专利名称：离子注入机和采用此离子注入机的离子注入方法
技术领域：
本发明涉及一种离子注入机和一种离子注入方法，尤其涉及一种对正、负离子均适用的离子注入机以及采用此离子注入机的离子注入方法。
在半导体器件制造过程中，离子注入是决定半导体器件可靠性的最重要工艺步骤之一，同时，离子注入机被大致分为两种类型一种用于形成深杂质层，另一种用于形成浅杂质层。形成浅杂质层的离子注入机，包括中等强度电流注入机和高强度电流注入机，其加速正离子杂质，如硼(B)、磷(P)或砷(As)，并且把加速后的离子注入晶片。
另一方面，形成深杂质层的离子注入机，除包括用于注入正离子的常规离子注入机之外，还配有离子转换器。当用这种类型的注入机注入B+或P+离子时，正离子被离子转换器转换成负离子。因此，用相同的加速能量，这些正离子的能量增加到常规离子注入机加速器中正离子能量的两倍。
用具有这种离子转换器的“深型”离子注入机形成浅杂质层时，被广泛应用于形成浅杂质层的BF+离子应该被转换成负离子。然而在转换过程中，BF+离子间的键合很容易被破坏。此外，若是没有离子转换器中的这种离子转换，质量分析器中的正离子将被偏转到与负离子相反的方向，从而使得加速器变得无用。
图1所示为具有离子转换器的常规离子注入机。常规离子注入机包括离子产生器10，离子分离器12，离子转换器14，质量分析器16，加速器18，聚焦器20，以及离子测量器22。在此，离子转换器14将正离子转换成负离子。用上述构成的离子注入机所进行的离子注入将被描述如下首先，离子在离子产生器中产生，离子分离器12从产生的离子中分离出离子注入所需的离子，然后分离出的离子在离子转换器14中被转换成负离子。这里，由于镁在250℃或250℃以上能为正离子快速提供电子，所以在从正到负的离子转换中，镁被用作电子源材料，并且离子转换器中的转换温度最低被设置为250℃。
来自离子转换器14的负离子在质量分析器16中被偏转。偏转角度随质量分析器16中的磁场强度和被导入质量分析器16的离子的质量，电离程度与速度而变化。离子材料一经确定下来，在考虑所确定的离子材料的质量和电离度的同时，通过调节质量分析器16中的磁场，就能精确地偏转被导入质量分析器16的离子。
被加速器18加速后的负离子被聚焦器聚焦后，这些被聚焦后的负离子通过离子测量器22最后被导入反应腔(图中未示)。通过一种众所周知的方法，这些负离子被反应腔还原成正离子，并且注入晶片。
如上所述，常规的离子注入机可用来把硼或磷离子转换成负离子并且在晶片中形成深杂质层。然而，常规离子注入机不能用在以BF+离子形成浅杂质层的情况，因为在负电离时BF+离子间的键合力容易被破坏。在此，如果正离子没有被转换成负离子就被导入质量分析器，正离子的偏转方向将与负离子的偏转方向相反。
因此，当用常规离子注入机注入离子时，应根据粒子的带电状态选择离子注入机。结果，半导体器件的生产率很低。
为了克服常规技术中遇到的问题，本发明的一个目的在于提供一种对任何极性都适用的离子注入机，从而提高半导体器件的产量。
本发明的另一个目的在于提供一种运用上述离子注入机的离子注入方法。
为了达到上述目的，这里提供的离子注入机包括离子分离器；质量分析器，无论离子的带电状态如何，该质量分析器都能按照预定方向偏转由离子分离器导入的离子；以及极性转换器，该极性转换器能够按照离子的带电状态改变质量分析器中磁场的通量方向。
该极性转换器具有用于改变流经电磁铁的电流方向的装置，该电磁铁用于形成质量分析器中的磁场。
上述用于改变电流方向的装置是继电器或是电动机。
为了达到另一个目的，这里提供一种离子注入方法，包括这些步骤(a)产生离子；(b)无论离子的带电状态如何，按照预定方向偏转离子；以及加速并聚焦这些被偏转的离子。
在步骤(b)中，采用了具有用于按照离子带电状态改变磁场通量方向装置的质量分析器。
上述改变磁场通量方向的装置是极性转换器，它具有电动机作为改变流经电磁铁的电流方向的主要装置，该电磁铁用于产生质量分析器中的磁场。改变电流方向的主要装置可以是一个继电器。
按照这种离子注入方法，本发明的离子注入机既可以把正离子也可以把负离子注入到晶片中。利用该注入机进行离子注入提高了半导体器件的产量。
通过详细描述一最佳实施例，同时参考附图，上述目的和本发明的优点会变得更为明显。在这些附图中图1是说明常规离子注入机各单元间功能关系的示意框图。
图2是说明本发明离子注入机各单元间功能关系的示意框图。
图3是说明在本发明的离子注入机中极性转换器和质量分析器之间相互作用关系的视图。
图2是本发明的离子注入机的框图。
如图2所示，本发明用极性转换器代替了常规离子注入机的离子转换器。也就是说，本发明的离子注入机包括离子产生器10，离子分离器12，质量分析器16，极性转换器40，加速器18，聚焦器20，以及离子测量器22。
通常，在质量分析器中，均匀磁场由电磁铁产生。因此根据弗来明(Fleming)左手定则，力被加到导入质量分析器16的带电粒子上，从而使带电粒子偏转。通过改变流经电磁铁的电流方向来改变磁场通量的方向。
极性转换器40的作用是改变质量分析器16中的磁场通量方向。为了这个目的，在极性转换器40中提供了电动机或继电器作为改变流经电磁铁的电流方向的装置。
图3说明了质量分析器16和极性转换器40的相互作用关系。参考符号B表示质量分析器16中的磁场，以及参考符号I表示在质量分析器16中流经电磁铁的电流。在极性转换器40中以标号42表示的方框代表改变流经质量分析器16中电磁铁的电流方向的装置。该装置可以是电动机或者是继电器。在图3中，磁场B由垂直纸面指向上的箭头表示。因此，如果导入质量分析器16的带电粒子是正的，那么带正电粒子被向右偏转，如图所示。
相反，如果导入质量分析器16的粒子带负电，那么它们向左偏转。然而，当带负电的粒子进入质量分析器16时，用极性转换器40使质量分析器中流经电磁铁的电流方向改变，导致质量分析器16中磁场B通量方向的改变。也就是说，在图3中，磁场B将被定为指向纸内的方向。因此，磁场B被反向，因而也使作用于带负电粒子的磁场力反向。结果，负电荷被向右偏转。
现在，将描述一种按照本发明用上述离子注入机进行离子注入的方法。
首先，把B+或者P+注入到晶片内以形成深杂质层的工艺过程描述如下。
离子在离子产生器10中产生。然后，离子分离器12从产生的离子中分离出离子注入所需的离子。在与常规工艺相同的条件下，分离出的离子，如B+离子或P+离子，被离子转换器14转换成负离子。负离子被质量分析器16偏转到加速器18。被加速器18加速后的负离子在反应腔中被注入到晶片中。在离子注入以形成深杂质层的过程中，极性转换器40没有运行其本来的功能，因而对上述离子没有影响。
下面，把BF+离子注入到晶片中以形成浅杂质层的工艺过程描述如下。
BF+离子通过离子产生器10和离子分离器12被导入离子转换器14。这里，在离子转换器14中，转换温度降到250℃或者250℃以下，或者把离子转换器关掉。在这些条件下，BF+离子通过离子转换器14进入质量分析器16，BF+离子的极性没有改变。这里，极性转换器40用作使导入质量分析器16的离子按照预定方向偏转的装置，而无论离子的带电状态如何。也就是说，极性转换器40用来改变质量分析器16中产生的磁场通量方向。为了改变磁场的通量方向，应改变流经质量分析器16中电磁铁的电流方向。作为达到这个目的的主要装置，电动机(未画)或者继电器(未画)被提供给极性转换器40。继电器或者电动机使流经质量分析器中电磁铁的电流反向，引起质量分析器16中的磁场通量反向。因此，作用于BF+离子上的磁场力的方向与作用于负离子上的方向相同，从而精确地使这些离子偏转到加速器18。其后，BF+离子通过与常规技术中相同的路径。
在本发明中，采用一种对正离子和负离子均适用的离子注入机进行离子注入。因此，不必更换离子注入机就在晶片中既能形成深杂质层，也能形成浅杂质层，采用常规离子注入方法这是不可能的。换句话说，BF+杂质还有B+和P+杂质可以仅用一台离子注入机注入。这样，半导体器件的产量可以被大大提高。
本发明并不局限于上述的实施方式，很容易理解，任何熟练的技术人员在本发明的范围和精神之内可以使许多变形方法成为可能。
权利要求
1.一种离子注入机，包括离子分离器；质量分析器，用于偏转由所述的离子分离器导入的离子，无论离子的带电状态如何，它都能按照预定方向偏转离子；以及极性转换器，用于按照所述离子的带电状态改变所述质量分析器中磁场的通量方向。
2.如权利要求1所述的离子注入机，其中，所述极性转换器具有改变流经电磁铁的电流方向的装置，该电磁铁在所述的质量分析器中产生磁场。
3.如权利要求2所述的离子注入机，其中所述装置是继电器。
4.如权利要求2所述的离子注入机，其中所述装置是电动机。
5.一种离子注入方法，包括如下步骤(a)产生粒子；(b)无论所述粒子带电状态如何，按照预定方向偏转所述离子；以及(c)加速并聚焦所述被偏转的离子。
6.如权利要求5所述的离子注入方法，其中，所述步骤(b)采用了质量分析器，它具有用于按照所述离子的带电状态改变磁场通量方向的装置。
7.如权利要求6所述的离子注入方法，其中，所述装置是具有电动机的极性转换器，该电动机是作为改变流经电磁铁的电流方向的主要装置，电磁铁用来在所述质量分析器中产生磁场。
8.如权利要求6中所述的离子注入方法，其中，所述主要装置是继电器。
全文摘要
一种离子注入机和一种对正离子和负离子均适用的离子注入方法。该离子注入机具有离子分离器；质量分析器，用于按照预定方向偏转由离子分离器导入的离子，而无论离子的带电状态如何；以及极性转换器，用于按照离子的带电状态来改变质量分析器中磁场的通量方向。因此，不用更换离子注入机，就能在晶片中形成浅杂质层和深杂质层，使得仅用一台离子注入机就能注入BF
文档编号H01L21/265GK1159074SQ96112929
公开日1997年9月10日 申请日期1996年9月16日 优先权日1995年12月22日
发明者吴相根, 文常营, 金定坤, 金度亨 申请人:三星电子株式会社