JPH0358130B2 - - Google Patents
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- JPH0358130B2 JPH0358130B2 JP475284A JP475284A JPH0358130B2 JP H0358130 B2 JPH0358130 B2 JP H0358130B2 JP 475284 A JP475284 A JP 475284A JP 475284 A JP475284 A JP 475284A JP H0358130 B2 JPH0358130 B2 JP H0358130B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/022—Details
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/26—Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field effect ion sources, thermionic ion sources
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Description
この発明はイオン加工装置、イオン注入装置な
どに用いる電界放出型イオンビーム発生装置の液
体金属イオン源に関するものである。 ガリウム砒素等の半導体基板結晶にレーザ、発
光ダイオード、光検知器などの光デバイス、バイ
ポーラトランジスタ、電界効果型トランジスタな
どの電子デバイスを形成する場合、ｐ型、ｎ型又
は双方の不純物イオンの注入が必要であり、当然
のことながらイオン注入工程では、イオン注入装
置のイオン源の取り替え、マスクの位置合せ等煩
雑な作業の繰返しが行われる。一方、最近提案さ
れているサブミクロンのオーダで収束されたイオ
ンビームを用いるマスクレスイオン注入方法では
ハードウエア上の変更を無くし、すべてソフトウ
エアでプロセスを制御することが可能と考えられ
る。 しかしいずれのイオン注入方法に於ても工程の
途中でイオン源を交換するような場合はイオン発
生部とイオン加速収束系、イオン偏向電極系の間
に厳しい精度で軸合せを行う必要がある。 更に、サブミクロン以上の精度にて既にイオン
注入したパターンの上に重ねて第２のイオン注入
を行う場合、イオン源の交換でイオン発生部の位
置が少しでもずれると、位置の調整に大変手間を
取ることになる。 従つて、一つのイオン発生部よりイオン源を交
換することなく、ｐ型、ｎ型及びアイソレーシヨ
ンのための不純物イオンを選択的に発生できれば
殆どの集積回路デバイス作成工程中でハードウエ
アの変更、調整を行うことなく、ソフトウエアの
制御のみで同一基板に高集積化された信頼度の高
い光−電子デバイスの製造が容易に可能となる。 −族化合物半導体基板結晶イオン注入を行
うためのイオン種としてはこれまで、ｐ型では
Be、ｎ型ではSiが代表的なものであることが知
られており、これらのイオン種はイオン注入にお
いて使用され、良好な活性化率を示している。 しかし、Be，Siを液体金属イオン源に用いる
場合、いずれも融点が高く、蒸気圧も高いため、
融点を下げる目的でAuとの共晶合金の形で使わ
れるのが一般的で、これらの共晶合金、Au−
Be、Au−Siを使つてマスクレスのイオン注入が
既に行われている。更に本出願人はこのAu−Be
及びAu−Si共晶合金型のイオン源の延長として、
双方のイオンを含むAu−Si−Beの三元合金につ
いて特願昭57−105398号（特公昭59−48795号公
報）にて提案した。 しかるに、更に技術の進歩によりｐ型とｎ型の
不純物イオンのみでなく、基板に形成した各デバ
イス間のアイソレーシヨンを完全にするために、
アイソレーシヨンのための不純物イオンを含むよ
うな液体金属イオン源の実現の要求が高まつてき
た。 この発明の目的は融点が700℃以下であつて、
ｐ型、ｎ型の及びアイソレーシヨン用不純物イオ
ンを発生することのできる電界放出型イオンビー
ム発生装置用液体金属イオン源を提供することに
ある。 この発明による液体金属イオン源はAl−Si−
Mgの三元合金であつて、AlとMgの比率は30〜
70原子％：70〜30原子％であり、Siは上記Al−
Mgに対し、８〜16原子％の組成比で構成されて
いることを特徴とする。 上記三元合金のうち、Siは−族化合物半導
体に対してｎ型不純物となり、Mgはｐ型の不純
物となる。またAlは母体金属の役割を有すると
共にマスクレスイオン注入によるデバイス製造の
ときはアイソレーシヨンや電極形成用の不純物と
して用いられる。 第１図ＡはAl−Mg合金の組成比と融点の関係
を示すグラフであつて、単体ではそれぞれの融点
は650℃近傍であるが、互に30〜70原子％の範囲
で混合すると、450℃程度の融点の合金となる。
またSiはMgと合金を形成した場合、第１図Ｂに
示すようにSiの混合比が３原子％近くのとき、融
点が650℃以下の合金となる。更にAl−Si合金の
場合は第１図Ｃに示すようにSiが12原子％を含有
したときに融点が600℃以下の合金が形成する。 上記のグラフより、融点が700℃以下のAl−
Mg−Si合金を得るには、Alに対し、Siが20原子
％の範囲の添加量であり、Mgに対して約３原子
％添加できることになるので、Siの添加量をAl
に対する添加量をMgに対する添加量の許容範囲
内での合計の半分の範囲内ということになる。例
えば、等原子量のAl−Mg合金にSiの添加量は、
Alに対して20原子％の範囲であり、Mgに対して
３原子％であるので、11〜12原子％ということに
なる。 しかし、実際にはAl−Mg合金自体の融点は第
１図Ａに示すように450℃まで下がる。 そこで、下表の如く30：70、50：50、70：30原
子％と三種の組成比の異なるAl−Mg合金にSiを
8.8，12.3，15.6原子％加えてそれぞれ三元合金を
作り、融点を測定した結果、いづれの合金も融点
は650℃以下であつた。
どに用いる電界放出型イオンビーム発生装置の液
体金属イオン源に関するものである。 ガリウム砒素等の半導体基板結晶にレーザ、発
光ダイオード、光検知器などの光デバイス、バイ
ポーラトランジスタ、電界効果型トランジスタな
どの電子デバイスを形成する場合、ｐ型、ｎ型又
は双方の不純物イオンの注入が必要であり、当然
のことながらイオン注入工程では、イオン注入装
置のイオン源の取り替え、マスクの位置合せ等煩
雑な作業の繰返しが行われる。一方、最近提案さ
れているサブミクロンのオーダで収束されたイオ
ンビームを用いるマスクレスイオン注入方法では
ハードウエア上の変更を無くし、すべてソフトウ
エアでプロセスを制御することが可能と考えられ
る。 しかしいずれのイオン注入方法に於ても工程の
途中でイオン源を交換するような場合はイオン発
生部とイオン加速収束系、イオン偏向電極系の間
に厳しい精度で軸合せを行う必要がある。 更に、サブミクロン以上の精度にて既にイオン
注入したパターンの上に重ねて第２のイオン注入
を行う場合、イオン源の交換でイオン発生部の位
置が少しでもずれると、位置の調整に大変手間を
取ることになる。 従つて、一つのイオン発生部よりイオン源を交
換することなく、ｐ型、ｎ型及びアイソレーシヨ
ンのための不純物イオンを選択的に発生できれば
殆どの集積回路デバイス作成工程中でハードウエ
アの変更、調整を行うことなく、ソフトウエアの
制御のみで同一基板に高集積化された信頼度の高
い光−電子デバイスの製造が容易に可能となる。 −族化合物半導体基板結晶イオン注入を行
うためのイオン種としてはこれまで、ｐ型では
Be、ｎ型ではSiが代表的なものであることが知
られており、これらのイオン種はイオン注入にお
いて使用され、良好な活性化率を示している。 しかし、Be，Siを液体金属イオン源に用いる
場合、いずれも融点が高く、蒸気圧も高いため、
融点を下げる目的でAuとの共晶合金の形で使わ
れるのが一般的で、これらの共晶合金、Au−
Be、Au−Siを使つてマスクレスのイオン注入が
既に行われている。更に本出願人はこのAu−Be
及びAu−Si共晶合金型のイオン源の延長として、
双方のイオンを含むAu−Si−Beの三元合金につ
いて特願昭57−105398号（特公昭59−48795号公
報）にて提案した。 しかるに、更に技術の進歩によりｐ型とｎ型の
不純物イオンのみでなく、基板に形成した各デバ
イス間のアイソレーシヨンを完全にするために、
アイソレーシヨンのための不純物イオンを含むよ
うな液体金属イオン源の実現の要求が高まつてき
た。 この発明の目的は融点が700℃以下であつて、
ｐ型、ｎ型の及びアイソレーシヨン用不純物イオ
ンを発生することのできる電界放出型イオンビー
ム発生装置用液体金属イオン源を提供することに
ある。 この発明による液体金属イオン源はAl−Si−
Mgの三元合金であつて、AlとMgの比率は30〜
70原子％：70〜30原子％であり、Siは上記Al−
Mgに対し、８〜16原子％の組成比で構成されて
いることを特徴とする。 上記三元合金のうち、Siは−族化合物半導
体に対してｎ型不純物となり、Mgはｐ型の不純
物となる。またAlは母体金属の役割を有すると
共にマスクレスイオン注入によるデバイス製造の
ときはアイソレーシヨンや電極形成用の不純物と
して用いられる。 第１図ＡはAl−Mg合金の組成比と融点の関係
を示すグラフであつて、単体ではそれぞれの融点
は650℃近傍であるが、互に30〜70原子％の範囲
で混合すると、450℃程度の融点の合金となる。
またSiはMgと合金を形成した場合、第１図Ｂに
示すようにSiの混合比が３原子％近くのとき、融
点が650℃以下の合金となる。更にAl−Si合金の
場合は第１図Ｃに示すようにSiが12原子％を含有
したときに融点が600℃以下の合金が形成する。 上記のグラフより、融点が700℃以下のAl−
Mg−Si合金を得るには、Alに対し、Siが20原子
％の範囲の添加量であり、Mgに対して約３原子
％添加できることになるので、Siの添加量をAl
に対する添加量をMgに対する添加量の許容範囲
内での合計の半分の範囲内ということになる。例
えば、等原子量のAl−Mg合金にSiの添加量は、
Alに対して20原子％の範囲であり、Mgに対して
３原子％であるので、11〜12原子％ということに
なる。 しかし、実際にはAl−Mg合金自体の融点は第
１図Ａに示すように450℃まで下がる。 そこで、下表の如く30：70、50：50、70：30原
子％と三種の組成比の異なるAl−Mg合金にSiを
8.8，12.3，15.6原子％加えてそれぞれ三元合金を
作り、融点を測定した結果、いづれの合金も融点
は650℃以下であつた。
【表】
次にこの三元合金の製造方法を説明すると、
BN等のルツボに、アルミニウムとマグネシウム
を所定の比率入れ、真空中で約800℃まで加熱す
ると、溶融し、Al−Mg合金ができる。この溶融
合金にSiを所定量少しづつ加えていくと、Al−
Mg−Siの三元合金ができる。この溶融合金は温
度を700℃以下に下げても溶融状態を保つており、
所定の形状に成型、冷却し、液体金属イオン源と
する。 第２図はこの発明の三元合金を液体金属イオン
源として用いて基板結晶にイオンを注入する一実
施例を示し、１は電界放出型イオン発生部であつ
て、エミツタ電極２の先端付近のリザーバに三元
合金３を液体金属イオン源として装填する。エミ
ツター電極２を所定の温度加熱して合金３が溶融
したら、エミツタ電極２とその前方に配置された
イオン引き出し電極４に数KVの電圧を印加する
と、電界蒸発、電界電離などにより、イオン発生
部１より三つの元素を混合したイオンビーム５が
放出されることになり、前絞収束系６を通つて質
量分離器７へ導かれる。 質量分離器７では混合イオン８より目的とする
イオンのみを選択的に分離、放出する。放出され
た目的とするイオンのビーム９はイオン収束系１
０にて収束され、偏向電極１１により基板結晶１
２の所定の位置にイオンを注入し、パターンの描
画を行う。目的とするイオンの注入が完了した
ら、質量分離器７に指令信号を送り、次の目的と
するイオンのみを選択的に分離、放出させ、前述
と同様に所定のパターンの描画を行う。 上述の如く、この発明による三元合金を電界放
出型イオンビーム発生装置の液体金属イオン源と
して用いることにより、一つのイオン源でｎ型、
ｐ型、アイソレーシヨン用不純物イオンを発生す
ることができ、従つてイオン注入工程中にイオン
源を取り替えることなく、任意の不純物イオンを
同一基板結晶上に連続注入することができ且つ形
成されたデバイス間のアイソレーシヨンもできる
ので、最近提案されているサブミクロンのオーダ
で収束されたイオンビームによるマスクレスイオ
ン注入に利用し、高集積化された電子デバイス、
光デバイスが容易に形成されることになる。 次にこの発明の実施例を述べる。 BN製ルツボの中にAlを50ｇ、Mgを45ｇ、Si
を12ｇの割合で入れ、真空中にて800℃に加熱す
る。この状態で放置するとSiも完全に溶け三元合
金が出来た。650℃まで温度を下げても溶融状態
は保たれていた。 この三元合金を、第２図に示した如き構造のイ
オンビーム発生装置のエミツタ電極の周りに液体
金属イオン源として装填しエミツタ電極を650℃
〜700℃に加熱し、エミツタ電極と引き出し電極
間に６〜8KVを印加することにより、Al−Si−
Mgイオンビームが電極先端より放出された。 この放出された混合イオンビームは質量分離器
を制御することにより、目的とする元素のイオン
ビームのみ選択的に分離し、基板へ導びくことが
出来た。
BN等のルツボに、アルミニウムとマグネシウム
を所定の比率入れ、真空中で約800℃まで加熱す
ると、溶融し、Al−Mg合金ができる。この溶融
合金にSiを所定量少しづつ加えていくと、Al−
Mg−Siの三元合金ができる。この溶融合金は温
度を700℃以下に下げても溶融状態を保つており、
所定の形状に成型、冷却し、液体金属イオン源と
する。 第２図はこの発明の三元合金を液体金属イオン
源として用いて基板結晶にイオンを注入する一実
施例を示し、１は電界放出型イオン発生部であつ
て、エミツタ電極２の先端付近のリザーバに三元
合金３を液体金属イオン源として装填する。エミ
ツター電極２を所定の温度加熱して合金３が溶融
したら、エミツタ電極２とその前方に配置された
イオン引き出し電極４に数KVの電圧を印加する
と、電界蒸発、電界電離などにより、イオン発生
部１より三つの元素を混合したイオンビーム５が
放出されることになり、前絞収束系６を通つて質
量分離器７へ導かれる。 質量分離器７では混合イオン８より目的とする
イオンのみを選択的に分離、放出する。放出され
た目的とするイオンのビーム９はイオン収束系１
０にて収束され、偏向電極１１により基板結晶１
２の所定の位置にイオンを注入し、パターンの描
画を行う。目的とするイオンの注入が完了した
ら、質量分離器７に指令信号を送り、次の目的と
するイオンのみを選択的に分離、放出させ、前述
と同様に所定のパターンの描画を行う。 上述の如く、この発明による三元合金を電界放
出型イオンビーム発生装置の液体金属イオン源と
して用いることにより、一つのイオン源でｎ型、
ｐ型、アイソレーシヨン用不純物イオンを発生す
ることができ、従つてイオン注入工程中にイオン
源を取り替えることなく、任意の不純物イオンを
同一基板結晶上に連続注入することができ且つ形
成されたデバイス間のアイソレーシヨンもできる
ので、最近提案されているサブミクロンのオーダ
で収束されたイオンビームによるマスクレスイオ
ン注入に利用し、高集積化された電子デバイス、
光デバイスが容易に形成されることになる。 次にこの発明の実施例を述べる。 BN製ルツボの中にAlを50ｇ、Mgを45ｇ、Si
を12ｇの割合で入れ、真空中にて800℃に加熱す
る。この状態で放置するとSiも完全に溶け三元合
金が出来た。650℃まで温度を下げても溶融状態
は保たれていた。 この三元合金を、第２図に示した如き構造のイ
オンビーム発生装置のエミツタ電極の周りに液体
金属イオン源として装填しエミツタ電極を650℃
〜700℃に加熱し、エミツタ電極と引き出し電極
間に６〜8KVを印加することにより、Al−Si−
Mgイオンビームが電極先端より放出された。 この放出された混合イオンビームは質量分離器
を制御することにより、目的とする元素のイオン
ビームのみ選択的に分離し、基板へ導びくことが
出来た。
第１図Ａ−ＣはそれぞれAl−Mg、Mg−Si、
Al−Si合金の組成比と融点の関係を示すグラフ、
第２図はイオン注入装置の一実施例を示す概略構
成図である。 １……電界放電型イオン発生部、２……エミツ
タ電極、３……液体金属イオン源、５……混合イ
オンビーム、７……質量分離器、９……選択イオ
ンビーム、１２……基板結晶。
Al−Si合金の組成比と融点の関係を示すグラフ、
第２図はイオン注入装置の一実施例を示す概略構
成図である。 １……電界放電型イオン発生部、２……エミツ
タ電極、３……液体金属イオン源、５……混合イ
オンビーム、７……質量分離器、９……選択イオ
ンビーム、１２……基板結晶。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ Al−Si−Mgの三元合金であつて、AlとMg
の比率は30−70原子％：70−30原子％であり、 Siは上記Al−Mgに対し８〜16原子％の組成比
で構成されていることを特徴とする電界放出型イ
オンビーム発生装置用液体金属イオン源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP475284A JPS60150534A (ja) | 1984-01-17 | 1984-01-17 | 電界放出型イオンビ−ム発生装置用液体金属イオン源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP475284A JPS60150534A (ja) | 1984-01-17 | 1984-01-17 | 電界放出型イオンビ−ム発生装置用液体金属イオン源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60150534A JPS60150534A (ja) | 1985-08-08 |
| JPH0358130B2 true JPH0358130B2 (ja) | 1991-09-04 |
Family
ID=11592638
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP475284A Granted JPS60150534A (ja) | 1984-01-17 | 1984-01-17 | 電界放出型イオンビ−ム発生装置用液体金属イオン源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60150534A (ja) |
-
1984
- 1984-01-17 JP JP475284A patent/JPS60150534A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60150534A (ja) | 1985-08-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |