JPH0358131B2 - - Google Patents

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イオンビーム発生装置の液
体金属イオン源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、バイ
ポーラトランジスタ、電界効果型トランジスタな
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、マスクの位置合せ等煩
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。

しかしいずれのイオン注入方法に於ても工程の
途中でイオン源を交換するような場合はイオン発
生部とイオン加速収束系、イオン偏向電極系の間
に厳しい精度で軸合せを行う必要がある。更に、
ザブミクロン以上の精度にて既にイオン注入した
パターンの上に重ねて第２のイオン注入を行う場
合、イオン源の交換でイオン発生部の位置が少し
でもずれると、位置の調整に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−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。

しかし、Be、Siを液体金属イオン源に用いる
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源の延長として、
双方のイオンを含むAu−Si−Beの三元合金につ
いて特願昭57−105398号（特公昭59−40795号公
報）にて提案した。

しかるに、更に技術の進歩によりｐ型とｎ型の
不純物イオンのみでなく、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イオン
を含むような液体金属イオン源の実現の要求が高
まつてきた。

この発明の目的は融点が900℃以下であつて、
ｐ型、ｎ型及びアイソレーシヨン用不純物イオン
を発生することのできる電界放出型イオンビーム
発生装置用液体金属イオン源を提供することにあ
る。

この発明による液体金属イオン源はPd−Si−
Be−Ｂの四元合金が92〜94：４〜５：1.5〜２：
0.4〜0.6重量％の組成比で構成されていることを
特徴とする。

上記の四元合金のうち、Pdは母体金属であり、
Siは−族化合物半導体に対してｎ型の不純物
となり、Beはｐ型の不純物となる。更にＢは基
板にデバイスを製作したときのアイソレーシヨン
用の不純物となる。

第１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１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１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１図Ｄに示すように845℃に下が
る。

上記の事実に基き更に検討を重ねた結果、Pd
を母体金属として92〜94重量％に対し、Siを４〜
５重量％、Be1.5〜２重量％、Ｂを0.4〜0.6重量
％から構成された四元合金の融点は900℃以下に
なることを見出し、電界放出型イオンビーム発生
装置の液体金属イオン源として好適に用い得るこ
とができる。

母体金属Pdに対するSi、Be、Ｂを組成比が上
記の範囲であると、得られた合金の融点は850〜
890℃程度の範囲であるが、組成比が上記の範囲
外となると、特にPdやＢの添加比が多くなると
融点は急激に上昇し、1000℃以上となると液体金
属イオン源としては不適当となる。

上述の四元合金の製造方法の一例を述べると、
BN（窒化ホウ素）製のルツボを用い、PdとSiを
所定量混合し、1600℃の温度で加熱して溶融した
のち、温度を900℃程度に下げ、その状態でBe及
びＢを所定量添加することにより溶融し、しかる
後に均一に分散させ、所定の形状に成形する。

第２図はこの発明の四元合金を液体金属イオン
源として用いて基板結晶にイオンを注入する一実
施例を示し、１は電界放出型イオン発生部であつ
て、エミツタ電極２の先端付近のリザーバに四元
合金３を液体金属イオン源として装填する。エミ
ツタ電極２を所定の温度で加熱して合金３が溶融
したら、エミツタ電極２とその前方に配置された
イオン引き出し電極４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、電極先端部
より四つの元素を混合したイオンビーム５が放出
されることになり、前絞収束系６を通つて質量分
離器７へ導かれる。質量分離器７では混合イオン
ビーム５より目的とするイオンビーム９のみを選
択的に分離、放出する。放出された目的とするイ
オンのビーム９はイオン収束系１０にて収束さ
れ、偏向電極１１により基板結晶８の所定の位置
に照射してイオンを注入し、パターンの描画を行
う。目的とするイオンの注入が完了したら、質量
分離器７に指令信号を送り、次の目的とするイオ
ンのみを選択的に分離、放出させ、前述と同様に
所定の位置にイオンの注入を行う。

上述の如く、この発明による四元合金を電界放
出型イオンビーム発生装置の液体金属イオン源と
して用いることにより、一つのイオン源でｎ型、
ｐ型、アイソレーシヨン用不純物イオンを発生す
ることができ、従つてイオン注入工程中にイオン
源を取り替えることなく、任意の不純物イオンを
同一基板結晶上に連続注入することができ、且つ
形成されたデバイス間のアイソレーシヨンもでき
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、光デバイスが容易に形成されることになる。

次にこの発明の実施例を述べる。

BN製ルツボの中にPdを93.2ｇ、Siを4.5ｇ入れ
約1600℃で加熱し、完全に溶融したら、温度を
900℃まで下げ、更にBeを1.8ｇ、Ｂを0.5ｇ添加
し、溶融させて四元合金を得た。この合金の融点
は約850℃であつた。

この四元合金を第２図に示した如き構造のイオ
ンビーム発生装置のエミツタ電極のリザーバに液
体金属イオン源として装填し、エミツタ電極を約
850℃に加熱し、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元素のイオンビ
ームのみ選択的に分離し、基板へ導くことができ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ−ＤはそれぞれPd−Be、Pd−Si、Be
−Si、Pd−Ｂ合金の組成比と融点の関係を示す
グラフ、第２図はイオン注入装置の一実施例を示
す概略構成図である。 １……電界放電型イオン発生部、２……エミツ
タ電極、３……液体金属イオン源、５……混合イ
オンビーム、７……質量分離器、９……選択イオ
ンビーム、１２……基板結晶。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ Pd−Si−Be−Ｂの四元合金が92〜94：４〜
   ５：1.5〜２：0.4〜0.6重量％の組成比で構成され
   ていることを特徴とする電界放出型イオンビーム
   発生装置用液体金属イオン源。