JPH0554809A - ルツボ内蔵型シリコンイオン源 - Google Patents

ルツボ内蔵型シリコンイオン源

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JPH0554809A
JPH0554809A JP3236967A JP23696791A JPH0554809A JP H0554809 A JPH0554809 A JP H0554809A JP 3236967 A JP3236967 A JP 3236967A JP 23696791 A JP23696791 A JP 23696791A JP H0554809 A JPH0554809 A JP H0554809A
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JP
Japan
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vacuum chamber
crucible
silicon
filament
plasma
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JP3236967A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Inami
宏 稲実
Yutaka Inai
裕 井内
Yasuhiro Matsuda
恭博 松田
Takatoshi Yamashita
貴敏 山下
Shuichi Fujiwara
修一 藤原
Koji Matsunaga
幸二 松永
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Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 シリコンのイオンビ−ムを得る為にルツボの
中にシリコン固体原料を入れこれをイオン源の内部に収
容し加熱と放電によってシリコンをプラズマ化し引出電
極によってイオンビ−ムとする。この際シリコン以外の
イオンを含まない高純度のシリコンイオンビ−ムを得る
事が目的である。 【構成】 ルツボの材料をTaにする。これによってシ
リコン以外の不純物イオンを殆どなくすことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はシリコンのイオンビ−
ムを作り出すためのイオン源に関する。特にルツボを真
空チャンバの内部に内蔵したイオン源に於いてシリコン
のイオンビ−ムを生成するための改良に関する。
【0002】
【従来の技術】イオン源は導入された原料ガスを放電に
よってプラズマに励起して引出電極によりイオンビ−ム
として引き出すものである。イオンビ−ムの用途は様々
であるがひとつはイオンを対象に当てて電子、イオン、
原子、X線などを放出させて物性の測定に用いる場合で
ある。この場合はイオンビ−ムの直径も小さくて質量分
析器をつけるので所望のイオンが得られる。もうひとつ
はイオンビ−ムを物質の改質処理に用いる場合である。
処理能力を上げるために大きい直径のビ−ムが必要とさ
れる。するとイオン源の出口側に質量分析器を設けるこ
とが難しくなる。この場合は初めから所望のイオンだけ
を含み不純物を含まない良質のイオンビ−ムを生成でき
る方が良い。
【0003】この発明で対象とするのはシリコンのイオ
ンビ−ムである。シリコンは半導体のド−パントとして
少量イオン打ち込みするということはよくあるが多くの
場合は、シランなどの化合物気体を原料ガスとするので
イオン源の内部はそれ程高温にならないで済む。従って
通常のバケット型イオン源、フリ−マン型イオン源、カ
ウフマン型イオン源などによって簡単にシリコンのイオ
ンビ−ムが得られる。この場合はビ−ムの径が小さく電
流量も僅かであるから質量分析も容易である。しかしシ
リコンビ−ムを広い面積をもつ鉄板、有機物シ−トなど
の改質に用いようとするともはや質量分析器を出口に設
けることが適当でなくなる。すると初めから不純物を含
まないシリコンイオンビ−ムを生成しなければならな
い。従って、初めから化合物ではなく純粋なシリコン固
体から出発してイオンビ−ムを生成できたほうが良い。
【0004】バケット型イオン源は、真空チャンバの中
にカソ−ドフィラメントを設け、フィラメントが加熱さ
れて熱電子を出し、陰極としてのフィラメントと陽極と
してのチャンバの間でア−ク放電を起こしこれで原料ガ
スを励起する。フリ−マン型イオン源は直線状の太いT
aのフィラメントを円筒状のアノ−ドチャンバで囲み陰
極としてのフィラメントとアノ−ドチャンバの間で放電
を起こさせるが、フィラメントに平行に外部から磁場を
印加しているのでフィラメントから出た電子が螺旋運動
しガスに衝突しこれを励起する。
【0005】これらはもともと原料ガスをイオン化する
ものであったが、融点の高い金属を原料としてイオンビ
−ムを形成した方が純度の高いものが得られる。この場
合は2つの方法がある。ひとつはイオン源とは別に固体
を加熱し蒸気にする蒸発源を設ける方法である。もう一
つはイオン源のなかに直接に固体原料を入れたルツボを
置き、これを加熱して蒸気としさらに放電によってプラ
ズマに励起する方法である。本発明はこのうち後者のル
ツボをイオン源に内蔵する形式のものに関する改良であ
る。この形式のものは未だ問題が多く普及していないが
高融点物質の大口径のイオンビ−ムを得ようとする場合
に有望である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】イオン源の中に、シリ
コン固体を収容したルツボをいれて加熱し蒸発させるか
らルツボは高融点で物理的強度も要求される。従来シリ
コン用のルツボとして試みられてきたものは3種類あ
る。カ−ボンルツボ(C)、アルミナルツボ(Al2
3 )、窒化硼素ルツボ(BN)の3つである。ところが
カ−ボンルツボはSiC+ 、SiC2 + など炭素とシリ
コンの化合物イオンが多く発生しシリコンだけのイオン
ビ−ムをうることが難しい。アルミナルツボの場合はS
iO+ 、SiO2 + イオンなどの不純物が生ずる。窒化
硼素の場合はSiN+ イオンが不純物として出る。
【0007】シリコンを蒸発させるのであるから170
0K程度の高温になりルツボ材料が活性になって不純物
を多く生成するのである。多くの場合シリコン以外のイ
オンの存在比が30%以上に達する。もちろんイオン源
出口側に質量分析器を置けばいいのである。しかし大口
径イオンビ−ムの場合質量分析器が大きく重くなり過ぎ
てコストの点で実現できない。質量分析しないとすれば
初めから不純物の出ないルツボが切実に希求される。本
発明はシリコン用ルツボとして不純物の発生のないルツ
ボを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明はTa(タンタ
ル)ルツボをシリコン用のルツボとして用いる。ルツボ
の材質をTaにするのである。これが本発明の特徴であ
る。その他の点では従来のものと異ならない。放電の形
式は任意であるしプラズマの閉じ込めに関しても任意で
ある。バケット型イオン源でも良いし,フリ−マン型で
も良い、或はカウフマン型でも用いることができる。す
なわち本発明のルツボ内蔵型シリコンイオン源は、真空
に引くことができ直流放電、高周波放電或はマイクロ波
放電を起こさせ原料気体を励起してプラズマとする為の
空間を与える真空チャンバと、真空チャンバの外周に設
けられプラズマが真空チャンバの壁面から遠ざかるよう
にする磁石と、真空チャンバの中に放電を起こさせるた
めの放電機構と、真空チャンバの出口に設けられプラズ
マからイオンビ−ムを引き出すための引出電極系と、原
料であるシリコンを収容し真空チャンバの内部に置かれ
るTa製のルツボとよりなる事を特徴とする。
【0009】
【作用】ルツボをTaとするので強熱されてもシリコン
と高蒸気圧の分子状化合物を作らず不純物を生成しな
い。このため質量分析しなくても純度の高いシリコンの
イオンビ−ムを得ることができる。またTaは高温でも
物理的強度が大きくシリコンを蒸発させる程度の温度で
あっても軟化したり融けたりしない。
【0010】
【実施例】図1によって本発明の実施例に係るイオン源
を説明する。円筒状の真空チャンバ1は内部を真空に引
くことができる空間である。これは円筒状の側板2と側
板の一方の端を閉じる蓋板3とを組み合わせたものであ
る。蓋板3から直角にカソ−ドフィラメント4が真空チ
ャンバ1の中央部に向けて設けられる。これは外部のフ
ィラメント電源によって加熱される陰極電位であるから
熱電子がフィラメントの表面から放出される。さらに蓋
板3から直角にアノ−ドフィラメント5が真空チャンバ
1の内部中央に向けて設けられる。これもフィラメント
電源によって発熱し真空チャンバの内部を加熱する。し
かし陽極電位であるからプラズマ中のイオンによるスパ
ッタリングを受けない。従ってカソ−ドフィラメントよ
り長寿命でありうる。真空チャンバ1の内部を高温にし
なければならないので、Ta、Wなどの金属板よりなる
輻射シ−ルドが数多く設けられる。側板2の内周には円
筒状の輻射シ−ルド6が何枚もあってアノ−ドフィラメ
ント、カソ−ドフィラメントからの熱輻射を反射してい
る。また真空チャンバ1の中央部近くのフィラメントの
基部のあたりには蓋板3と平行な輻射シ−ルド7があ
る。これは輻射熱が蓋板3の方向に逃げるのを防ぐ。さ
らに真空チャンバ1の出口近くには輻射シ−ルド8が蓋
板3と平行に設けられる。
【0011】この輻射シ−ルド8のさらに外側には正電
極9、負電極10、接地電極11がある。これらは多孔
電極板である。もちろん単孔でもよい。これらが引出電
極系12を形成する。正電極9は加速電極ともプラズマ
電極ともいう。負電極は減速電極ということもあるし引
出電極ということもある。例えば正電極は20〜30k
V、負電極は−1〜−5kV程度である。真空チャンバ
1の側板2の周りには永久磁石13が幾つか設けられ
る。これは半径方向に着磁し隣接磁石間で極性が異なる
ように並べられている。これら磁石はカスプ磁場を真空
チャンバ内部に形成させる。これによってプラズマが真
空チャンバの壁面に当たらず中央部に閉じ込められる。
真空チャンバ1の出口には絶縁体14たとえばアルミナ
のリング状区間がありイオンの後段のイオン処理装置に
続いている。さてこの真空チャンバ1の内部にはシリコ
ン15を収容してあるTa製のルツボ16が置かれてい
る。これが重要な点である。
【0012】以上の構成において作用を述べる。シリコ
ンを充填したTaのルツボを真空チャンバに入れこれを
閉じる。さらに真空チャンバを真空に引く。カソ−ドフ
ィラメント4とアノ−ドフィラメント5に通電しこれら
を発熱させる。その輻射熱で真空チャンバ内部の温度が
上昇する。フィラメントが存在する空間が輻射シ−ルド
6、7、8によって囲まれているから輻射熱が効率良く
閉じ込められる。やがて輻射シ−ルドの温度も上がり1
500K〜1700Kになる。すると輻射シ−ルドから
の輻射も大きくなりルツボは四方八方から加熱される。
強い輻射熱によりルツボ16内のシリコン15が加熱さ
れ蒸発を始める。カソ−ドフィラメントと真空チャンバ
の間にア−ク放電が発生する。ア−ク放電によりカソ−
ドフィラメント4から熱電子が出てこれが加速されてシ
リコンの蒸気に衝突するからシリコンを励起しイオン化
する。これが繰り返されるのでシリコンのプラズマが発
生する。
【0013】永久磁石13の作用でプラズマが真空チャ
ンバ1の中央に閉じ込められる。引出電極系12の作用
によりプラズマからイオンビ−ムが引き出される。放電
がどうしても持続しないときはArガスを補助として導
入するが、本発明の場合ほとんど補助ガスが不必要であ
る。シリコンそのものの蒸気で放電が安定に持続するか
らである。さてイオンの不純物であるが、Taルツボで
あるからシリコンと化合物を作らない。また酸素を含ま
ないルツボであるから酸素とシリコンの化合物も作らな
い、結局シリコン以外の不純物イオンが生じない.この
点でC、Al23 、BNルツボ等より優れている。
【0014】図2に本発明のシリコンイオン源において
シリコンイオンビ−ムを生成させたときのシリコンプラ
ズマ中のイオンの質量分析スペクトルを示す。横軸がイ
オンの質量を電荷で割ったもの(M/Z)である。縦軸
が強度分布である。条件は、ア−ク電圧が50V、ア−
ク電流が20A、輻射シ−ルドの温度は1760Kであ
った。1価Si+ イオンが最も多く、その他に2価のS
++がある。これらの他には不純物イオンが殆ど存在し
ない。1価のSiイオンはM/Zが28で2価のSiイ
オンは14であるから簡単に質量分離できるが同じSi
であるのでその必要がない。加速した時のエネルギ−が
異なるだけであり、対象物質の物性を改質する作用は同
じである。ここに得られた結果でSiイオンが全体の9
9%以上である。極めて優れたルツボであるということ
が分かる。ここではバケット型について説明したが本発
明はフリ−マン型やカウフマン型にも適用できる。本発
明の要点はルツボをTaにしたと言うだけのことである
からである。
【0015】
【発明の効果】ルツボを真空チャンバの内部に入れたS
iのイオン源においてTaをルツボとするからSi以外
のイオン不純物が発生せず極めて高純度のSiイオンビ
−ムを得ることができる。質量分析器を必要としない。
大面積のイオンビ−ムを作る場合は質量分析器を設ける
ことが難しいが本発明の場合その必要がないので好都合
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係るルツボ内蔵型シリコンイ
オン源の縦断面図。
【図2】本発明の実施例においてイオン源で発生したイ
オンビ−ムを質量分析した結果を示すグラフ。横軸はM
/Zで縦軸は強度である。
【符号の説明】
1 真空チャンバ 2 側板 3 蓋板 4 カソ−ドフィラメント 5 アノ−ドフィラメント 6 輻射シ−ルド 7 輻射シ−ルド 8 輻射シ−ルド 9 正電極 10 負電極 11 接地電極 12 引出電極系 13 永久磁石 14 絶縁体 15 シリコン 16 ルツボ
フロントページの続き (72)発明者 山下 貴敏 京都市右京区梅津高畝町47番地日新電機株 式会社内 (72)発明者 藤原 修一 京都市右京区梅津高畝町47番地日新電機株 式会社内 (72)発明者 松永 幸二 京都市右京区梅津高畝町47番地日新電機株 式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空に引くことができ直流放電、高周波
    放電或はマイクロ波放電を起こさせ原料気体を励起して
    プラズマとする為の空間を与える真空チャンバと、真空
    チャンバの外周に設けられプラズマが真空チャンバの壁
    面から遠ざかるようにする磁石と、真空チャンバの中に
    放電を起こさせるための放電機構と、真空チャンバの出
    口に設けられプラズマからイオンビ−ムを引き出すため
    の引出電極系と、原料であるシリコンを収容し真空チャ
    ンバの内部に置かれるTa製のルツボとよりなる事を特
    徴とするルツボ内蔵型シリコンイオン源。
  2. 【請求項2】 真空に引くことができ直流放電を起こさ
    せて原料気体を励起してプラズマとするための空間を与
    える真空チャンバと、真空チャンバの内部に設けられ真
    空チャンバに対して陰極となり熱電子を放出し原料気体
    を励起するカソ−ドフィラメントと、真空チャンバと同
    電位でヒ−タとして真空チャンバを加熱するアノ−ドフ
    ィラメントと、真空チャンバの内壁にそって設けられ熱
    輻射を反射するための輻射シ−ルドと、真空チャンバの
    出口に設けられプラズマからイオンビ−ムを引き出すた
    めの引出電極系と、原料であるシリコンを収容し真空チ
    ャンバの内部に置かれるTa製のルツボとよりなる事を
    特徴とするルツボ内蔵型シリコンイオン源。
JP3236967A 1991-08-22 1991-08-22 ルツボ内蔵型シリコンイオン源 Pending JPH0554809A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9050690B2 (en) 2010-04-28 2015-06-09 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Component connection and/or method for connecting components
US10600611B2 (en) * 2017-12-12 2020-03-24 Applied Materials, Inc. Ion source crucible for solid feed materials
US10957509B1 (en) 2019-11-07 2021-03-23 Applied Materials, Inc. Insertable target holder for improved stability and performance for solid dopant materials
US11170973B2 (en) 2019-10-09 2021-11-09 Applied Materials, Inc. Temperature control for insertable target holder for solid dopant materials
US11404254B2 (en) 2018-09-19 2022-08-02 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Insertable target holder for solid dopant materials
US11854760B2 (en) 2021-06-21 2023-12-26 Applied Materials, Inc. Crucible design for liquid metal in an ion source

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