JP2890680B2 - Semiconductor device manufacturing equipment - Google Patents
Semiconductor device manufacturing equipmentInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 この発明は、半導体素子製造装置に係り、特に、半導
体基板（以下、単に基板と称する）上に半導体結晶を成
長させて半導体素子を形成する装置に関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device manufacturing apparatus, and in particular, to form a semiconductor device by growing a semiconductor crystal on a semiconductor substrate (hereinafter simply referred to as a substrate). Related to the device.
B.従来の技術 集積化された半導体デバイスは半導体、金属、絶縁物
の薄膜を組合わせて構成されているが、この作成工程に
おいて、基板上に半導体結晶を成長形成させる手法とし
て種々のものがあり、例えば一般的にはCVD（chemical
vapor deposition）法が広く用いられている。このCVD
法によれば基板全体に半導体結晶を形成することができ
が、成長温度を低くしたり部分的に結晶パターンを形成
したいという要望がある場合には、次のイオン蒸着法が
用いられる。B. Conventional technology Integrated semiconductor devices are composed of a combination of thin films of semiconductors, metals, and insulators.In this manufacturing process, there are various methods for growing and forming semiconductor crystals on a substrate. Yes, for example, CVD (chemical
A vapor deposition method is widely used. This CVD
According to this method, a semiconductor crystal can be formed on the entire substrate. However, when there is a demand for lowering the growth temperature or partially forming a crystal pattern, the following ion vapor deposition method is used.
これは、結晶材料をイオン化して、加速し、基板の表
面上付近で減速して照射することにより、結晶イオンを
基板の表面上に蒸着させて、結晶膜を形成するもので、
第２図の簡略図に示したようなイオン蒸着装置が用いら
れる。In this method, the crystal material is ionized, accelerated, and decelerated and irradiated near the surface of the substrate to deposit crystal ions on the surface of the substrate to form a crystal film.
An ion deposition apparatus as shown in the simplified diagram of FIG. 2 is used.
図中、符号１は真空チャンバ、２は結晶材料（例え
ば、シリコンなど）をイオン化するイオン源であり、シ
リコンを含んだガスを導入してこれを高周波電界中でプ
ラズマ化し、シリコンイオンを生成するものである。こ
のイオン源２で生成されたイオンは、引き出し電極３に
よって引き出され、イオンビームB0となって、質量分離
器４を通る。この質量分離器４は一種の電磁石であり、
所要のイオンのみをビーム通路に導き、他のイオンをビ
ーム通路外に偏向する。質量分離器４を通過した所要の
イオンは、成長室６内に導かれ、偏向電極５によって照
射先が調整され、減速電極７によって減速されて基板ｍ
の表面上に蒸着され、結晶成長して半導体素子を形成す
る。In the figure, reference numeral 1 denotes a vacuum chamber, and 2 denotes an ion source for ionizing a crystal material (for example, silicon or the like), which introduces a gas containing silicon and turns it into a plasma in a high-frequency electric field to generate silicon ions. Things. The ions generated by the ion source 2 are extracted by the extraction electrode 3, become an ion beam B 0, and pass through the mass separator 4. This mass separator 4 is a kind of electromagnet,
Only the required ions are guided into the beam path and other ions are deflected out of the beam path. The required ions that have passed through the mass separator 4 are guided into the growth chamber 6, the irradiation destination is adjusted by the deflection electrode 5, the ion is decelerated by the deceleration electrode 7, and the substrate m
To form a semiconductor element by crystal growth.
C.発明が解決しようとする課題 しかしながら、上述したイオンビーム蒸着装置を用い
て半導体素子を形成させる場合、以下のような問題点が
ある。C. Problems to be Solved by the Invention However, when a semiconductor element is formed using the above-described ion beam evaporation apparatus, there are the following problems.
従来装置のイオン源２のイオン引き出し口は、ある程
度の大きさを有しており、加えて、イオンビームB0を集
束させるための電子レンズも装備されていないことか
ら、形成されるイオンビームB0は比較的幅広のビームと
なっていた。したがって、基板ｍ上に微細な結晶パター
ン（例えば、数μｍの結晶パターン）を形成するのが非
常に困難であった。Ion outlet of the ion source 2 of the conventional apparatus has a certain size, In addition, since it is not equipped with even electron lens for focusing the ion beam B 0, the ion beam B formed 0 was a relatively wide beam. Therefore, it was very difficult to form a fine crystal pattern (for example, a crystal pattern of several μm) on the substrate m.
また、イオンビームB0が幅広で発散しているので、イ
オン電流密度も比較的小いさなものとなり、基板ｍの表
面上に蒸着する結晶イオンの成長速度を遅めていた。こ
のため、成長室６内の残留ガスの影響を受けやすく、膜
質の低下を招いていた。The ion beam B 0 because diverges in wide, the ion current density becomes as relatively small There is, had slower growth rate of the crystal ions deposited on the surface of the substrate m. For this reason, it is susceptible to the residual gas in the growth chamber 6, and the film quality is deteriorated.
この発明は、このような事情に鑑みてなされたもの
で、微小なイオンビームを形成することにより、微細な
結晶パターンの形成および結晶イオンの成長速度を向上
することができる半導体素子製造装置を提供することを
目的としている。The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a semiconductor device manufacturing apparatus capable of forming a fine crystal pattern and improving the growth rate of crystal ions by forming a fine ion beam. It is intended to be.
D.課題を解決するための手段 この発明は、上記目的を達成するために次のような構
成を備えている。D. Means for Solving the Problems The present invention has the following configuration to achieve the above object.
即ち、この発明に係る半導体素子製造装置は、半導体
結晶材料を原料とする液体金属イオン源と、前記液体金
属イオンから放出されるイオンを集束して微小な集束イ
オンビームを形成する電子レンズと、この集束イオンビ
ームを被処理物である半導体基板に向けて加速させる加
速手段と、加速した集束イオンビームの半導体基板上に
おける照射先を偏向調整する偏向手段と、偏向した集束
イオンビームを所定のエネルギまで減速して、前記半導
体基板上に半導体結晶パターンを成長させる減速手段と
を備えたことを特徴としている。That is, a semiconductor device manufacturing apparatus according to the present invention includes a liquid metal ion source made of a semiconductor crystal material, an electron lens that forms a fine focused ion beam by focusing ions emitted from the liquid metal ions, Accelerating means for accelerating the focused ion beam toward the semiconductor substrate to be processed; deflecting means for deflecting the irradiation destination of the accelerated focused ion beam on the semiconductor substrate; And a decelerating means for decelerating to grow a semiconductor crystal pattern on the semiconductor substrate.
E.作 用 この発明によれば、液体金属イオン源が半導体結晶材
料をイオン化して、そのイオンを放出する。放出された
イオンは、電子レンズで集束され、微小な集束イオンビ
ームとなる。微小な集束イオンビームにすることによ
り、結晶の成長速度が向上されて残留ガスの影響を受け
にくい。この集束イオンビームは加速手段により、半導
体基板に向けて加速し、偏向手段が、この集束イオンビ
ームの照射先を所要の回路パターンに合わせて偏向す
る。加速され、向きが調整された集束イオンビームは、
減速手段によって、所定のエネルギにまで減速され、半
導体基板上に微細な結晶パターンが成長する。この結晶
パターンは液体金属イオン源を用いて発生させた集束イ
オンビームにより形成されているので、不純物の少ない
極めて良質の結晶パターンにすることができる。E. Operation According to the present invention, the liquid metal ion source ionizes the semiconductor crystal material and emits the ions. The emitted ions are focused by an electron lens, and become a minute focused ion beam. By using a fine focused ion beam, the growth rate of the crystal is improved, and the crystal is less affected by the residual gas. The focused ion beam is accelerated toward the semiconductor substrate by the acceleration means, and the deflection means deflects the irradiation destination of the focused ion beam in accordance with a required circuit pattern. The accelerated and steered focused ion beam
The speed is reduced to a predetermined energy by the speed reduction means, and a fine crystal pattern grows on the semiconductor substrate. Since this crystal pattern is formed by a focused ion beam generated using a liquid metal ion source, a very good quality crystal pattern with few impurities can be obtained.
F.実施例 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。F. Embodiment Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図は、この発明の半導体素子製造装置の一実施例
の構成の概略を示した断面図である。FIG. 1 is a sectional view schematically showing a configuration of an embodiment of a semiconductor device manufacturing apparatus according to the present invention.
この半導体素子製造装置は、基板ｍの表面上に、微細
な結晶パターンを成長させて半導体素子を形成する装置
である。This semiconductor element manufacturing apparatus is an apparatus for forming a semiconductor element by growing a fine crystal pattern on the surface of a substrate m.
図中、符号10は真空チャンバであり、この装置の本体
ケーシングとなっている。この真空チャンバ10内に以下
の構成部分が内装されている。In the figure, reference numeral 10 denotes a vacuum chamber, which is a main body casing of the apparatus. The following components are provided inside the vacuum chamber 10.
符号11は、イオンを発生させる液体金属イオン源であ
り、半導体結晶材料（例えば、シリコンやゲルマニウム
など）を溶融して液体化する溶融炉として形成されてい
る。この液体金属イオン源11の鋭利な先端部（図面の下
側の先端部）には針25が設けられており、溶融された液
体素材は、この針25の先端に供給されるように構成され
ている。この液体金属イオン源11には、その電位差によ
りイオンへの加速エネルギを与える加速手段としての加
速電源23が接続されている。なお、液体金属イオン源11
を加熱するヒータは、図示を省略している。符号12は、
イオン化された微粒子を液体金属イオン源11から引き出
すための引き出し電極であり、この引き出し電極12と液
体金属イオン源11との間には、引き出し電源22が接続さ
れている。符号13aはイオンビームＢを集束する第１の
電子レンズ、符号14は所望の金属イオンのみを選出する
ためのマスフィルタ、符号13bは第２の電子レンズであ
り、この第１の電子レンズ13aと第２の電子レンズ13bが
この発明の電子レンズに相当し、イオンビームのビーム
径を数μｍ程度の微小径に集束する。符号15は集束イオ
ンビームＢの照射先を偏向する偏向電極で、これに接続
されている偏向電圧制御部26によって、集束イオンビー
ムＢの偏向調整が行われる。符号16はイオンビームＢの
加速エネルギを減速させてその速度を弱める減速電極で
あり、減速電極16と基板ｍが載置されるステージ17との
間には減速電源24が接続されている。この減速電源24と
減速電極16とがこの発明の減速手段に相当している。Reference numeral 11 denotes a liquid metal ion source that generates ions, and is formed as a melting furnace that melts and liquefies a semiconductor crystal material (eg, silicon or germanium). A needle 25 is provided at a sharp tip (the lower end in the drawing) of the liquid metal ion source 11, and the molten liquid material is configured to be supplied to the tip of the needle 25. ing. An acceleration power supply 23 is connected to the liquid metal ion source 11 as an acceleration means for applying acceleration energy to ions by the potential difference. The liquid metal ion source 11
Are not shown in the figure. Symbol 12 is
An extraction electrode for extracting the ionized fine particles from the liquid metal ion source 11, and an extraction power supply 22 is connected between the extraction electrode 12 and the liquid metal ion source 11. Reference numeral 13a denotes a first electron lens for focusing the ion beam B, reference numeral 14 denotes a mass filter for selecting only desired metal ions, and reference numeral 13b denotes a second electron lens. The second electron lens 13b corresponds to the electron lens of the present invention, and focuses the beam diameter of the ion beam to a small diameter of about several μm. Reference numeral 15 denotes a deflection electrode for deflecting the irradiation destination of the focused ion beam B, and the deflection voltage control unit 26 connected thereto adjusts the deflection of the focused ion beam B. Reference numeral 16 denotes a deceleration electrode for decelerating the acceleration energy of the ion beam B to reduce the speed thereof. A deceleration power source 24 is connected between the deceleration electrode 16 and the stage 17 on which the substrate m is placed. The deceleration power supply 24 and the deceleration electrode 16 correspond to the deceleration means of the present invention.
ステージ17は、X,Y方向（図面の左右方向およびこれ
に直交する方向）に移動可能なＸ−Ｙステージ20の上に
設置されており、Ｘ−Ｙステージ20を駆動する駆動モー
タ21が真空チャンバ10外に設けられている。この駆動モ
ータ21の駆動を制御して、ステージ17の移動を行うのが
ステージ移動制御部27である。真空チャンバ10の下部
（図面の下方）には、連通管18が設けられており、この
連通管18の端部には真空ポンプ19がつながれている。The stage 17 is mounted on an XY stage 20 that can move in the X and Y directions (the horizontal direction in the drawing and the direction perpendicular to the drawing), and a drive motor 21 that drives the XY stage 20 is a vacuum. It is provided outside the chamber 10. The stage movement control unit 27 controls the drive of the drive motor 21 to move the stage 17. A communication pipe 18 is provided below the vacuum chamber 10 (below the drawing), and a vacuum pump 19 is connected to an end of the communication pipe 18.
次に、上述した装置の動作について説明する。 Next, the operation of the above-described device will be described.
まず、液体金属イオン源11の中に、半導体結晶材料
（例えば、シリコンやゲルマニウムなど）を入れて、液
体金属イオン源11を加熱すると、結晶素材は溶融されて
液体化し、針25の先端部に供給される。液体金属イオン
源11の温度を融点に保ったまま、引き出し電源22によっ
て、液体金属イオン源11と引き出し電極12との間、すな
わち、液体素材で覆われた針25の先端部に、約７〜８
［kV］の電位差を与える。液体素材の表面に加わる電界
が、液体素材の蒸発電界強度までに達するとイオン化さ
れた微粒子の放出が始まる。液体金属イオン源11から引
き出された微粒子は、加速電源23から与えられる30〜50
［kV］の電位差によって、基板ｍの表面上に向かって加
速し、第１の電子レンズ13aによって集束され、集束イ
オンビームＢとなり、この段階でマスフィルタ14による
イオンの選出が行われる。First, a semiconductor crystal material (for example, silicon or germanium) is put into the liquid metal ion source 11 and the liquid metal ion source 11 is heated. When the crystal material is melted and liquefied, Supplied. With the temperature of the liquid metal ion source 11 kept at the melting point, the extraction power supply 22 moves the liquid metal ion source 11 and the extraction electrode 12 between the liquid metal ion source 11 and the tip of the needle 25 covered with the liquid material by about 7 to 7 mm. 8
Give a potential difference of [kV]. When the electric field applied to the surface of the liquid material reaches the intensity of the evaporation electric field of the liquid material, the emission of ionized fine particles starts. The fine particles extracted from the liquid metal ion source 11 are supplied from an acceleration power source 23 to 30 to 50.
With the potential difference of [kV], it accelerates toward the surface of the substrate m and is focused by the first electron lens 13a to become a focused ion beam B. At this stage, ions are selected by the mass filter 14.
一般に、単一の結晶のみを溶融するよりも、複数の結
晶材料を溶融する方が融点を下げることができる場合が
あるため、複数の結晶材料を液体金属イオン源11内に入
れて複数の微粒子を生成することがある。この場合に、
所望の微粒子のみを正規のビーム通路に通し、それ以外
の微粒子をビーム通路外に偏向して選別するという操作
が必要になるが、マスフィルタ14によって、その操作が
実行される。このマスフィルタ14は一種の偏向電極のよ
うなもので、必要とする以外の微粒子をビーム通路外に
偏向させて、所要の微粒子ビームのみをビーム通路に通
す。In general, melting a plurality of crystalline materials can lower the melting point rather than melting only a single crystal. May be generated. In this case,
An operation of passing only desired particles through the regular beam path and deflecting the other particles out of the beam path to select the particles is required. The operation is performed by the mass filter. The mass filter 14 is like a kind of deflection electrode, and deflects unnecessary particles outside the beam path to pass only the required particle beam through the beam path.
マスフィルタ14を通過した集束イオンビームＢは、第
２の電子レンズ13bによって、再び集束され、偏向電圧
制御部26で制御される偏向電極15によって、所望の結晶
パターンとなるように、その向きが調整される。The focused ion beam B that has passed through the mass filter 14 is focused again by the second electron lens 13b, and its direction is changed by the deflection electrode 15 controlled by the deflection voltage control unit 26 so as to form a desired crystal pattern. Adjusted.
向きが調整された集束イオンビームＢは、減速電極16
を通過するときに、所定のエネルギによって減速され
て、基板ｍの表面上に到達する。このときの集束イオン
ビームＢのエネルギは、加速電源23と減速電源24との出
力電圧差に等しいものとなる。すなわち、集束イオンビ
ームＢは、減速電極16に近づくまでは加速電源23で与え
られる加速エネルギをもっているが、減速電極16とステ
ージ17の電位を減速電源24によって上げると、基板ｍに
入射する集束イオンビームＢはその分だけ減速される。
このため、減速電源24の出力調整により、原理的には０
〜加速電源23の出力電圧値までの間で連続的に集束イオ
ンビームＢのエネルギを変化させることができる。した
がって、集束イオンビームＢが基板ｍ内に打ち込まれな
いように、減速電源24の出力値を調整することによっ
て、集束イオンビームＢを基板ｍ上に蒸着し、結晶パタ
ーンを成長させる。具体的には、（加速電源23の出力電
圧値）−（減速電源24の出力電圧値）＝100〜200［Ｖ］
となるように調整することで可能になる。なお、この結
晶パターンは、液体金属イオン源11によって発生させた
集束イオンビームＢによって形成されているので、不純
物の少ない極めて良質の結晶パターンを得ることができ
る。The focused ion beam B whose direction has been adjusted is applied to the deceleration electrode 16.
Is decelerated by predetermined energy and reaches the surface of the substrate m. The energy of the focused ion beam B at this time is equal to the output voltage difference between the acceleration power supply 23 and the deceleration power supply 24. That is, the focused ion beam B has the acceleration energy provided by the acceleration power supply 23 until approaching the deceleration electrode 16, but when the potential of the deceleration electrode 16 and the stage 17 is increased by the deceleration power supply 24, the focused ion beam incident on the substrate m Beam B is decelerated by that amount.
Therefore, by adjusting the output of the deceleration power supply 24,
It is possible to continuously change the energy of the focused ion beam B from the output voltage value of the acceleration power supply 23 to the output voltage value. Therefore, by adjusting the output value of the deceleration power supply 24 so that the focused ion beam B is not injected into the substrate m, the focused ion beam B is vapor-deposited on the substrate m to grow a crystal pattern. Specifically, (output voltage value of acceleration power supply 23) − (output voltage value of deceleration power supply 24) = 100 to 200 [V]
It is possible by adjusting so that Since this crystal pattern is formed by the focused ion beam B generated by the liquid metal ion source 11, a very good quality crystal pattern with few impurities can be obtained.
先の説明では、所望の結晶パターンを集束イオンビー
ムＢで描くときに、偏向電極15による照射先の調整が行
われるとしたが、結晶パターンの描画範囲が広い範囲に
までおよぶ場合、偏向電極15の偏向限界（偏向度を大き
くすると、集束イオンビームＢのビーム径が大きくな
り、微細な結晶パターンが形成できなくなるので、偏向
範囲には限界がある）により、すべての回路パターンを
描き切れないことがある。このような場合には、ステー
ジ移動制御部27から制御信号を駆動モータ21に与えて、
Ｘ−Ｙステージ20を移動させることにより、ステージ17
ごと基板ｍを移動させ、偏向電極15の偏向範囲内に基板
ｍを位置させることが行われる。In the above description, when the desired crystal pattern is drawn by the focused ion beam B, the irradiation destination is adjusted by the deflection electrode 15. However, when the drawing range of the crystal pattern extends over a wide range, the deflection electrode 15 is adjusted. (The deflection range is limited because the beam diameter of the focused ion beam B increases and the fine crystal pattern cannot be formed if the degree of deflection is increased), so that all circuit patterns cannot be drawn. There is. In such a case, a control signal is given to the drive motor 21 from the stage movement control unit 27,
By moving the XY stage 20, the stage 17 is moved.
The substrate m is moved together with the substrate m so as to be positioned within the deflection range of the deflection electrode 15.
G.発明の効果 以上の説明から明らかなように、この発明に係る半導
体製造装置は、半導体結晶材料を原料とする液体金属イ
オン源から引き出されるイオンを電子レンズで集速し
て、微小な集束イオンビームを形成し、この微小な集束
イオンビームを用いて、結晶パターンを半導体基板上に
蒸着させているので、微細な結晶パターンを容易に形成
することができる。G. Effects of the Invention As is clear from the above description, the semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention focuses ions extracted from a liquid metal ion source using a semiconductor crystal material as a raw material with an electron lens, thereby achieving fine focusing. Since an ion beam is formed and a crystal pattern is deposited on a semiconductor substrate using the fine focused ion beam, a fine crystal pattern can be easily formed.
また、微小な集束イオンビームを用いているので、結
晶の成長速度が向上され、残留ガスの影響を受けにくく
なるので、不純物の少ない極めて良質の結晶パターンを
もつ半導体素子を製造することができる。In addition, since a minute focused ion beam is used, the growth rate of the crystal is improved and the influence of the residual gas is reduced, so that a semiconductor element having a very good crystal pattern with few impurities can be manufactured.
第１図は、この発明の一実施例に係る装置の概略構成を
示した断面図である。 また、第２図は従来の装置の概略構成を示した図であ
る。 11……液体金属イオン源、13a……第１電子レンズ 13b……第２電子レンズ、15……偏向電極 16……減速電極、23……加速電源 24……減速電源FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of an apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional apparatus. 11 liquid metal ion source 13a first electron lens 13b second electron lens 15 deflecting electrode 16 deceleration electrode 23 acceleration power supply 24 deceleration power supply
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸野 浩昌 京都府京都市中京区西ノ京桑原町１番地 株式会社島津製作所三条工場内 (72)発明者 上田 雅弘 京都府京都市中京区西ノ京桑原町１番地 株式会社島津製作所三条工場内 (56)参考文献 特開 昭61−239538（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−306557（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−44715（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−60122（ＪＰ，Ａ) 「電子・イオンビームハンドブック第 ２版」日刊工業新聞社（1986年）ｐ. 224−225 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Hiromasa Maruno, Inventor 1 at Nishinokyo Kuwaharacho, Nakagyo-ku, Kyoto, Kyoto Prefecture Inside the Sanjo Plant, Shimadzu Corporation (72) Inventor Masahiro Ueda 1, Kuwaharacho, Nishinokyo-ku, Kyoto, Kyoto, Japan (56) References JP-A-61-239538 (JP, A) JP-A-1-306557 (JP, A) JP-A-2-44715 (JP, A) JP-A-2-60122 ( JP, A) "Electron / Ion Beam Handbook Second Edition", Nikkan Kogyo Shimbun (1986), pp. 224-225
Claims (1)
ン源と、前記液体金属イオン源から放出されるイオンを
集束して微小な集束イオンビームを形成する電子レンズ
と、この集束イオンビームを被処理物である半導体基板
に向けて加速させる加速手段と、加速した集束イオンビ
ームの半導体基板上における照射先を偏向調整する偏向
手段と、偏向した集束イオンビームを所定のエネルギま
で減速して、前記半導体基板上に半導体結晶パターンを
成長させる減速手段とを備えたことを特徴とする半導体
素子製造装置。1. A liquid metal ion source made of a semiconductor crystal material, an electron lens that focuses ions emitted from the liquid metal ion source to form a minute focused ion beam, and receives the focused ion beam. Accelerating means for accelerating toward the semiconductor substrate as a processing object, deflecting means for deflecting the irradiation destination of the accelerated focused ion beam on the semiconductor substrate, and decelerating the deflected focused ion beam to a predetermined energy, A semiconductor device manufacturing apparatus, comprising: a deceleration unit for growing a semiconductor crystal pattern on a semiconductor substrate.
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1990
- 1990-05-31 JP JP2143404A patent/JP2890680B2/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 「電子・イオンビームハンドブック第２版」日刊工業新聞社（１９８６年）ｐ．２２４−２２５ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0437024A (en) | 1992-02-07 |
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