JPS60150534A - 電界放出型イオンビ−ム発生装置用液体金属イオン源 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 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
が必要であシ、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々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、ｎ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・ｈば殆どの集積回路デ
バイス作成工程中でバーｊドウエアの変更、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だめの
イオン種としてはこれまで、ｐ型ではＢｅＸｎ型ではＳ
ｉが代表的なものであることが知られておシ、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、Ｂ６１ＳＺ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、）ｍ−Ｂｇ。

ｋｂ　Ｓｉを使ってマスクレスのイオン注入が既に一ゴ
特願昭５７−４０５３９８号にて提案した。

デバイス間のアイソレーションを完全にするため１ニ、
アイソレーションのための不純物イオン、。−□ この発明の目的は融点が７００℃以下であって、ｐ型、
ｎ型及びアイソレーショ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Ａｌ−８ｊ−物の三
元合金であって、Ａｌと梅の比率は３０〜７０原子髪・
ニア０〜６０原子チであシ、Ｓｉは上記Ａｊ　−Ｍｇに
対し、８〜１６原子チの組成比で構成されていることを
特徴とする。

上記三元合金のうち、Ｓｉは■−■族化合物半導体に対
してｎ型不純物とな’）　、Ｍｇはｐ型の不純物となる
。またＡｌは母体金属の役割を有すると共にマスクレス
イオン注入によるデバイス製造のときはアイソレーショ
ンや電極形成用の不純物として用いられる。

第１図［有］はＡｌ−Ｍ、７合金の組成比と融点の関係
−する。またＳ＜は陶と合金を形成した場合、第１原子
チ含有したときに融点が６００℃以下の合金が形成する
。

上記のグラフよシ、融点が７００℃以下のＡｌ　−Ｍｇ
　−Ｓｉ合金を得るには、Ａｔに対し、Ｓｉが２０原子
チの範囲の添加量であシ、Ｍｇに対して約５原子チ添加
できることになるので、Ｓｉの添加量をＡｌに対する添
加量と均に対する添加量の許容鏡囲内での合計の半分の
範囲内ということになる。

例えば、等原子量のＡｊ−Ｍ１７合金にＳｉの添加量は
、Ａｌに対して２０原子チの範囲であ”）　、Ｍｇに対
して３原子チであるので、１１〜１２原子チということ
になる。

しかし、実際にはＡｌ−Ｍｇ合金自体の融点は第１図囚
に示すように４５０℃まで下がる。

そこで、下表の如く３０こ７０．５０　：　５０．７０
：３０原子チと三種の組成比の異なるＡｔ−１４４合金
次にこの三元合金の製造方法を説明すると、ＢＮ等のル
ツボに、アルミニウムとマグネシウムを所定の比率入れ
、真空中で約８００℃まで加熱すると、溶融し、ＡＩ　
Ｍｇ合金ができる。この溶融合金にＳｉを所定量少しづ
つ加えていくと、ＡｔＷｋｔ−８ｉの三元合金ができる
。この溶融合金は温度を７００℃以下に下げても溶融状
態を保っておシ、所定の形状に成型、冷却し、液体金属
イオン源とする。

第２図はこの発明の三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、／
は電界放出型イオン発生部であって、エミッタ電極コの
先端付近のリザーバに三元合金３を液体金属イオン源と
して装填する。エミッター電極ユを所定の温度加熱して
り分離器７では混合イオンｇより泪的とするイオンのみ
を選択的に分離、放出する。放出さｎ＋目的とするイオ
ンのビームタはイオン収束系／θにて収束され、偏向電
極／／によシ基板結晶／ユの所定の位置にイオンを注入
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、質量分離器りに指令信号を送り、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
様に所定のパターンの描画を行う。

上述の如く、この発明による三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
によシ、一つのイオン源でｎ型、ｐ型、アイソレーショ
ン用不純物イオンを発生することができ、従ってイオン
注入工程中にイオン源を取ｐ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ョンもできる
ので、最近提案されているす成、されることになる。

Ｓ（を１２２の割合で入れ、真空中にて約８００℃に力
汀熱する。この状態で放置すると畠も完全に溶は三元合
金が出来た。６５０℃まで温度を下げても溶融状態は保
たれていた。

この三元合金を、第２図に示した如き構造のイオンビー
ム発生装置のエミッタ電極の周りに液体金属イオン源と
して装填しエミッタ電極を６５０℃〜７００℃に加熱し
、エミッタ電極と引き出し電極間に６〜８ＫＶを印加す
ることによシ、Ａｌ−８ｉ　−Ｍｇ　イオンビームが電
極先端よｐ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
ることによシ、目的とする元素のイオンビームのみ選択
的に分離し、基板へ導ひくことが出来た。

【図面の簡単な説明】

第１図（４）−Ｃ）はそれぞれＡＪ　−Ｍ、ｇ　ＸＭｇ
　＝　Ｓ　ｉ　。 −Ｓｉ合金の組成比と融点の関係を示すグラフ２図はイ
オン注入装置の一実施例を示す概略成因である。 ／・・・電界放電型イオン発生部、コ・・・エミッタ電
極、３・・・液体金属イオン源、Ｓ・・・混合イオンビ
ーム、り・・・質量分離器、９・・・選択イオンビーム
　／２・・・基板結晶。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ａｌ−８１−ＭＱの三元合金であって、ＡｌとＭＱの比