JPS584424B2 - Ion beam formation method - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電界電離形イオン源によるイオンビーム形成方
法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an ion beam forming method using a field ion source.

電界電離形イオン源は極めて高輝度でエネルギー分散も
小さく、直径４００八程度の極微小径のイオンビームを
得ることができるため、エレクトロニクス分野での超Ｌ
ＳＩの開発における超微細加工技術への応用として、盛
んに開発研究がす＼められている。Field ionization type ion sources have extremely high brightness, low energy dispersion, and can obtain ion beams with an extremely small diameter of about 4008, so they are used as ultra-L in the electronics field.
Research and development efforts are actively underway to apply ultra-fine processing technology in the development of SI.

現在、電界電離形イオン源で得られているイオンの種類
は、Ｇａ，Ｂｉ，Ａｕ等極く限られておりまたディバイ
スプロセスではそれ程重要でないイオン種であり、Ａ８
，Ｂ等の重要なドーパントイオン源やＳｉなど自己イオ
ンスパツタ加工用イオン源として利用したいイオン種に
ついてはまだ開発されるに至っていない。Currently, the types of ions obtained with field ionization ion sources are extremely limited, such as Ga, Bi, and Au, and are not very important in device processes.
, B, and other important dopant ion sources, and ion species such as Si that are desired to be used as ion sources for self-ion sputter processing have not yet been developed.

その理由は、これらの元素の蒸気圧が高かったり、低温
で溶融しないためである。The reason for this is that these elements have high vapor pressure or do not melt at low temperatures.

すなわち、電界電離形イオン源は電界蒸発形液体金属イ
オン源あるいはＥＨＤ （ Ｅｌｅｃｔｒｏｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ）イオン
源とも呼ばれ、金属元素を溶融して液体金属とし、これ
で濡らした針状陽極と対向電極との間に電圧を印加して
、針状陽極尖端よりイオンを電界電離放出するものであ
る。In other words, a field ion source, also called a field evaporation liquid metal ion source or EHD (electrohydrodynamic) ion source, melts a metal element to form a liquid metal, which is then placed between a wetted acicular anode and a counter electrode. By applying a voltage, ions are emitted by field ionization from the tip of the needle-like anode.

したがって、金属元素の融点が高い材料（Ｓｉ：１４２
０℃，Ｂ：２３００℃、では、針状陽極自体が溶融損傷
したり、金属元素と反応して損傷したり、あるいはこれ
らの金属元素の融点での蒸気圧が高い（Ａｓ：３６気圧
）材料では蒸発してしまい、安定したイオンの電界電離
放出は困難ないしは不可能であった。Therefore, a material with a high melting point of the metal element (Si: 142
At 0℃, B: 2300℃, the needle anode itself may be damaged by melting, react with metal elements and be damaged, or materials with high vapor pressure at the melting point of these metal elements (As: 36 atmospheres) However, the ions would evaporate, making stable field ionization of ions difficult or impossible.

本発明は上記に鑑みなされたものであって、合金では融
点の低い材料が得られることに着目し、合金を用いて電
界電離して各合金元素のイオンビームをつくり、その中
から所望の金属元素のイオンビーム２を選択することを
特徴とするイオンビーム形成方法である。The present invention has been made in view of the above, and focuses on the fact that alloys can provide materials with low melting points.The present invention uses an alloy to produce ion beams of each alloy element by electric field ionization, and selects a desired metal from among the ion beams. This is an ion beam forming method characterized by selecting an ion beam 2 of an element.

上記したドーパントイオン源や自己イオンスパツタ加工
用イオン源としての重要な元素を含む合金には、例えば
Ｓｉ−ＡｕｊＢ−Ｐｔ−Ｂ−ＰｄｓＡｓ−Ｐｂ，Ａｓ−
Ｓｅなどがある。Alloys containing important elements as the above-mentioned dopant ion source and ion source for self-ion sputter processing include, for example, Si-AujB-Pt-B-PdsAs-Pb, As-
There are Se, etc.

これらの合金の融点及び融点での蒸気圧は下表に示すと
おり、いずれも低融点でしかも蒸気圧は２Ｘ１０−２Ｔ
ｏｒｒ以下と低い。The melting points and vapor pressures at the melting points of these alloys are shown in the table below, and they all have low melting points and vapor pressures of 2X10-2T.
Low, below orr.

そのため、電界電離形イオン源の針状陽極を損傷するこ
ともなく、容易に各合金元素のイオンの電界電離放出が
安定して行われるので、その中から必要とする金属元素
のイオン（Ｓｉ，３，Ａｓなど）を質量分析装置などを
用いて選択すればよい。Therefore, the acicular anode of the field ion source is not damaged, and the field ion emission of ions of each alloying element is easily and stably performed. 3, As, etc.) may be selected using a mass spectrometer or the like.

実施例 電界電離形イオン源にＡ１−Ｓｉ共晶合金とＡｕＧｅＰ
ｔＢ合金を用い、得られたイオンビームを質量分析装置
により分析・選択した結果、第１図に示すように自己ス
パツタ加工用イオンとして必要なＳｉイオンが、また第
２図に示すようにドーパントイオンとして重要なＢイオ
ンが得られることを確認した。Example: A1-Si eutectic alloy and AuGeP are used as a field ionization source.
Using a tB alloy, the resulting ion beam was analyzed and selected using a mass spectrometer, and as a result, as shown in Fig. 1, Si ions necessary as ions for self-sputtering were present, and as shown in Fig. 2, dopant ions were detected. It was confirmed that important B ions could be obtained.

第３図にＡｕ−Ｓｉ共晶合金の、第４図にＡｕＧｅＰｔ
Ｂ合金のイオン電流Ｉｉと引出し電圧ｖＥＸの関係をそ
れぞれ示す。Figure 3 shows the Au-Si eutectic alloy, Figure 4 shows the AuGePt alloy.
The relationship between the ion current Ii and the extraction voltage vEX of B alloy is shown.

なお、Ｖ，Ｘ＝４，６ＫＶでは電流密度は４１．８ｔＡ
／Ｓｒ（ＶＢｘ＝４．６ＫＶのときのイオン電流Ｉｉ＝
１０−８Ａを、ビームを測定している立体角Ω＝２．４
Ｘ１０−’Ｓｒで規格化）で、このうちＳｊイオンは全
休め１１％であるから４．１８μＡ／Ｓｒ，″Ｂ＋イオ
ンは全体の３０％であるから１２、５μＡ／Ｓｒに対応
する。Furthermore, when V,X=4.6KV, the current density is 41.8tA.
/Sr(Ion current Ii when VBx=4.6KV=
10-8A, solid angle Ω measuring the beam = 2.4
(normalized by X10-'Sr), of which the Sj ion accounts for 11% of the total, so it corresponds to 4.18 μA/Sr, and the B+ ion accounts for 30% of the total, so it corresponds to 12.5 μA/Sr.

以下、本発明のイオンビーム形成法により極微小径のイ
オンビームを発生させて、超ＬＳＩなど．をマスクレス
で製造するためのシステムの一例を第５図により説明す
る。Hereinafter, an ion beam with an extremely small diameter will be generated using the ion beam forming method of the present invention, and will be applied to ultra-LSI devices, etc. An example of a system for maskless manufacturing will be explained with reference to FIG.

ｌａ，１ｂ，ｌｃはいずれも電界電離形のイオン源であ
って、超ＬＳＩを製造するのに必要な金属元素Ａｓ，Ｂ
，Ｓｉなどをそれぞれ含む合金Ａｓ−Ｐｂ，Ｂ−Ｐｔ，
Ｓｉ−４ｕの溶融手段、針状陽極、加熱コイル、対向電
極、高電圧印加手段等（いずれも図示せず）で構成され
ている。la, 1b, and lc are all field ionization type ion sources, and they are metal elements As and B necessary for manufacturing VLSI.
, Si, etc. alloys As-Pb, B-Pt,
It consists of a Si-4u melting means, a needle anode, a heating coil, a counter electrode, a high voltage application means, etc. (all not shown).

ここで説明の便宜上１ａと１ｃを注入用イオン源、１ｂ
を自己イオン加工洗浄用イオン源として説明する。For convenience of explanation, 1a and 1c are implantation ion sources, 1b
will be explained as an ion source for self-ion processing and cleaning.

２ａ，２ｂ，２ｃは各イオン源からのイオンビームを収
束し質量分析装置３に導くためのレンズ手段である。Lens means 2a, 2b, and 2c converge the ion beams from each ion source and guide them to the mass spectrometer 3.

質量分析装置３では、イオン源からの各合金元素のイオ
ンビームを必要とする金属元素のイオンビーム（Ａｓｔ
Ｂ，Ｓｉなど）に選別する。The mass spectrometer 3 uses a metal element ion beam (Ast), which requires an ion beam of each alloy element from an ion source.
B, Si, etc.).

この選別されたイオンビームをレンズ手段４で集束する
と共にビーム偏向走査千段５により偏向走査し、加工室
６内に配置したウエハ一一の所定位置に投射する。The selected ion beam is focused by a lens means 4, deflected and scanned by a beam deflection scanning stage 5, and projected onto a predetermined position on a wafer 11 placed in a processing chamber 6.

この第５図のシステムを用いてマスクレスプロセスで超
ＬＳＩなどを製造するには、第６図の工程で示す如く、
■イオン源１ｂから得られるＳｉイオンビームによりＳ
ｉウェハー８の表面をスパツタクリーニングする（第６
−１図）、■イオン源１ａから得られるＢイオンビーム
によりＳｉウエ・一の所定領域にドーパントとしてのＢ
を注入する（第６−２図）、■イオン源１Ｃから得られ
るＡｓイオンビームによりＡｓを所定領域に注入する（
第６−３図）、■スパッタリング装置などの蒸着膜形成
手段１により、Ｓｉの保護膜９を形成する（第６−４図
）、■イオン源１ｂからのＳｉイオンビームにより保護
膜９の表面をスパッタ加工し窓あけをしだ後（第６−５
図）、蒸着膜形成手段７により電極１０を蒸着形成する
（第６−６図）。In order to manufacture VLSI etc. using the maskless process using the system shown in Fig. 5, as shown in the process shown in Fig. 6,
■The Si ion beam obtained from the ion source 1b
Spatter cleaning the surface of the i-wafer 8 (sixth
(Fig. 1), ■ B ion beam obtained from the ion source 1a releases B as a dopant into a predetermined region of the Si wafer.
(Fig. 6-2), ■ Inject As into a predetermined region using the As ion beam obtained from the ion source 1C (
(Fig. 6-3), ■ Forming a Si protective film 9 using a vapor deposited film forming means 1 such as a sputtering device (Fig. 6-4), ■ Surface of the protective film 9 using a Si ion beam from an ion source 1b. After sputtering and opening the window (6-5
(Fig. 6-6), the electrode 10 is formed by vapor deposition using the vapor deposition film forming means 7 (Fig. 6-6).

なお、上記製造工程■，■，■では、各イオン源に附設
する走査形イオン顕微鏡（図示せず）からのＨ，Ｈｅイ
オンビームにより位置合せや表面観測が行われる。In the above manufacturing steps (1), (2), and (2), positioning and surface observation are performed using H and He ion beams from a scanning ion microscope (not shown) attached to each ion source.

以上詳述したように、本発明は電界電離形イオン源に共
晶合金を用いて、各合金元素のイオンビームをつくり、
その中から所望の金属元素のイオンビームを選択するの
で、種々の極微小径のイオンビームを形成することがで
き、例えば、■超ＬＳＩを一貫した工程で、ドライ化、
自動化の実現、■表面物性の解析、■他のエレクトロニ
クスディバイスの開発等各種の応用面に大きく寄与する
ものである。As detailed above, the present invention uses a eutectic alloy in a field ion source to create an ion beam of each alloy element,
Since an ion beam of a desired metal element is selected from among them, ion beams with various ultra-small diameters can be formed.For example,
This will greatly contribute to various applications such as realization of automation, analysis of surface properties, and development of other electronic devices.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１〜第４図は本発明の実施例で得られたグラフであり
、第１図と第２図はＡｕ−Ｓｉ共晶合金とＡｕＧｅＰｔ
Ｂ合金のイオン電流と電界の関係を、第３図と第４図は
Ａｕ−Ｓｉ共晶合金とＡｕＧｅＰｔＢ合金のイオン電流
と引出し電圧の関係をそれぞれ示す。 第５図は本発明によるシステムの一例を示すブロック図
、第６図は第５図のシステムによる超ＬＳＩの製造工程
の一例を示す。 １ 図中の符号：ｌａ．ｌｂ，ｌｃ・・・・・・電界電
離形イオン源、３・・・・・・質量分析装置、２ａｓ２
ｂｐ２ｃ，４・・・・・・レンズ手段、５・・・・・・
ビーム偏向走査手段、６・・・・・・加工室、８・・・
・・・ウエハー。Figures 1 to 4 are graphs obtained in Examples of the present invention, and Figures 1 and 2 are graphs of Au-Si eutectic alloy and AuGePt.
FIGS. 3 and 4 show the relationship between the ion current and electric field for the B alloy, and the relationships between the ion current and extraction voltage for the Au-Si eutectic alloy and the AuGePtB alloy, respectively. FIG. 5 is a block diagram showing an example of a system according to the present invention, and FIG. 6 shows an example of a VLSI manufacturing process using the system of FIG. 1 Code in the figure: la. lb, lc...Field ionization type ion source, 3...Mass spectrometer, 2as2
bp2c, 4... Lens means, 5...
Beam deflection scanning means, 6... Processing chamber, 8...
...Wafer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] １ 合金を溶融し、電界電離して各合金元素のイオンビ
ームをつくり、その中から所望の金属元素のイオンビー
ムを選択することを特徴とするイオンビーム形成方法。1. An ion beam forming method characterized by melting an alloy, creating ion beams of each alloy element by electric field ionization, and selecting an ion beam of a desired metal element from among the ion beams.