JPH0555968B2 - - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
この発明に半導体素子製造におけるマイクロビ
ームによるイオン注入方法に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to an ion implantation method using a microbeam in semiconductor device manufacturing.
（従来の技術）
半導体素子製造におけるイオン注入技術におい
て、従来、数mmから数十cmの大口径のイオンビー
ムを、基板上に形成したレジストパターンをマス
クとして照射するのが一般的であつた。(Prior Art) Conventionally, in ion implantation technology used in the manufacture of semiconductor devices, it has been common to irradiate a large diameter ion beam with a diameter of several millimeters to several tens of centimeters using a resist pattern formed on a substrate as a mask.
最近では、これにかわり、直接液体金属表面か
ら強電界によりイオンを取り出す形式の液体金属
イオン源（Liquid Metal Ion Source；以下
LMISという）の開発が進み、それを集束イオン
ビーム（Focused Ion Beam；以下FIBという）
形成装置に搭載してマイクロトーピング、マイク
ロエツチングなどのマイクレスの微細加工が可能
になつた。 Recently, instead of this, a liquid metal ion source (Liquid Metal Ion Source;
The development of LMIS (hereinafter referred to as LMIS) is progressing, and focused ion beam (hereinafter referred to as FIB)
When installed in a forming device, it has become possible to perform micro-machining such as micro-toping and micro-etching without using a microphone.
しかし、シリコンを主体とした大規模集積回路
製造への応用に着目した場合、(i)ドーパント元素
（例としてＢ、As、Ｐ）、(ii)電極形成のための金
属元素（例としてPt、Ni、Pd）、そして(iii)注入し
ようとする領域を走査イオン顕微鏡（以下SIMと
いう）像で観察するために必要な元素、好ましく
はデバイス特性に影響を与えない元素、（例とし
てSi）がLMIS材料として含まれていることが不
可欠である。上記の元素のうちAs、Ｐは蒸気圧
が高くガス化しやすく、またＢ、Ptは高融点で
あるため、イオン電流密度が小さいため、LMIS
材料としてこれらの元素を単体で使用することは
できない。このため必要とされる元素を混合し共
晶化することで、上記の欠点をなくすことがなさ
れ、文献マイクロエレクトロニクス−ホトニク
ス、マテリアルズ、センサーズ アンド テクノ
ロジー（Microelectronics−Photonics、
Materials、Sensors and Technology）vo1.10、
p.21には、Au−Si−Be、Pd−Ni、Si−Be−Ｂ、
Pd−As、Pd−As−Ｂ、Ni−Ｂ−Si、Pd−As、
Ｂ−Ｐ、Cu−Ｐ等のLMIS材料が開示されてい
る。一方、エミツタ材料としては、それらの
LMIS材料（合金）の溶融時、LMIS材料と化学
反応しにくく、且つ両者の濡れがよい材料が必要
とされる。 However, when focusing on application to the manufacture of large-scale integrated circuits based on silicon, (i) dopant elements (e.g. B, As, P), (ii) metal elements for electrode formation (e.g. Pt, (Nickel, Pd), and (iii) an element necessary to observe the region to be implanted using a scanning ion microscope (SIM) image, preferably an element that does not affect device characteristics (for example, Si). It is essential to be included as an LMIS material. Among the above elements, As and P have high vapor pressure and are easily gasified, and B and Pt have high melting points, so the ion current density is small, so LMIS
These elements cannot be used alone as materials. For this reason, by mixing the necessary elements and making them eutectic, the above-mentioned drawbacks were eliminated.
Materials, Sensors and Technology) vo1.10,
p.21 includes Au-Si-Be, Pd-Ni, Si-Be-B,
Pd-As, Pd-As-B, Ni-B-Si, Pd-As,
LMIS materials such as BP and Cu-P have been disclosed. On the other hand, as emitsuta materials, those
When melting the LMIS material (alloy), a material is required that does not easily chemically react with the LMIS material and has good wettability with the LMIS material.
（発明が解決しようとする問題点）
しかしながら、Pd、Ni、Ｂ、As、Si等を共晶
合金化し、LMIS材料として使用した場合であつ
ても、Ｂ、Asは合金内で十分共晶せずそれ故、
Asの優先的蒸発や、Ｂの偏折が生じ十分なイオ
ン電流を得ることができなかつた。またＢ、Ni
は従来のＷ、Ta、Moなどのエミツタ材料と強い
化学反応を起こし、長時間にわたり安定したイオ
ン電流が得られないという問題があつた。(Problem to be solved by the invention) However, even when Pd, Ni, B, As, Si, etc. are made into a eutectic alloy and used as an LMIS material, B and As are not sufficiently eutectic in the alloy. Therefore,
Preferential evaporation of As and polarization of B occurred, making it impossible to obtain a sufficient ion current. Also B, Ni
This caused a strong chemical reaction with conventional emitter materials such as W, Ta, and Mo, making it impossible to obtain a stable ion current over a long period of time.
この発明の目的はシリコンデバイスにとつて必
要な元素を含有し、十分にイオン電流密度が高
く、かつイオン源を劣化されることのないイオン
注入方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an ion implantation method that contains elements necessary for silicon devices, has a sufficiently high ion current density, and does not cause deterioration of the ion source.
（問題点を解決するための手段）
この発明は、前記問題点を解決するために基体
表面にＢ及びまたはAsをイオン注入するにあた
つて、Pt−Si−As−Ｂ合金であつてＢ及びAsを
それぞれ少なくとも10原子％以上含有する合金を
溶融状態にて溜め部に保持し、この合金をこの溜
部からエミツタに供給し、このエミツタの先端に
高電界を印加することによつて前記エミツタの先
端からイオンを引出すようにしたものである。さ
らに、エミツタ材料として、Ｗ−Re（レニウム）
合金を用いることでこれにより、合金との化学反
応を極力押えるようにしたものである。(Means for Solving the Problems) In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a method for ion-implanting B and/or As into the surface of a substrate by using a Pt-Si-As-B alloy. An alloy containing at least 10 atomic percent or more of As and As, respectively, is held in a molten state in a reservoir, and this alloy is supplied from this reservoir to an emitter, and a high electric field is applied to the tip of the emitter. Ions are drawn out from the tip of the emitter. In addition, W-Re (rhenium) is used as an emitter material.
By using an alloy, the chemical reaction with the alloy is suppressed as much as possible.
（作用）
以上のように本発明によれば、FIBにおける
LMIS材料としてPt−Si−As−Ｂの４元合金を用
いているので、Ｂ、Asイオンを連続注入するこ
とができる。またPtイオンを注入することで必
要な領域に電極を形成することが可能である。さ
らにSiイオンも放出できるので、素子特性に影響
を及ぼすことなくSIM観察することができる。さ
らにエミツタ材料としてＷ−Re合金を用いるこ
とで、Pt−Si−As−Ｂ合金との反応を押えるこ
とができ、長時間安定したイオン電流を得ること
ができる。(Function) As described above, according to the present invention, in FIB
Since a quaternary alloy of Pt-Si-As-B is used as the LMIS material, B and As ions can be continuously implanted. Furthermore, by implanting Pt ions, it is possible to form electrodes in required areas. Furthermore, since Si ions can also be released, SIM observation can be performed without affecting device characteristics. Furthermore, by using W-Re alloy as the emitter material, reaction with the Pt-Si-As-B alloy can be suppressed, and a stable ion current can be obtained for a long time.
（実施例）
第１〜第３図は本発明の実施例を説明するため
の図であり、以下図面を用いて説明する。(Example) FIGS. 1 to 3 are diagrams for explaining an example of the present invention, which will be explained below using the drawings.
第１図はFIB装置におけるイオン源部分の概略
構成図である。１はエミツタ、２はヒーター、３
はLMIS材料である。エミツタチツプ１及びヒー
ター２は共に0.2mmφの75原子％Ｗ−25原子％Re
（レニウム）合金線を使用し、点Ａの部分におい
て点溶接してある。また、エミツタ１の先端はヒ
ーターより0.5mm突出しており、エミツタ１の先
端部におけるヒーター２との間隔は２mm程度であ
る。本実施例ではLMIS材料３としてPt−Si−As
−Ｂ〔Pt：Si：As：Ｂ＝４：４：１：１（原子
比）〕の共晶合金を使用した。なお、このPt−Si
−As−Ｂ合金は以下に述べる手順で作製した。
最初に、各々の元素を計量し、石英管に真空封入
した。次に1000℃で強制加熱し、これらの元素を
混合した。さらに800〜1000℃で30〜50時間、炉
アニールを行ない均一化した。このLMIS材料を
ヒーター部分２に載置し、ヒーター２により温度
800℃に加熱し、エミツタ１の先端に1V／Åの高
電界を印加することにより、Si基板に対しアクセ
プタとなるＢイオン及びドナーとなるAsイオン
を引き出し、図示しないウインフイルター等の通
常用いられている質量分離器により選択的にそれ
ぞれＢイオン及びAsイオンを注入する。 FIG. 1 is a schematic diagram of the ion source portion of the FIB device. 1 is the emitter, 2 is the heater, 3
is the LMIS material. Emitsutachi tip 1 and heater 2 are both 0.2 mmφ 75 atomic% W - 25 atomic% Re
(Rhenium) alloy wire is used and spot welded at point A. Further, the tip of the emitter 1 protrudes 0.5 mm from the heater, and the distance between the tip of the emitter 1 and the heater 2 is about 2 mm. In this example, Pt-Si-As is used as the LMIS material 3.
-B [Pt:Si:As:B=4:4:1:1 (atomic ratio)] eutectic alloy was used. Furthermore, this Pt-Si
-As-B alloy was produced by the procedure described below.
First, each element was weighed and vacuum sealed in a quartz tube. Next, these elements were mixed by forced heating at 1000°C. Furnace annealing was further performed at 800 to 1000°C for 30 to 50 hours to achieve uniformity. This LMIS material is placed on the heater part 2, and the temperature is controlled by the heater 2.
By heating to 800°C and applying a high electric field of 1V/Å to the tip of emitter 1, B ions as acceptors and As ions as donors are drawn out from the Si substrate. B ions and As ions are selectively implanted using a mass separator, respectively.
第２図は放出したイオン電流を計測するための
電極配置図を示したものである。４はイオン源部
分、５は引き出し電極、６はフアラデーカツプで
ある。計測には1°の角度以内に放出されたイオン
電流を測定するようになつている。この装置を用
いて、LMIS材料としてPt−Si−As−Ｂ共晶合金
を搭載し、引き出し電極５に印加される引き出し
電圧に対するイオ電流をフアラデーカツプ６によ
り計測した。第３図はこの引き出し電圧−イオン
電流放出特性を示したものである。横軸は電圧で
あり、縦軸はイオン電流を示している。また、こ
のPt−Si−As−ＢのLMISにおいて、95原子％Ｗ
−５原子％Re合金をエミツタ材料として使用し
た結果、動作時間２時間で、合金との反応によ
り、第１図に示されるヒーター部分が断線した。
また10原子％以上のReを含有するＷ−Re合金を
使用した場合では、断線によるイオン源の劣化は
生じなかつた。 FIG. 2 shows the arrangement of electrodes for measuring the emitted ion current. 4 is an ion source portion, 5 is an extraction electrode, and 6 is a Faraday cup. The measurement involves measuring the ion current emitted within an angle of 1°. Using this device, a Pt-Si-As-B eutectic alloy was mounted as the LMIS material, and the ionic current with respect to the extraction voltage applied to the extraction electrode 5 was measured using the Faraday cup 6. FIG. 3 shows this extraction voltage-ion current emission characteristic. The horizontal axis represents voltage, and the vertical axis represents ionic current. In addition, in this Pt-Si-As-B LMIS, 95 atomic% W
As a result of using a -5 atomic % Re alloy as the emitter material, the heater portion shown in FIG. 1 was disconnected due to reaction with the alloy after 2 hours of operation.
Further, when a W-Re alloy containing 10 atomic % or more of Re was used, the ion source did not deteriorate due to disconnection.
以上のように本発明の実施例によれば、集束イ
オンビームによるイオン注入を行うにあたり、
FIB装置にLMIS材料としてPt−Si−As−Ｂ共晶
合金を搭載し、エミツタ材料としてＷ−Re合金
を用いているので、高いイオン電流密度で且つ長
時間にわたつてイオン注入することができる。さ
らに、Si基板に対してアクセプタとなるＢイオン
及びドナーとなるAsイオンを連続注入すること
ができ、またPtイオンを注入することで必要な
領域に電極を形成することが可能となる。さらに
Siイオンも放出できるので、素子特性に影響を及
ぼすことなくSIM観察することができる。 As described above, according to the embodiment of the present invention, when performing ion implantation using a focused ion beam,
Since the FIB device is equipped with a Pt-Si-As-B eutectic alloy as the LMIS material and W-Re alloy is used as the emitter material, ions can be implanted at high ion current density and over a long period of time. . Furthermore, B ions serving as acceptors and As ions serving as donors can be continuously implanted into the Si substrate, and electrodes can be formed in required regions by implanting Pt ions. moreover
Since Si ions can also be released, SIM observation can be performed without affecting device characteristics.
（発明の効果）
以上詳細に説明したように、本発明によれば
FIBのLMIS材料としてPt−Si−As−Ｂ共晶合金
を用いることによつて、Ptイオン、Siイオン、
Asイオン及びＢイオンをそれぞれ選択的に微小
領域内へ高いイオン電流密度でイオン注入するこ
とが可能となる。また、エミツタ材料としてＷ−
Re合金を用いることによつてエミツタの劣化を
抑制でき長時間にわたつてイオン注入することが
可能となる。(Effect of the invention) As explained in detail above, according to the present invention,
By using Pt-Si-As-B eutectic alloy as the FIB LMIS material, Pt ions, Si ions,
It becomes possible to selectively implant As ions and B ions into minute regions at a high ion current density. In addition, W-
By using a Re alloy, deterioration of the emitter can be suppressed and ion implantation can be carried out over a long period of time.
第１図はFIB装置におけるイオン源部分の概略
構成図、第２図は放出したイオン電流を計測する
ための電極配置図、第３図は引き出し電圧−イオ
ン電流放出特性を示すグラフである。
１……エミツタチツプ、２……ヒーター、３…
…LMIS材料、４……イオン源、５……引き出し
電極、６……フアラデーカツプ。
FIG. 1 is a schematic diagram of the ion source portion of the FIB device, FIG. 2 is a diagram showing the arrangement of electrodes for measuring the emitted ion current, and FIG. 3 is a graph showing the extraction voltage vs. ion current emission characteristics. 1... Emitsuta tip, 2... Heater, 3...
...LMIS material, 4...Ion source, 5...Extraction electrode, 6...Faraday cup.
Claims (1)
をイオン注入するにあたり、 白金、シリコン、ヒ素、ホウ素からなる４元合
金を溶融状態にて溜め部に保持し、 前記４元合金を前記溜め部からエミツタに供給
し、 前記エミツタの先端に高電界を印加することに
よつて前記エミツタの先端からイオンを引出すこ
とを特徴とするイオン注入方法。 ２ 前記エミツタは、レニウム（Re）−タングス
テン(W)合金からなることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載のイオン注入方法。[Claims] 1. Boron (B) and/or arsenic (As) on the surface of the substrate
For ion implantation, a quaternary alloy consisting of platinum, silicon, arsenic, and boron is held in a molten state in a reservoir, the quaternary alloy is supplied from the reservoir to an emitter, and a high electric field is applied to the tip of the emitter. An ion implantation method characterized in that ions are extracted from the tip of the emitter by applying . 2. The ion implantation method according to claim 1, wherein the emitter is made of a rhenium (Re)-tungsten (W) alloy.
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62200001A JPS6445044A (en) | 1987-08-12 | 1987-08-12 | Process of ion implantation |
| US07/227,255 US4892752A (en) | 1987-08-12 | 1988-08-02 | Method of ion implantation |
| DE3855897T DE3855897T2 (en) | 1987-08-12 | 1988-08-11 | Ion implantation method |
| EP88307442A EP0303486B1 (en) | 1987-08-12 | 1988-08-11 | Method of ion implantation |
| KR1019880010320A KR920005348B1 (en) | 1987-08-12 | 1988-08-12 | Ion implantation method |
| US07/371,976 US4946706A (en) | 1987-08-12 | 1989-06-27 | Method of ion implantation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62200001A JPS6445044A (en) | 1987-08-12 | 1987-08-12 | Process of ion implantation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6445044A JPS6445044A (en) | 1989-02-17 |
| JPH0555968B2 true JPH0555968B2 (en) | 1993-08-18 |
Family
ID=16417144
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62200001A Granted JPS6445044A (en) | 1987-08-12 | 1987-08-12 | Process of ion implantation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6445044A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0722730U (en) * | 1993-10-07 | 1995-04-25 | 源重 加藤 | Tray for handicapped people |
-
1987
- 1987-08-12 JP JP62200001A patent/JPS6445044A/en active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0722730U (en) * | 1993-10-07 | 1995-04-25 | 源重 加藤 | Tray for handicapped people |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6445044A (en) | 1989-02-17 |
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| EXPY | Cancellation because of completion of term |