JPS60200433A - 電界放出型液体金属イオン源 - Google Patents
電界放出型液体金属イオン源Info
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- JPS60200433A JPS60200433A JP59054340A JP5434084A JPS60200433A JP S60200433 A JPS60200433 A JP S60200433A JP 59054340 A JP59054340 A JP 59054340A JP 5434084 A JP5434084 A JP 5434084A JP S60200433 A JPS60200433 A JP S60200433A
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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)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
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。
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。
力゛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−３− 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
はハードウェア上の変更を無くシ、すべてソフトウェア
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乗
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。
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−３− 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
はハードウェア上の変更を無くシ、すべてソフトウェア
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乗
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。
従って、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、ｐ型及びアイソレーションのための不純
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ェアの変更、調整を行うことな
く、ソフトウェアの制御のみで同一基板をこ高集積化さ
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。
となく、ｐ型、ｐ型及びアイソレーションのための不純
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ェアの変更、調整を行うことな
く、ソフトウェアの制御のみで同一基板をこ高集積化さ
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。
■−ｖ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Ｂｇｑｓ型では
８（が代表的なものであることしかし、Ｂｇ 、 ８ｉ
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
下げる目的で麺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、Ａｍ −Ｂｇ ％ Ａｓｈ −
Ｓｉを使っ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 −Ｂｇ及びＡｍ−８４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Ａｓｈ −８４−Ｂｇの三元合金を提案した（特願昭
５７−１０５３９８号）。
のイオン種としてはこれまで、ｐ型ではＢｇｑｓ型では
８（が代表的なものであることしかし、Ｂｇ 、 ８ｉ
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
下げる目的で麺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、Ａｍ −Ｂｇ ％ Ａｓｈ −
Ｓｉを使っ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 −Ｂｇ及びＡｍ−８４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Ａｓｈ −８４−Ｂｇの三元合金を提案した（特願昭
５７−１０５３９８号）。
しかるに、更に技術の進歩によりｐ型とｐ型の不純物元
素のみでなく、基板に形成した各デバイス間のアイソレ
ーションを完全にするために、Ｂの如きアイソレーショ
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ってきた。この要求にこたえて、本
出願人はＰｄ−８４−Ｂｅ −Ｂから成る四元合金を提
−よ− 案した（特願昭５９−４７５２号）。
素のみでなく、基板に形成した各デバイス間のアイソレ
ーションを完全にするために、Ｂの如きアイソレーショ
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ってきた。この要求にこたえて、本
出願人はＰｄ−８４−Ｂｅ −Ｂから成る四元合金を提
−よ− 案した（特願昭５９−４７５２号）。
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、エミッタ電極ｌは電極母体コの先端に支持され
、エミッタ電極ｌの胴部は電極母体−より突設された環
状部材３により囲まれ、両者によっ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
ダが装填されることになる。
を示し、エミッタ電極ｌは電極母体コの先端に支持され
、エミッタ電極ｌの胴部は電極母体−より突設された環
状部材３により囲まれ、両者によっ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
ダが装填されることになる。
エミッタ電極ｌを電極母体λを介して所定の温度に加熱
し、イオン種材ｌは溶融温度に達すると電極ダの胴部を
伝わり先端部に向って流動し、電極ダは溶融している合
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、エミッタ電極ｌとその前方に配置した
イオン引き出し電極ｊ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、エミッタ電極／の先端より
イオンビーム≦が放出されることになる。イオン種材参
とエミッタ電極／の濡れが良いと、イオンビームの放出
に伴って、溶融しているイオン種材の電極先端への流動
が滑６− 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。
し、イオン種材ｌは溶融温度に達すると電極ダの胴部を
伝わり先端部に向って流動し、電極ダは溶融している合
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、エミッタ電極ｌとその前方に配置した
イオン引き出し電極ｊ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、エミッタ電極／の先端より
イオンビーム≦が放出されることになる。イオン種材参
とエミッタ電極／の濡れが良いと、イオンビームの放出
に伴って、溶融しているイオン種材の電極先端への流動
が滑６− 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ッタ電極／は通常タングス
テンで構成されており、上述のｐｄ −８ｉ −Ｂｇ
−Ｈの四元合金をイオン種材として用いたとき、エミッ
タ電極との濡れがあまりよくな゛スフレスイオン注入に
おいては致命的な欠点と１なる。
テンで構成されており、上述のｐｄ −８ｉ −Ｂｇ
−Ｈの四元合金をイオン種材として用いたとき、エミッ
タ電極との濡れがあまりよくな゛スフレスイオン注入に
おいては致命的な欠点と１なる。
ｊシ１この発明は上記に鑑み、ｐ型、ｐ型及びアイソレ
ーション用の不純物元素を含み、タングステンエミッタ
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 −Ｓｊ −Ｂｇ −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Ｎｉｆ加
えて三元合金とすることによシタングステンとの濡れが
改善され、−７− 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。
ーション用の不純物元素を含み、タングステンエミッタ
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 −Ｓｊ −Ｂｇ −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Ｎｉｆ加
えて三元合金とすることによシタングステンとの濡れが
改善され、−７− 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（
α）はＰｃ！ −Ｂｅ合金の組成比と融点の関係を示す
グラフであって、Ｐｄ、Ｂｅ共に単体であると融点が１
５００℃前後であるが、Ｂｇ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−８４合金
金場合は第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 ８ｉ合金の場合は第２図（１）に示す
ように８４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。
α）はＰｃ！ −Ｂｅ合金の組成比と融点の関係を示す
グラフであって、Ｐｄ、Ｂｅ共に単体であると融点が１
５００℃前後であるが、Ｂｇ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−８４合金
金場合は第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 ８ｉ合金の場合は第２図（１）に示す
ように８４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（１）に示すようにＢが１３
重景％程度含まれたときの合金の融点は約１０００℃と
なる。
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（１）に示すようにＢが１３
重景％程度含まれたときの合金の融点は約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Ｎｊを加え、その組成比が７０〜
ｓｏ ： 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、■−ｖ族化合物半導体のれ型の不純物元素となる
Ｂ１５ｐ型の不純物元素となるＢｅ％アイソレーション
用の不純物元素となるＢを不純物の合計とが９３０〜９
６．５ ： 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。
としてのＰｄに対してＮｊを加え、その組成比が７０〜
ｓｏ ： 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、■−ｖ族化合物半導体のれ型の不純物元素となる
Ｂ１５ｐ型の不純物元素となるＢｅ％アイソレーション
用の不純物元素となるＢを不純物の合計とが９３０〜９
６．５ ： 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８４−Ｂ＋＋−Ｂ不純物元素の添加比３．
５〜７．０重量％の詳細はＳｌが１．５〜２．５重量％
、Ｂ６が０．５〜２．０重量％、Ｂが１．５〜２５重量
％である。
５〜７．０重量％の詳細はＳｌが１．５〜２．５重量％
、Ｂ６が０．５〜２．０重量％、Ｂが１．５〜２５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８００〜９
００℃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。
上記の範囲であると、得られた合金の融点は８００〜９
００℃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。
９−
次にこの五元合金の製造法の一例を述べると、所定量秤
量した三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。
量した三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Ｎ１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ッタ電
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。
てＰｄにＮ１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ッタ電
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
ｆ ）Ｎｉ ２．１ ｆ 、 Ｓ４０．１８ ｆ ＳＢ
ｇｏ、０７ ｔ 、 Ｂ１０− ０．１９ ｆ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１６
００℃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℃であった。
ｆ ）Ｎｉ ２．１ ｆ 、 Ｓ４０．１８ ｆ ＳＢ
ｇｏ、０７ ｔ 、 Ｂ１０− ０．１９ ｆ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１６
００℃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℃であった。
この合金はイオン種材として液体金属イオン源のエミッ
タ電極のリザーバに装填し、エミッ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
続して行ったが、途絶えは見られず、極めて安定であっ
た。
タ電極のリザーバに装填し、エミッ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
続して行ったが、途絶えは見られず、極めて安定であっ
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。
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（α）〜（＃）はそれぞれＰｄ−胸、Ｐｄ−８４、
Ｂｇ−８ｉ 、 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。 ｌ・・・エミッタ電極、λ・・・電極母体、ダ・・・合
金−／／− 金属イオン種材、！・・・イオンσ［き出し電極。 特許出願人 工業技術院長 川田裕部 特開昭ＧＯ−２００４３３（５） （Ｓｉｔ−ｔ’／。） １５００ （ｃ） ・・４００Ｆ ／ −Ｎｉ （Ｂ刺１’１０） 七− １０５０７０８０９０ Ｂｅ−５ｉ（Ｓｉｔｉ’ん） Ｐｄ−Ｂ（Ｂ重量０１０）
２図（α）〜（＃）はそれぞれＰｄ−胸、Ｐｄ−８４、
Ｂｇ−８ｉ 、 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。 ｌ・・・エミッタ電極、λ・・・電極母体、ダ・・・合
金−／／− 金属イオン種材、！・・・イオンσ［き出し電極。 特許出願人 工業技術院長 川田裕部 特開昭ＧＯ−２００４３３（５） （Ｓｉｔ−ｔ’／。） １５００ （ｃ） ・・４００Ｆ ／ −Ｎｉ （Ｂ刺１’１０） 七− １０５０７０８０９０ Ｂｅ−５ｉ（Ｓｉｔｉ’ん） Ｐｄ−Ｂ（Ｂ重量０１０）
Claims (4)
- （１） エミッタ電極と該エミッ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ッタ電極の前方に
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龍型不純物元素とｐ
型不純物元素とアイソレーション用不純物元素を含み、
母体金属はＰｄとＮ１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９：３〜
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） ％型不純物元素がＳ（、ｐ型不純物元素がシ、
−− アイソレーション用不純物元素が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） ｓｔが１．５〜１５重量％、Ｂｅが０５〜ｚＯ
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 true JPS60200433A (ja) | 1985-10-09 |
| JPH0414456B2 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) |
Cited By (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 |
| CN111534841A (zh) * | 2020-04-14 | 2020-08-14 | 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
Cited By (3)
| 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 |
| CN111534841A (zh) * | 2020-04-14 | 2020-08-14 | 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 |
| 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 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0414456B2 (ja) | 1992-03-12 |
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