、点んおよびＡ、をそれぞれθ＝
３０°および２１０＠として、５Ｑｘｘφの半絶縁性Ｇ
ａＡｓ基板に８ｉのイオン注入を行った。イオン注入条
件は、注入エネルギー１５０ＫｅＶ、ドーズ量２．５×
１０１シー２とした。

第２図はこのＧａＡｓ基板の面上に設定した直交２軸で
あり、この２軸方向の基板表面不純物濃度分布はそれぞ
れ第３図（ａ）、　（ｂ）に示す通りとなった。

図から明らかなようにこの実施例によれば、結晶学的に
等価な方位から２回のイオン注入を行うことによって、
イオン注入分布の均一性が優れたものとなっている。こ
れは、チャネリング防止の□　ための結晶方位設定によ
る基板面内の電界分布の不均一性の影響が、複数回のイ
オン注入により除去される結果である。また対称的な２
点の方位からイオン注入を行うから、得られる導電型層
は耐イオン注入マスクのパターンを正確に反映したもの
となる。この結果、イオン注入による導電型層を用いて
形成される素子の特性は優れたものとなる。

上記実施例では、ＡＩ　、　Ａ３の２点の方位から２回
イオン注入を行う場合を説明したが、更にＡＩ、Ａ。

を含めた４点の方位から４回のイオン注入を行うように
してもよい。例えばＡＩ　、　ＡＩ　、人、および人、
として、θ＝３０’、　１５０°、２１０°、　３３０
６の４点を選ぶ。

いずれも結晶学的には等価な方位である。これにより、
より一層不純物注入分布の均一性が優れた導電型層を得
ることができる。

次にこの製造方法実現のために用いる製造装置を説明す
る。

第４図は、この製造装置に係る一実施例を示す図である
。基板４１は基板保持具４２で保持されている。この基
板保持具４２の底には、底面に垂直に、回転軸４３が設
けられている。この回転軸は、モーター等の回転手段に
よって一定速度で回転可能である。また４７は基板４１
の回転角度を検出する角度検出手段である。ここで検出
された角度は、電気信号になってスイッチング制御手段
化に入力される。このスイッチング制御手段４８は入力
された電気信号に従って動作する。つまり、基板が所定
角度内で回っているときに、交流電源４６のみの電圧を
ビームスキャン用電極４９に印加して、基板４１にイオ
ンビーム４４を照射できるようになっている。

そして、基板４１が所定角度外に回転すれば、スイッチ
ング制御手段拐は交流電源柘及び直流電源部を共にビー
ムスキャン用電極４９に印加して、イオンビームＩを基
板４１外に偏向させるようになっている（第１図（ａ）
）。このようにイオンビームラ角度検出手段４７とスイ
ッチング制御手段絽によって基板回転角度と同期させて
基板４１に照射できること及び回転を止めずに基板にイ
オン注入できることとが相まって、−板の基板にイオン
注入する時間が短縮できる。従って基板保持具に複数の
基板を保持してイオン注入することにより、短時間に多
くの基板を処理でき、生産性を向上させることができる
。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明の方法によれば、それぞれの回
における基板結晶とイオン注入方位の関係が結晶学的に
等価になる複数回のイオン注入により一つの導電型層を
形成することにより、チャネリング現象を防止しながら
、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、優れた素子特性の牛導体
装置を実現することができる。

さらに、本発明の製造装置によれば、基板の回転を止め
ることなく基板の回転角度と同期させて基板にイオンを
注入させるので、短時間で基板にイオンを注入できる。

従って生産性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明するための立方晶の（
００１）を中心としたステレオ投影図の中央部を示す図
、第２図は実施例に用いたＧａＡｓ　％板を示す図、第
３図ノ／隙はそのＧａＡｓ基板に実施例の方法により形
成した導電型層の不純物濃度分布を示す図、第４図は、
本発明の製造装置に係る一実施例を示す図、第５図は面
チャネリングによるウェーハ面内のイオン注入分布のピ
ーク濃度分布パターン例を示す図、第６図は面チャネリ
ングの他に電界不均一が加わった場合のウェーハ面内の
イオン注入分布のピーク濃度分布パターンを示す図であ
る。 ４１・・・基　板　　　　　　　４２・・・基板保持具
心・・・回転軸　　　　　　躬・・・イオンビーム４５
・・・直流電源　　　　栃・・・交流電源４７・・・回
転検出手段　　　絽・・・スイッチング制御手段４９・
・・ビームスキャン用電極 第１図 第２図 第３図 （ａ） 軸＠転角 （ｂ） 第４図

Claims (2)

【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、それぞれの回における基板結晶とイオン注入方位
   の関係が結晶学的に等価になる複数回のイオン注入によ
   り一つの導電型層を形成することを特徴とする半導体装
   置の製造方法。
2. （２）イオン発生源と、このイオン発生源から発生した
   イオンビームに交流電界を加えてイオンビームを振幅さ
   せるビームスキャン用電極と、前記イオンビームの振幅
   の中心軸に対して傾き可能であり、かつ自転可能な基板
   保持具を有する半導体装置の製造装置において、前記基
   板保持具の回転を止めることなく回転角度を検出する角
   度検出手段と、この角度検出手段から検出された回転角
   度が所定角度でないときに前記ビームスキャン用電極に
   直流電圧を印加して前記イオンビームに直流電界を加え
   て基板面外に偏向させるスイッチング制御手段とを具備
   することを特徴とする半導体装置の製造装置。