JPH0555968B2 - - Google Patents

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。

（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。

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。

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。

（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。

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。

（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。

（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。

（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。

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。

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。

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。

（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。

【図面の簡単な説明】

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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基体表面にホウ素(B)及び、またはヒ素（As）
   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。