JPH0414456B2 - - Google Patents
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- JPH0414456B2 JPH0414456B2 JP59054340A JP5434084A JPH0414456B2 JP H0414456 B2 JPH0414456 B2 JP H0414456B2 JP 59054340 A JP59054340 A JP 59054340A JP 5434084 A JP5434084 A JP 5434084A JP H0414456 B2 JPH0414456 B2 JP H0414456B2
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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
- H01J27/26—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)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
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液体金属イオン源に関し、
更に詳しくは液体金属イオン源の合金金属イオン
種材に関するものである。
どに用いる電界放出型液体金属イオン源に関し、
更に詳しくは液体金属イオン源の合金金属イオン
種材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、各種
トランジスタ、ダイオード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、レジストマスクの作成などの煩雑な作業の
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、このマスクレスイオン注入方法においても、
既にイオンを注入した領域の上に重ねて第２のイ
オン注入を行う場合、イオン源を交換するとイオ
ン発生部とイオン加束収束系、イオン偏向電極系
の間に厳しい軸合せを必要とし、大変手間を取る
ことになる。
光ダイオード、光検知器などの光デバイス、各種
トランジスタ、ダイオード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、レジストマスクの作成などの煩雑な作業の
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、このマスクレスイオン注入方法においても、
既にイオンを注入した領域の上に重ねて第２のイ
オン注入を行う場合、イオン源を交換するとイオ
ン発生部とイオン加束収束系、イオン偏向電極系
の間に厳しい軸合せを必要とし、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
い光一電子デバイスの製造が容易に可能となる。
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
い光一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にイオン注入を
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。
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の合金金
属イオン種材として用いる場合、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
イオン種材の延長として、双方のイオンを含む
Au−Si−Beの三元合金を提案した（特願昭57−
105398号（特公昭59−48795号公報））。
属イオン種材として用いる場合、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
イオン種材の延長として、双方のイオンを含む
Au−Si−Beの三元合金を提案した（特願昭57−
105398号（特公昭59−48795号公報））。
しかるに、更に技術の進歩によりｐ型とｎ型の
不純物元素のみでなく、基板に形成した各デパイ
ス間のアイソレーシヨンを完全にするために、Ｂ
の如きアイソレーシヨンのための不純物元素を含
むような合金金属イオン種材の実現の要求が高ま
つてきた。この要求にこたえて、本出願人はPd
−Si−Be−Ｂから成る四元合金を提案した（特
願昭59−4752号（特開昭60−150534号公報））。
不純物元素のみでなく、基板に形成した各デパイ
ス間のアイソレーシヨンを完全にするために、Ｂ
の如きアイソレーシヨンのための不純物元素を含
むような合金金属イオン種材の実現の要求が高ま
つてきた。この要求にこたえて、本出願人はPd
−Si−Be−Ｂから成る四元合金を提案した（特
願昭59−4752号（特開昭60−150534号公報））。
第１図は電界放出型液体金属イオン源の概略構
造の一例を示し、エミツタ電極１は電極母体２の
先端に支持され、エミツタ電極１の胴部は電極母
体２より突設された環状部材３により囲まれ、両
者によつて形成された環状空間はリザーバ（溜）
となり、上述の合金金属イオン種材４が装填され
ることになる。
造の一例を示し、エミツタ電極１は電極母体２の
先端に支持され、エミツタ電極１の胴部は電極母
体２より突設された環状部材３により囲まれ、両
者によつて形成された環状空間はリザーバ（溜）
となり、上述の合金金属イオン種材４が装填され
ることになる。
エミツタ電極１を電極母体２を介して所定の温
度に加熱し、イオン種別４は溶融温度に達すると
電極４の胴部を伝わり先端部に向つて流動し、電
極４は溶融している合金金属イオン種材で被覆さ
れた状態となる。このような状態に達したら、エ
ミツタ電極１とその前方に配置したイオン引き出
し電極５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、エミツタ電極１の先端より
イオンビーム６が放出されることになる。イオン
種材４とエミツタ電極１の濡れが良いと、イオン
ビームの放出に伴つて、溶融しているイオン種材
の電極先端への流動が滑らかに行われ、イオンビ
ームの放出が安定に継続して行われることにな
る。
度に加熱し、イオン種別４は溶融温度に達すると
電極４の胴部を伝わり先端部に向つて流動し、電
極４は溶融している合金金属イオン種材で被覆さ
れた状態となる。このような状態に達したら、エ
ミツタ電極１とその前方に配置したイオン引き出
し電極５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、エミツタ電極１の先端より
イオンビーム６が放出されることになる。イオン
種材４とエミツタ電極１の濡れが良いと、イオン
ビームの放出に伴つて、溶融しているイオン種材
の電極先端への流動が滑らかに行われ、イオンビ
ームの放出が安定に継続して行われることにな
る。
この液体金属イオン源のエミツタ電極１は通常
タングステンで構成されており、上述のPd−Si
−Be−Ｂの四元合金をイオン種材として用いた
とき、エミツタ電極との濡れがあまりよくないた
め、時折イオンビームの放出が断続し、安定なイ
オンビームの放出が継続して得られなかつた。こ
のことは微細な収束イオンビームを用いて精確に
制御しながらイオンの注入を行うマスクレスイオ
ン注入においては致命的な欠点となる。
タングステンで構成されており、上述のPd−Si
−Be−Ｂの四元合金をイオン種材として用いた
とき、エミツタ電極との濡れがあまりよくないた
め、時折イオンビームの放出が断続し、安定なイ
オンビームの放出が継続して得られなかつた。こ
のことは微細な収束イオンビームを用いて精確に
制御しながらイオンの注入を行うマスクレスイオ
ン注入においては致命的な欠点となる。
この発明は上記に鑑み、ｐ型、ｎ型及びアイソ
レーシヨン用の不純物元素を含み、タングステン
エミツタ電極との濡れが優れている液体金属イオ
ン源の合金金属イオン種材を開発するため鋭意研
究の結果、先に提案したPd−Si−Be−Ｂから成
る四元合金中の母体金属として用いたPdに更に
母体金属としてNiを加えて五元合金とすること
によりタングステンとの濡れが改善され、安定な
イオンビームの放出が継続して得られることを見
出してこの発明を完成した。
レーシヨン用の不純物元素を含み、タングステン
エミツタ電極との濡れが優れている液体金属イオ
ン源の合金金属イオン種材を開発するため鋭意研
究の結果、先に提案したPd−Si−Be−Ｂから成
る四元合金中の母体金属として用いたPdに更に
母体金属としてNiを加えて五元合金とすること
によりタングステンとの濡れが改善され、安定な
イオンビームの放出が継続して得られることを見
出してこの発明を完成した。
以下、この発明を第２図に基いて説明すると、
第２図ａはPd−Be合金の組成比と融点の関係を
示すグラフであつて、Pd，Be共に単体であると
融点が1500℃前後であるが、Beが２重量％程度
含まれた合金の融点は約930℃に下がる。一方、
Pd−Si合金の場合は第２図ｂに示すように、Si
が４〜５重量％Pdに添加された合金は融点が800
℃近くまで下がる。また、Be−Si合金の場合は
第２図ｃに示すようにSiが60重量％程度含まれた
ときの合金の融点は1000℃以下となる。更にＢの
単体の融点は1500℃以上であるが、Ｂが約3.5重
量％含んだPd−Ｂ合金の融点は第２図ｄに示す
ように850℃以下となる。また、Ｂ−Ni合金の場
合は第２図ｅに示すようにＢが13重量％程度含ま
れた合金の融点は約1000℃となる。
第２図ａはPd−Be合金の組成比と融点の関係を
示すグラフであつて、Pd，Be共に単体であると
融点が1500℃前後であるが、Beが２重量％程度
含まれた合金の融点は約930℃に下がる。一方、
Pd−Si合金の場合は第２図ｂに示すように、Si
が４〜５重量％Pdに添加された合金は融点が800
℃近くまで下がる。また、Be−Si合金の場合は
第２図ｃに示すようにSiが60重量％程度含まれた
ときの合金の融点は1000℃以下となる。更にＢの
単体の融点は1500℃以上であるが、Ｂが約3.5重
量％含んだPd−Ｂ合金の融点は第２図ｄに示す
ように850℃以下となる。また、Ｂ−Ni合金の場
合は第２図ｅに示すようにＢが13重量％程度含ま
れた合金の融点は約1000℃となる。
上記の事実に基き、検討、実験を重ねた結果、
母体金属としてのPdに対してNiを加え、その組
成比が70〜80：20〜30重量％の範囲の合金はタン
グステンに対して濡れが良くなる。また上記の組
成比の母体金属と、−族化合物半導体のｎ型
の不純物元素となるSi，ｐ型の不純物元素となる
Be、アイソレーシヨン用の不純物元素となるＢ
を不純物の合計とが93.0〜96.5：3.5〜7.0重量％
の範囲の割合で構成された五元合金の融点は900
℃以下で、溶融したときにタングステンに対して
良好な濡れを示し、電界放出型液体金属イオン源
の合金金属イオン種材として好適に用いることが
できる。
母体金属としてのPdに対してNiを加え、その組
成比が70〜80：20〜30重量％の範囲の合金はタン
グステンに対して濡れが良くなる。また上記の組
成比の母体金属と、−族化合物半導体のｎ型
の不純物元素となるSi，ｐ型の不純物元素となる
Be、アイソレーシヨン用の不純物元素となるＢ
を不純物の合計とが93.0〜96.5：3.5〜7.0重量％
の範囲の割合で構成された五元合金の融点は900
℃以下で、溶融したときにタングステンに対して
良好な濡れを示し、電界放出型液体金属イオン源
の合金金属イオン種材として好適に用いることが
できる。
上記の三種のSi−Be−Ｂ不純物元素の添加比
3.5〜7.0重量％の詳細はSiが1.5〜2.5重量％、Be
が0.5〜2.0重量％、Ｂが1.5〜2.5重量％である。
3.5〜7.0重量％の詳細はSiが1.5〜2.5重量％、Be
が0.5〜2.0重量％、Ｂが1.5〜2.5重量％である。
母体金属Pd，Niに対する不純物元素の添加比
が上記の範囲であると、得られた合金の融点は
800〜900℃程度の範囲内となるが、添加比が上記
範囲を超えると、特にＢの添加量が多くなると、
融点は急激に上昇し、1000℃以上となると合金金
属イオン種材としては不適当となる。
が上記の範囲であると、得られた合金の融点は
800〜900℃程度の範囲内となるが、添加比が上記
範囲を超えると、特にＢの添加量が多くなると、
融点は急激に上昇し、1000℃以上となると合金金
属イオン種材としては不適当となる。
次にこの五元合金の製造法の一例を述べると、
所定量秤量した五種の元素を真空状態の容器に入
れ、次いでArガスを導入して、Arガス雰囲気中
で1500℃程度で加熱することにより溶融し、各元
素が均等に分散したら加熱を停止することにより
合金金属イオン種材として好適に用いられる五元
合金が得られる。
所定量秤量した五種の元素を真空状態の容器に入
れ、次いでArガスを導入して、Arガス雰囲気中
で1500℃程度で加熱することにより溶融し、各元
素が均等に分散したら加熱を停止することにより
合金金属イオン種材として好適に用いられる五元
合金が得られる。
以上、原因は未だに解明されていないが、母体
金属としてPdにNiを加えた二元合金を用いて合
金金属イオン種材を構成することにより液体金属
イオン源エミツタ電極として用いられているタン
グステンに対する濡れが改善され、安定したイオ
ンビームの放出を連続して行うことができるの
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
デバイスの形成が効率良く行われることになる。
金属としてPdにNiを加えた二元合金を用いて合
金金属イオン種材を構成することにより液体金属
イオン源エミツタ電極として用いられているタン
グステンに対する濡れが改善され、安定したイオ
ンビームの放出を連続して行うことができるの
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
デバイスの形成が効率良く行われることになる。
次にこの発明を実施例により説明する。Pd7.45
ｇ、Ni2.1ｇ、Si0.18ｇ、Be0.07ｇ、B0.19ｇを秤
量し、BN製坩堝へ入れ真空とした後にArガスを
導入し、Arガス雰囲気中で坩堝を約1600℃の温
度で加熱し、溶融させて五元合金を得た。この合
金の融点は約800℃であつた。
ｇ、Ni2.1ｇ、Si0.18ｇ、Be0.07ｇ、B0.19ｇを秤
量し、BN製坩堝へ入れ真空とした後にArガスを
導入し、Arガス雰囲気中で坩堝を約1600℃の温
度で加熱し、溶融させて五元合金を得た。この合
金の融点は約800℃であつた。
この合金はイオン種材として液体金属イオン源
のエミツタ電極のリザーバに装填し、エミツタ電
極と引き出し電極に6kVを印加することによりイ
オンビームが電極先端より放出され、このイオン
ビームの放出を10分間継続して行つたが、途絶え
は見られず、極めて安定であつた。
のエミツタ電極のリザーバに装填し、エミツタ電
極と引き出し電極に6kVを印加することによりイ
オンビームが電極先端より放出され、このイオン
ビームの放出を10分間継続して行つたが、途絶え
は見られず、極めて安定であつた。
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イオン種のイオ
ンビームのみ選択的に分離し、半導体基板へ導く
ことができた。
を制御することにより目的とするイオン種のイオ
ンビームのみ選択的に分離し、半導体基板へ導く
ことができた。
第１図は電界放出型液体金属イオン源の概略構
成図、第２図ａ〜ｅはそれぞれPd−Be，Pd−
Si，Be−Si，Pd−Ｂ，Ni−Ｂ合金の組成比と融
点の関係を示すグラフである。 １……エミツタ電極、２……電極母体、４……
合金金属イオン種材、５……イオン引き出し電
極。
成図、第２図ａ〜ｅはそれぞれPd−Be，Pd−
Si，Be−Si，Pd−Ｂ，Ni−Ｂ合金の組成比と融
点の関係を示すグラフである。 １……エミツタ電極、２……電極母体、４……
合金金属イオン種材、５……イオン引き出し電
極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ エミツタ電極と該エミツタ電極のリザーバに
装填される合金金属イオン種材と該エミツタ電極
の前方に設けられたイオン引き出し電極とから成
る電界放出型液体金属イオン源において、 該合金金属イオン種材は母体金属とｎ型不純物
元素とｐ型不純物元素とアイソレーシヨン用不純
物元素を含み、母体金属はPdとNiとが70〜80：
20〜30重量％の割合で構成していることを特徴と
する電界放出型液体金属イオン源。 ２ 母体金属と三種の不純物元素の合計とが93〜
97：３〜７重量％である特許請求の範囲第１項記
載の液体金属イオン源。 ３ ｎ型不純物元素がSi、ｐ型不純物元素がBe、
アイソレーシヨン用不純物元素がＢである特許請
求の範囲第１項記載の液体金属イオン源。 ４ Siが1.5〜2.5重量％、Beが0.5〜2.0重量％、
Ｂが1.5〜2.5重量％の範囲である特許請求の範囲
第１項ないし第３項のいずれかに記載の液体金属
イオン源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59054340A JPS60200433A (ja) | 1984-03-23 | 1984-03-23 | 電界放出型液体金属イオン源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59054340A JPS60200433A (ja) | 1984-03-23 | 1984-03-23 | 電界放出型液体金属イオン源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60200433A JPS60200433A (ja) | 1985-10-09 |
| JPH0414456B2 true JPH0414456B2 (ja) | 1992-03-12 |
Family
ID=12967872
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59054340A Granted JPS60200433A (ja) | 1984-03-23 | 1984-03-23 | 電界放出型液体金属イオン源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60200433A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62237651A (ja) * | 1986-04-08 | 1987-10-17 | Nec Corp | イオン打ち込み装置用イオン源 |
| CN111534841B (zh) * | 2020-04-14 | 2021-07-30 | 北京航空航天大学 | 一种电场诱导液态金属在金属基底上的可逆润湿及应用 |
-
1984
- 1984-03-23 JP JP59054340A patent/JPS60200433A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60200433A (ja) | 1985-10-09 |
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Legal Events
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| EXPY | Cancellation because of completion of term |