JPH0449213B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 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、特にマースク
レスイオン注入により半導体デバイスの電極を形
成するに適したものである。

（従来の技術） 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
ボーラトランジスタ、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、従来マスクの
位置合せ等煩雑な作業が行われていたが、これに
対し最近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法が提案
されており、これによればハードウエアでプロセ
スを制御することが可能と考えられる。

ところが、実際に前述の各種デバイスを形成す
る場合半導体に不純物イオン注入を行いアニール
後電極形成が必要となるが、従来においてはこの
段階でのマスクレスプロセスは不可能であり、現
実にはマスクを使用して金属電極膜を形成してい
る。

例えば、GaAs等の−族化合物半導体の場
合には半導体にSi等の不純物イオンを注入してｎ
型注入層を形成し、該ｎ型注入層の上にマスガを
使用してAu−Ge膜等の金属電極膜を形成する
か、或いはBe等の不純物イオンを注入してｐ型
注入層を形成し、該ｐ型注入層の上にマスクを使
用してAu−Zn膜等の金属電極膜を形成してい
る。

即ち、従来法では電極膜だけはマスクを使用し
て形成しており、したがつて各種デバイス形成の
すべてのプロセスをマスクなしで行うことができ
ず、折角のマスクレスプロセスのメリツトが十分
に発揮されていない。

本願発明者等は、上記実情に鑑み別出願で、
Be等のｐ型不純物注入領域、Si等のｎ型不純物
注入領域を形成したGaAs等の−族化合物半
導体基板の表面にAu等の金属製を蒸着し、更に
上記Be注入領域上のAu膜にBeイオン、Auイオ
ン或いはSi注入領域上のAu膜にSiイオン、Auイ
オンを打ち込み、このAu膜にモデイフイケーシ
ヨンを起こさせ、その後上記Au膜の全面をエツ
チングし、モデイフイケーシヨンを起こさない部
分のAu膜を除去してモデイケーシヨンを起こし
た部分のAu膜を電極として利用する半導体デバ
イスの製造方法を提案した。

この方法によれば、マスクを用いることなく電
極を形成することができるので、半導体デバイス
製造の全プロセスをマスクレスで行うことができ
る。

なお、この場合Siイオンの代わりにGeイオン
を用いると、より電気特性のよいｎ型電極層が得
られることがわかつている。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、上述の方法を使用する場合においても
工程の途中で各種の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、サ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
間を取ることになり、上述の方法における利点が
十分に生かされていない。

これに対し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型及び電極形成の
ための不純物イオン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なり、別途出願した
上述の方法における利点も十分に生かされる。

この発明は、上記実情に鑑み一つのイオン発生
部よりイオン源を交換することなく、前記ｎ型電
極形成用Geイオンを含む各種イオンを選択的に
発生できる、特に前述の半導体デバイス製造法に
適した液体金属イオン源を提案することを目的と
する。

（問題点を解決するための手段） 以上の問題点を解決するため、この発明では
Auu−Si−Be−Geの４元合金であつて、Au：
Si：Be：Geの比率が（71±８）：（10±1.5）：（10
±３）：（９±３）原子％の組成である電子放出型
イオンビーム発生装置用液体金属イオン源を提案
するものである。

即ち、第１図に示すAu−Si、Au−Be、Au−
Geそれぞれの合金状態図より明らかなように、
Au−Siは凡そ70：30原子％で400℃以下の融点を
示し、Au−BeはBeの比率が20〜40原子％で600
℃程度の融点を示し、Auu−Geは凡そ73：27原
子％の比率で融点が400℃以下の合金である。

したがつて、上記各々の２元合金を混合した組
成であるこの発明の４元合金は少なくとも600℃
以下の融点を有している。

なお、以上の組成を外れると、合金の融点が高
くなり、電界放出型イオンビーム発生装置用液体
金属イオン源として適さなくなる。

（発明の効果） この発明に係る４元合金は低融点であり、電界
放出型イオンビーム発生装置用液体金属イオン源
として最適である。

また、この発明に係る４元合金中には代表的な
nn型不純物であるSi、Geと代表的なｐ型不純物
であるBeを含むため、工程の途中でイオン源を
交換することなく各種の半導体デバイスを製造で
きる。

更に、この発明に係る４元合金中にはSi、Ge、
BeにAuを含むため、本出願人が別途出願した前
述の半導体デバイスの製造工程を途中でイオン源
を交換することなく行うことができる。

更に、この発明によれば半導体デバイスの全工
程をマスクを使用することなく行うことができる
という利点を十分に生かすことができる。

（実施例） 以下、この発明を図示の実施例に基いて説明す
る。

第２図はこの発明の４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４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、イオン発生
部１より４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８より目的とするイオンのみを選択的に分
離、放出する。放出された目的とするイオンのビ
ーム９はイオン収束系にて収束され、偏向電極１
１により基板結晶１２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パターンの描
画を行う。

なお、上記のようにイオン注入してｐ型不純物
注入領域、ｎ型不純物注入領域を形成した基板結
晶１２の表面にAu膜を蒸着した後、ｐ型不純物
注入領域上の半導基板との境界附近にイオン発生
部１よりBeイオンビームを注入し、イオンビー
ムミキシングを生じせしめる。続いてAuイオン
ビームをAu膜に注入して該Au膜をモデイフイケ
ーシヨンし、またｎ型不純物注入領域上のAu膜
にGeイオンビームを注入し、続いてAuイオンを
注入して該Au膜をモデイフイケーシヨンを起こ
させる。

更に、上記Au膜の全面をエツチングし、モデ
イフイケーシヨンを起こさない部分のAu膜を除
去し、次に400〜500℃にてアロイ化することによ
りモデイフイケーシヨンを起こした部分のAu膜
にオーミツク電極を形成した。

このような方法によれば、半導体デバイス製造
の全プロセスをマスクレスで、しかもイオン源を
交換することなく行うことができる。

また、このような方法によればオーミツク電極
を形成することができる。

上述の如く、この発明による４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、電極形成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
デバイスのオーミツク電極の形成もできるので、
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。

【図面の簡単な説明】

第１図はAu−Si、Au−Be、Au−Geそれぞれ
の合金の状態図で、第１図ａはAu−Siの状態図、
第１図ｂはAu−Beの状態図、第１図ｃはAu−
Geの状態図、第２図はこの発明に係る液体金属
イオン源を用いて基板結晶にイオンを注入する方
法の概略を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ Au−Si−Be−Geの４元合金であつて、
   Au：Si：Be：Geの比率が（71±８）：（10±
   1.5）：（10±３）：（９±３）原子％の組成である
   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。