DE3443405A1

DE3443405A1 - Fluessigmetall-ionenquelle

Info

Publication number: DE3443405A1
Application number: DE19843443405
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Chofu Tokio/Tokyo Aida; Tohru Sayama Saitama Ishitani; Hifumi Hachioji Tokio/Tokyo Tamura; Kaoru Kokubunji Tokio/Tokyo Umemura
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-11-28
Filing date: 1984-11-28
Publication date: 1985-06-05
Also published as: GB2150745A; US4624833A; GB2150745B; GB8429617D0; JPS60115122A; JPH0622094B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Ionenquelle für ein Ionen-Implantationsgerät, eine Ionenstrahl-Schreibvorrichtung oder ähnliches; insbesondere betrifft sie eine Flüssigmetall-Ionenquelle,der allein die gewünschten Ionen eines Elements mit hohem Dampfdruck wirkungsvoll und über eine lange Zeit stabil entzogen werden können.

Mit dem Fortschreiten der Technologien auf den Gebieten der Mikro-Trockenverfahren (z.B. Ionenstrahl-Belichtung, Trockenentwicklung und Mikro-Dotierung), der Oberflächenanalyse im Submikrometerbereich usw. entstand das dringende Bedürfnis nach der Entwicklung einer Flüssigmetall-Ionenquelle mit hoher Helligkeit oder Leuchtdichte. Insbesondere wurde auf dem Gebiet der elektronischen Bauelemente versucht, Flüssigmetall-Ionenquellen zu verwenden, denen die Ionen der Dotierstoffe Ga, Si, Be usw. zu entziehen sind, und die Halbleitermaterialien mit diesen Dotierstoffen direkt zu dotieren (implantieren) .

Diese Flüssigmetall-Ionenquellen arbeiten nach folgendem Prinzip: Ein aus Wolfram W, Tantal Ta, Kohlenstoff C oder ähnlichem hergestellter Emitter wird mit einem Quellen-Speisematerial (Material, das das Element eines gewünschten Ionenstrahls enthält; im folgenden als "Quellenmaterial" bezeichnet) versorgt. Dieses Quellenmaterial wird durch Widerstandsheizung, Elektronenstrahlbeschuß, Laserbestrahlung oder ähnlichem geschmolzen. Anschließend wird an die Spitze des Emitters ein starkes elektrisches Feld angelegt, wodurch die Ionen des Quellenmaterials von der Emitterspitze durch Feld-Ionisation abgezogen werden. Für die Ionenquelle ist es demnach wichtig, daß der gewünschte Ionenstrahl über eine lange Zeitspanne stabil entzogen werden kann.

Eines der wichtigsten η-leitenden Dotierelemente für einen Silizium-Halbleiter ist Phosphor (P), eines der wichtigsten p-leitenden Dotierelemente Bor (B). Bislang gibt es keinerlei Veröffentlichungen über die Emission von P-Ionen aus einer Flüssigmetall-Ionenquelle.

Das Element P hat einen Schmelzpunkt von 44,1⁰C, bei dem sein Dampfdruck 0,181 mmHg (24,14 Pa) beträgt. Es ist daher schwierig, das Element P als das Quellenmaterial einer Flüssigmetall-Ionenquelle zu verwenden. Ein wirkungsvolles Verfahren zur Überwindung dieser Schwierigkeit besteht darin, eine aus Phosphor und einem oder mehreren anderen Metallen oder Elementen zusammengesetzte Legierung zu verwenden. Unter einer hohen Temperatur wird das P enthaltende Metall verflüssigt, die Ionen der die Legierung bildenden Elemente werden unter einem hohen elektrischen Feld unter Verwendung der Legierung als Quellenmaterial entzogen,und die P-Ionen werden mittels Massenseparation abgetrennt und so allein erhalten. Ein wichtiger Punkt besteht demnach darin, ein P enthaltendes Quellenmaterial zu finden, nämlich eine Legierung, aus der die P-Ionen stabil und für eine lange Zeitspanne entzogen werden können.

In der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 57-13265: ist ein Quellenmaterial aus einer Legierung gezeigt, die aus einem Übergangselement und zumindest einem Metalloid-EIement aus der Gruppe Al, As, B, C, Ge, In, P, Si und Sn zusammengesetzt ist. Als Übergangselemente sind konkret nur Ni, Pd, Pt, La, Au und Fe genannt. Wie später beschrieben, ist das Quellenmaterial in der erfindungsgemäßen Flüssigmetall-Ionenquelle eine Legierung auf Cu-P-Basis. Der oben genannten Offenlegungsschrift ist keinerlei Hinweis auf die Eignung einer derartigen Legierung zu entnehmen. Zum Stand der Technik werden weiterhin noch die offengelegten japani-

sehen Patentanmeldungen Nr. 57-30243 und 58-178944 genannt.

Die generelle Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, eine Flüssigmetall-Ionenguelle zu schaffen, mit der die dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile zumindest teilweise überwunden werden.

Eine speziellere Aufgabe liegt darin, eine Flüssigmetall-Ionenquelle anzugeben, die einen P-Ionenstrahl oder einen P-Ionenstrahl und einen B-Ionenstrahl abgibt, und die einen stabilen Betrieb sowie eine lange Lebensdauer aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgaben finden in der erfindungsgemäßen Flüssigmetall-Ionenquelle folgende Quellenmaterialien Verwendung :

(a) eine Cu-Legierung, die höchstens 25 Atom-% P enthält;

(b) eine Cu-Legierung nach (a) , die darüberhinaus höchstens 15 Atom-% B enthält;

(c) eine Cu-Legierung nach (a), die darüberhinaus höchstens 16 Atom-% Ag, C oder Si enthält; oder >

(d) eine Cu-Legierung nach (b), die zusätzlich höchstens 10 Atom-% Ag, C oder Si enthält.

Wenn diese Legierungs-Zusammensetzungen mit den allgemeinen Formeln für binäre, ternäre und quaternäre Legierungen angegeben werden, ergeben sich folgende Ausdrücke:

(a¹) Cu_xP_Y mit 0 < Y £ 25

X = 100 - Y

(b¹) Cu_vP_vB„ mit 0 < ϊ ί 25

0 < Z < 15

X = 100 - Y - Z

(c¹) Cu_xP_yM_A mit 0 < Y £ 25.

0 < A ύ 16

X = 100 - Y - A

wobei M eines der Elemente Ag, C oder Si bezeichnet; oder

(d¹) Cu_xP_yB_zM_A, mit 0 < Y ύ 25

0 < Z < 15 0 < A'< 10

X = 100 - Y - Z - A¹ wobei M eines der Elemente Ag, C oder Si bezeichnet.

In den obigen allgemeinen Formeln bezeichnen die Buchstaben X, Y, Z, A und A¹ ebenfalls Atom-%.

Ein vorteilhafter Bereich für den P-Gehalt des Quellenmaterials liegt bei 10 bis 20 Atom-% (d.h. 10 < Y < 20), vorzugsweise liegt der P-Gehalt entsprechend dem eutektischen Punkt der binären Cu-P-Legierung bei etwa 15,8 Atom-% (d.h. Y = 15,8). Wenn der P-Gehalt 25 Atom-% übersteigt, neigt der Phosphor nachteilig zur Verflüchtigung aus dem flüssigen Metall. Wenn der P-Gehalt zwischen 10 und 20 Atom-% liegt, verringert sich die Liquidus-Temperatur der Legierung vorteilhaft auf etwa 900⁰C, so daß die Legierung leicht zu schmelzen ist, und die Anzahl der Emissions-Ionen wird aufgrund des geeignet hohen P-Gehaltes groß. Diese vorteilhafte Tendenz ist noch ausgeprägter, wenn der P-Gehalt der Legierung ihrem eutektischen Punkt entspricht. Daneben steigt der Schmelzpunkt des flüssigen Metalls nachteilig an, wenn der B-Gehalt des Quellenmaterials 15 Atom-% übersteigt.

Durch Zugabe von höchstens 16 Atom-% Ag, C oder Si zur Cu-P-Legierung oder von höchstens 10 Atom-% zur Cu-P-B-Legierung wird das Fließvermögen des flüssigen Metalls erhöht und der Zufluß des flüssigen Metalls von seinem Reservoir oder Vorratsbehältnis zur Spitze des Emitters stabilisiert, so daß sich ein günstiges Ergebnis einstellt.

Die erfindungsgemäße Flüssigmetall-Ionenquelle ist aus einem

Reservoir, in dem das oben beschriebene Quellenmaterial gehalten und geschmolzen wird, einem Emitter, der so angeordnet ist, daß von seiner Spitze die Ionen des vom Reservoir zugeführten, geschmolzenen Quellenmaterials emittiert werden, und einer Abzugs-Elektrode aufgebaut, zwischen der und dem Emitter ein hohes elektrisches Feld angelegt wird, um die Ionen von der Emitterspitze abzuziehen.

In dem der Emitterspitze entzogenen Ionenstrahl treten nebeneinander die Ionen der jeweiligen die Legierung des Quellenmaterials bildenden Elemente auf. Dieser Ionenstrahl wird deshalb einer Massenseparation unterzogen, wodurch man den Ionenstrahl eines gewünschten Elements erhält.

Beim Schmelzen des Quellenmaterials kann eine Widerstandsheizung, bei der ein Strom durch ein Widerstandselement fließt, oder eine Heizung verwendet werden, die auf Elektronenstrahl-Beschuß, Laser-Bestrahlung oder ähnlichem beruht. Gewöhnlich findet die Widerstandsheizung Anwendung, weil dabei das Reservoir gleichzeitig als ein Heizer verwendet werden kann. Das Material für ein derartiges, als Heizer dienendes Reservoir ist beispielsweise Nb, Ta, Mo oder C. Als Material für den Aufbau des Emitters dient beispielsweise W, Ta, C, SiC, WC, TiC oder LaBg oder ein Material, dem ein gewisser Anteil eines oder mehrerer unterschiedlicher Elemente zugegeben ist.

Gewöhnlich sind der Emitter und das Reservoir getrennte Teile. Wird jedoch beispielsweise für den Emitter eine Kapillarrohre verwendet, die derart ausgebildet ist, daß sie das Quellenmaterial aufnehmen kann, können Reservoir und Emitter auch einstückig ausgebildet sein.

Mit der Flüssigmetall-Ionenquelle nach vorliegender Erfindung ist eine stabile Emission von P-Ionen oder von B-Ionen

und von P-Ionen über eine lange Zeitspanne möglich, obwohl bislang davon ausgegangen wurde, daß die Emission von P-Ionen aus einer Flüssigmetall-Ionenquelle nur schwer zu realisieren ist.

Einzelne, nicht oder nicht detalliert beschriebene Merkmale der erfindungsgemäßen Flüssigmetall-Ionenquelle können bereits aus dem Stand der Technik bekannt sein.

Die Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erfolgt anhand der anliegenden Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Flüssigmetall-Ionenquelle nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 einen Ausschnitt aus dem Gleichgewichts-Phasendiagramm einer Cu-P-Legierung, wie sie als ein Quellenmaterial in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung Anwendung findet;

Fig. 3 ein Diagramm des Massenspektrums des unten beschriebenen Beispiels 1;

Fig. 4 ein Diagramm des Massenspektrums des unten beschriebenen Beispiels 2;

Fig. 5 ein Diagramm des Massenspektrums des unten beschriebenen Beispiels 3; und

Fig. 6 ein Diagramm des Massenspektrums des unten beschriebenen Beispiels 4.

Beispiel 1

In Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht des grundlegenden Aufbaus einer erfindungsgemäßen Flüssigmetall-Ionenquelle gezeigt. Das Schmelzen eines Quellenmaterials 5 erfolgt in der dargestellten Ionenquelle nach dem Prinzip der

Stromleitungsheizung. Ein Emitter 1 ist mit einem Träger verbunden und wird von diesem gehaltert. Der Träger 2 kann von der Außenseite einer Vakuumkammer 13 mittels eines vertikalen FeinJustiermechanismus/ wie er in der oben genannten japanischen Patentanmeldung Nr. 58-178944 mit dem Titel "Flüssigmetall-Ionenquelle" gezeigt ist, fein nach oben und unten bewegt werden. Der Zufluß des den Emitter 1 benetzenden Quellenmaterials 5 zur Spitze des Emitters 1 kann durch die feinen vertikalen Bewegungen gesteuert werden. An beiden Enden eines Reservoirs 3, das auch als Stromleitungsheizer zum Schmelzen des Quellenmaterials 5 dient, sind Stromzuführanschlüsse 4 und 4¹ angebracht. Das Reservoir 3 ist in der Mitte mit einer kreisförmigen öffnung 6 versehen, durch die der mit dem geschmolzenen Quellenmaterial 5 benetzte Emitter 1 hindurchtritt. In Fig. 1 ist der Zustand dargestellt, in dem der mit dem geschmolzenen Quellenmaterial 5 benetzte Emitter 1 aus der kreisförmigen öffnung 6 des Reservoirs 3 hervorragt. Mit Bezugsziffer 7 ist eine Ionen-Abzugselektrode bezeichnet. Durch Anlegen eines elektrischen Feldes von einigen kV zwischen dieser Abzugselektrode 7 und dem Emitter 1 kann ein durch Feld-Ionisation erzeugter Ionenstrahl 8 von der Spitze des Emitters 1 aus nach unten über eine in der Abzugselektrode 7 vorgesehene Durchtrittsöffnung 9 herausgeführt werden.

In der vorliegenden Ausführungsform ist der Emitter 1 aus Wolfram W hergestellt und weist einen Durchmesser von 0,5 mm auf, wobei seine Spitze durch elektrolytisches Polieren mit einem Krümmungsradius ausgebildet ist, der unter einigen Mikrometern liegt. Das auch als Heizer dienende Reservoir 3 ist aus einer Niobium (Nb)-Platte mit einer Dicke von 0,1 mm hergestellt. Der Mittelteil dieser Niobium-Platte ist so bearbeitet, daß er eine Vertiefung aufweist, die etwa 5 mm des Quellenmaterials 5 aufnehmen kann. Der Durchmesser der in der Mitte des Reservoirs 3 vorgesehenen, kreisförmigen öffnung 6 beträgt etwa 1,5 mm.

In Fig. 1 ist mit Bezugsziffer 10 eine Heizleistungsversorgung,, mit Bezugsziffer 11 eine Leistungsversorgung für das Herausführen des Strahls und mit Bezugsziffer 12 eine Beschleunigungsleistungsversorgung dargestellt.

Da das Quellenmaterial 5 einen wichtigen Punkt der vorliegenden Erfindung bildet, wird es im folgenden im einzelnen beschrieben.

An das Quellenmaterial 5 sind folgende Anforderungen zu stellen:
(a) Der Schmelzpunkt beträgt höchstens etwa 1.000⁰C;

(b) der Dampfdruck bei dieser Temperatur ist niedrig;

(c) keine oder nur geringfügige Reaktion des Quellenmaterials mit dem Emittermaterial, wenn als Emittermaterial C (insbesondere glasartiger Kohlenstoff), W, Ta, ein Material auf SiC-Basis, ein Material auf WC-Basis, ein Material auf TiC-Basis oder ein Material

auf LaB_c-Basis Anwendung findet, das über längere Zeit ο

bei hohen Temperaturen verwendbar ist; und

(d) die Benetzungsfähigkeit ist günstig.

Wenn das Quellenmaterial 5 nicht geeignet gewählt wird, treten insbesondere die unten genannten Probleme auf, und der gewünschte P-Ionenstrahl kann nicht gewonnen werden. Falls überhaupt ein P-Ionenstrahl gewonnen werden kann, tritt der grundlegende Nachteil auf, daß ^der emittierte Ionenstrom instabil ist, oder daß die Lebensdauer der Ionenquelle sehr kurz ist, d.h. unter etwa einer Stunde liegt.

Im einzelnen treten folgende Probleme auf: (a) Wenn derDampfdruck des geschmolzenen Quellenmaterials hoch ist, erfolgt eine heftige Verdampfung und damit in kurzer Zeit eine Erschöpfung der herauszuführenden Ionen des gewünschten Elements;

(b) die Emitterspitze und das geschmolzene Quellenmaterial reagieren heftig, und die Gewinnung des Ionenstrahls endet nach kurzer Zeit; und

(c) die Gewinnung des Ionenstrahls ist schwierig, wenn die Viskosität des geschmolzenen Quellenmaterials zu hoch oder seine Fähigkeit zur Benetzung der Emitterspitze gering ist.

Unter Berücksichtigung der oben genannten Probleme wurden verschiedene P-haltige Legierungen untersucht. Als Ergebnis stellte sich heraus, daß mit Legierungen auf Cu-P-Basis und auf Cu-P-B-Basis als Quellenmaterialien 5 die genannte Aufgabe gelöst werden kann.

Im Beispiel 1 wurde als Quellenspeisematerial 5 gg
verwendet. In Fig. 2 ist ein Cu-P-Phasendiagramm gezeigt (Literaturhinweis: "Metals Reference Book", 5. Auflage,

Herausgeber Colin J. Smithells, Verlag Butterworths). Wie dem Diagramm zu entnehmen ist, liegt der Schmelzpunkt dieser Substanz bei etwa 714°C.

Wurde die Ionenquelle bei etwa 750⁰C betrieben, ließ sich die Emission eines stabilen Ionenstrahls 8 erzielen. Der Ionenstrahl 8 wurde einer Massenseparation unterzogen.
Ein Beispiel eines beobachteten Massenspektrums ist in
Fig. 3 dargestellt. In diesem Diagramm ist auf der Abszissenachse das Masse/Ladungs-Verhältnis m/e und auf der Ordinatenachse die Ionen-Intensität (willkürliche Einheiten) aufgetragen. Die an die Abzugselektrode 7 angelegte Spannung betrug zu diesem Zeitpunkt 6,3 kV, der Gesamt-Ionenstrom etwa 80 μΑ. Die experimentelle Massenanalyse ergab, daß der Großteil des von der Ionenquelle gewonnenen Emissions-Ionenstroms Cu -Ionen und ein Anteil von etwa 10 % P -Ionen sind. Daneben werden auch P- ~r Cu -Ionen u.a. gewonnen. Als Lebensdauer der Ionenquelle ergab sich eine Zeit von zumindest 50 Stunden.

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Wie aus dem Gleichgewichts-Phasendiagramm nach Fig. 2 verständlich wird, sind CUyPy-Legierungen mit einer Zusammensetzung anwendbar, die den Beziehungen O < Y £ 25 und X = 100 - Y genügt. Die Untersuchungen bestätigten, daß mit verschiedenen, im oben genannten Bereich.liegenden Legierungs-Zusammensetzungen stabile P -Ionen gewonnen werden können. Hierbei differiert der Schmelzpunkt in Abhängigkeit von der Zusammensetzung. Beispielsweise können Legierungen, deren P-Gehalt (in Atom-%) Y im wesentlichen der Beziehung 10 < Y < 20 genügt, für einen Betrieb der Ionenquelle bei 900⁰C verwendet werden.

Beispiel 2

Im Beispiel 2 wurde eine Flüssigmetall-Ionenquelle mit einem Aufbau verwendet, der mit Ausnahme eines Emitters 1, eines auch als Heizer dienenden Reservoirs'3 und eines Quellenmaterials 5 dem des Beispiels 1 entspricht. Im Beispiel 2 wurde als Quellenmaterial 5 CUg-P-₀Bg verwendet. Der Emitter 1 und das Reservoir 3 waren aus SiC bzw. C hergestellt, um eine Reaktion mit B bei einem Hochtemperaturbetrieb zu vermeiden.

Bei einem Betrieb der Ionenquelle bei etwa 900⁰C konnte die Emission eines stabilen Ionenstrahls 8 erreicht werden. Ein Beispiel für ein durch Massenseparation dieses Ionenstrahls gewonnenes Massenspektrum ist in Fig. 4 gezeigt. Die Spannung der Abzugselektrode betrug dabei 7,5 kV, der gesamte Ionenstrom etwa 70 μΑ. Die Untersuchungen ergaben, daß der Großteil des von der Ionenquelle gewonnenen Emissions-Ionenstroms aus Cu -Ionen besteht, während jeweils etwa 3 % bis etwa 10 % P Ionen und B -Ionen emittiert werden. Das wesentliche Merkmal dieses Ausführungsbeispiels ist demnach, daß sowohl P-Ionen, die in einem Silizium-Halbleiter als η-Dotierstoff wirken, als auch B-Ionen gewonnen werden können, die als p-Dotierstoff wirken. Für diese Ionenquelle wurde eine Lebensdauer von zumindest 30 Stunden erreicht.

Beispiel 3

Im Beispiel 3 wurde eine Flüssigmetall-Ionenquelle verwendet, die mit Ausnahme eines Quellenmaterials 5 denselben Aufbau wie die Ionenquelle in Beispiel 1 hat. Als Quellenmaterial 5 wurde im Beispiel 3 Cu₈₃P₁₃Ag₄ verwendet. In diesem Fall wurde in der allgemeinen Formel Cu_xPyM (wobei M eines der Elemente Ag, C und Si bezeichnet) Ag als das Element M gewählt.

Beim Betrieb der Ionenquelle bei etwa 750⁰C konnte die Emission eines stabilen Ionenstrahls 8 erzielt werden. Ein Beispiel für ein durch die Massenseparation des Ionenstrahls 8 gewonnenes Massenspektrum ist in Fig. 5 gezeigt. Die Spannung der Abzugselektrode wurde auf 6,8 kV gesetzt. Nach Fig. 5 ergibt sich, daß die von der Ionenquelle emittierten, gewünschten P -Ionen einen Anteil von etwa 5 bis 6 % ausmachen, während der größte Teil des von der Ionenquelle gewonnenen Emissionsionenstroms aus Cu -Ionen besteht. Die wichtigste Wirkung des Ausführungsbeispiels 3 liegt darin, daß der Schmelzpunkt des Quellenmaterials 5 nicht stark von dem der Beispiele 1 und 2 abweicht, daß die Fließfähigkeit des Quellenmaterials,verglichen mit der nach den Ausführungsbeispielen 1 und 2, jedoch sehr günstig ist, so daß der Zufluß des geschmolzenen Quellenmaterials 5 zur Spitze des Emitters 1 stabil ist. Damit wird auch die Stabilität der Emission des Ionenstrahls 8 sehr hoch. Zusätzlich betrug die Lebensdauer der Ionenquelle zumindest 30 Stunden.

In Beispiel 3 wurde Ag als das Element M verwendet. Ähnliche Ergebnisse stellten sich ein, wenn Ag durch C oder Si ersetzt wurde.

Beispiel 4

Eine Flüssigmetall-Ionenquelle nach Beispiel 4 hatte mit Ausnahme eines Quellenmaterials 5 denselben Aufbau wie die in

Beispiel 2 verwendete Ionenquelle. Als das Quellenmaterial 5 wurde in Beispiel 4 Cu₇₉P₁₀BgAg₅ verwendet. In diesem Fall wurde in der allgemeinen Formel Cu_xP_γΒ M,, wobei M eines der Elemente Ag, C und Si bezeichnet, Ag als das Element M gewählt.

Beim Betrieb der Ionenquelle bei etwa 930⁰C konnte die Emission eines stabilen Ionenstrahls 8 erzielt werden. Ein Beispiel für ein durch die Massenseparation des Ionenstrahls 8 gewonnenes Massenspektrum ist in Fig. 6 gezeigt. Die Spannung der Abzugselektrode 7 betrug dabei 8,0 kV, der gesamte Ionenstrom etwa 80 μΑ. Aus Fig. 6 ergibt sich, daß der von der Ionenquelle gewonnene Emissions-Ionenstrom zum Großteil aus Cu -Ionen bestand, daß jedoch auch etwa 5 bis 6 % P -Ionen und etwa 15 bis 16 % B -Ionen emittiert wurden. Für das Ausführungsbeispiel 4 ergeben sich folgende vorteilhaften Wirkungen: Es können sowohl in einem Silizium-Halbleiter als n-Dotierstoffe wirkende P -Ionen als auch als p-Dotierstoffe wirkende B -Ionen aus der Ionenquelle gewonnen werden, und das Fließvermögen ist so günstig, daß sich ein stabiler Emissions-Ionenstrom einstellt. Für dieses Ausführungsbeispiel konnte eine Lebensdauer von zumindest 10 Stunden erreicht werden.

In jedem der beschriebenen Ausführungsbeispiele ist der Emitter 1 aus in Form einer Nadel bearbeitetem Wolfram W oder Siliziumkarbid SiC hergestellt. Ähnliche Wirkungen sind zu erzielen, wenn die Emitter aus Materialien wie z.B. Tantal Ta und Kohlenstoff C hergestellt sind. Weiterhin ist in jedem der beschriebenen Ausführungsbeispiele das auch als Heizer dienende Reservoir 3 aus einer Kohlenstoff (C)- oder einer Niobium (Nb)-Platte ausgeführt. Günstige Ergebnisse lassen sich jedoch auch mit Tantal (Ta) und Molybdän (Mo) erzielen.

In den beschriebenen Beispielen ist ein System mit einem nadelförmigen Emitter 1 gezeigt. Es kann jedoch auch ein System,

in dem in einer Kapillarröhre das Quellenmaterial 5 gehalten wird, oder ein System Anwendung finden, in dem ein.feiner nadeiförmiger Emitter so im Inneren ieiner Kapillarröhre durchgeführt ist, daß das Quellenmaterial 5 im Zwischenraum zwisehen der Kapillarrohre und dem Emitter gehalten wird.

Darüberhinaus kann der nach dem Prinzip der Stromleitungsheizung arbeitende Heizer durch ein Elektronenstrahl-Beschuß- oder ein Laserstrahl-Bestrahlungs-System ersetzt werden.

Wie bislang beschrieben, besteht die vorliegende Erfindung im wesentlichen darin, daß als eine Ionenquelle ein flüssiges Metall verwendet wird, in dem in Cu entweder P oder sowohl P als auch B enthalten sind. Wie aus den beschriebenen Ausführungsbeispielen deutlich wird, ist darüberhinaus ein flüssiges Metall besonders wirkungsvoll, dem zu diesen Bestandteilen ein weiteres Element zugegeben ist, um seine Fließfähigkeit zu stabilisieren.

Wie aus obiger Beschreibung deutlich wird, können aus der erfindungsgemäßen Flüssigmetall-Ionenquelle das Element P, das einen wichtigen n-Dotierstoff für einen Silizium-Halbleiter darstellt, und von dem bislang angenommen wurde, daß es aufgrund seines hohen Dampfdrucks nur schwer aus einer Flüssigmetall-Ionenquelle emittiert werden kann, oder sowohl das n-Dotierelement P als auch das p-Dotierelement B wirkungsvoll und über lange Zeit stabil als Einzelelement-Ionen gewonnen werden.

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Claims

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WIDENMAYERSTRASSE 17, D-8000 MÜNCHEN 22

HITACHI, LTD.

DEA-26892

28. November 1984

Flüssigmetall-Ionenquelle

/i) Flüssigmetall-Ionenquelle, in der ein ein vorgegebenes, zu ionisierendes Element enthaltendes Quellenmaterial (5) geschmolzen und der Spitze eines Emitters (1) zugeführt wird, um unter einem hohen elektrischen Feld einen Ionenstrahl (8) zu erzeugen,

dadurch gekennzeichnet, daß das Quellenmaterial (5) eine Kupferlegierung ist, die höchstens 25 Atom-% Phosphor enthält.
2. Flüssigmetall-Ionenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Phosphorgehalt der Kupferlegierung 10 bis 20 Atom-% beträgt.
3. Flüssigmetall-Ionenquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Phosphorgehalt der Kupferlegierung etwa 15,8 Atom-% beträgt.
4. Flüssigmetall-Ionenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennze lehnet, daß die Kupferlegierung höchstens 16 Atom-% eines der EIemente Ag, C und Si enthält.
5. Flüssigmetall-Ionenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferlegierung höchstens 15 Atom-% Bor enthält.
6. Flüssigmetall-Ionenquelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferlegierung höchstens 10 Atom-% eines der Elemente Ag, C und Si enthält.
7. Flüssigmetall-Ionenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

gekennzeichnet durch

ein Reservoir (3) zum Aufnehmen und Schmelzen des Quellenmaterials (5) ,
den Emitter (1), der so angeordnet ist, daß er von seiner Spitze die Ionen des geschmolzenen, vom Reservoir (3) zugeführten Quellenmaterials emittiert, und eine Abzugs-Elektrode (7), zwischen der und dem Emitter (1) zum Abzug der Ionen von der Emitterspitze ein hohes elektrisches Feld anliegt.
8. Flüssigmetall-Ionenquelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Reservoir (3) als ein Heizer zum Schmelzen des Quellenmaterials (5) dient.
9. Flüssigmetall-Ionenquelle nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Reservoir (3) aus einem der Elemente Nb, Ta, Mo und C hergestellt ist.
10. Flüssigmetall-Ionenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9,

dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter (1) aus einem der Materialien W, Ta, C, SiC, WC, TiC und LaB_g hergestellt ist.