專利名稱：離子注入機和采用此離子注入機的離子注入方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種離子注入機和一種離子注入方法，尤其涉及一種對正、負離子均適用的離子注入機以及采用此離子注入機的離子注入方法。
在半導(dǎo)體器件制造過程中，離子注入是決定半導(dǎo)體器件可靠性的最重要工藝步驟之一，同時，離子注入機被大致分為兩種類型一種用于形成深雜質(zhì)層，另一種用于形成淺雜質(zhì)層。形成淺雜質(zhì)層的離子注入機，包括中等強度電流注入機和高強度電流注入機，其加速正離子雜質(zhì)，如硼(B)、磷(P)或砷(As)，并且把加速后的離子注入晶片。
另一方面，形成深雜質(zhì)層的離子注入機，除包括用于注入正離子的常規(guī)離子注入機之外，還配有離子轉(zhuǎn)換器。當(dāng)用這種類型的注入機注入B+或P+離子時，正離子被離子轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成負離子。因此，用相同的加速能量，這些正離子的能量增加到常規(guī)離子注入機加速器中正離子能量的兩倍。
用具有這種離子轉(zhuǎn)換器的“深型”離子注入機形成淺雜質(zhì)層時，被廣泛應(yīng)用于形成淺雜質(zhì)層的BF+離子應(yīng)該被轉(zhuǎn)換成負離子。然而在轉(zhuǎn)換過程中，BF+離子間的鍵合很容易被破壞。此外，若是沒有離子轉(zhuǎn)換器中的這種離子轉(zhuǎn)換，質(zhì)量分析器中的正離子將被偏轉(zhuǎn)到與負離子相反的方向，從而使得加速器變得無用。


圖1所示為具有離子轉(zhuǎn)換器的常規(guī)離子注入機。常規(guī)離子注入機包括離子產(chǎn)生器10，離子分離器12，離子轉(zhuǎn)換器14，質(zhì)量分析器16，加速器18，聚焦器20，以及離子測量器22。在此，離子轉(zhuǎn)換器14將正離子轉(zhuǎn)換成負離子。用上述構(gòu)成的離子注入機所進行的離子注入將被描述如下首先，離子在離子產(chǎn)生器中產(chǎn)生，離子分離器12從產(chǎn)生的離子中分離出離子注入所需的離子，然后分離出的離子在離子轉(zhuǎn)換器14中被轉(zhuǎn)換成負離子。這里，由于鎂在250℃或250℃以上能為正離子快速提供電子，所以在從正到負的離子轉(zhuǎn)換中，鎂被用作電子源材料，并且離子轉(zhuǎn)換器中的轉(zhuǎn)換溫度最低被設(shè)置為250℃。
來自離子轉(zhuǎn)換器14的負離子在質(zhì)量分析器16中被偏轉(zhuǎn)。偏轉(zhuǎn)角度隨質(zhì)量分析器16中的磁場強度和被導(dǎo)入質(zhì)量分析器16的離子的質(zhì)量，電離程度與速度而變化。離子材料一經(jīng)確定下來，在考慮所確定的離子材料的質(zhì)量和電離度的同時，通過調(diào)節(jié)質(zhì)量分析器16中的磁場，就能精確地偏轉(zhuǎn)被導(dǎo)入質(zhì)量分析器16的離子。
被加速器18加速后的負離子被聚焦器聚焦后，這些被聚焦后的負離子通過離子測量器22最后被導(dǎo)入反應(yīng)腔(圖中未示)。通過一種眾所周知的方法，這些負離子被反應(yīng)腔還原成正離子，并且注入晶片。
如上所述，常規(guī)的離子注入機可用來把硼或磷離子轉(zhuǎn)換成負離子并且在晶片中形成深雜質(zhì)層。然而，常規(guī)離子注入機不能用在以BF+離子形成淺雜質(zhì)層的情況，因為在負電離時BF+離子間的鍵合力容易被破壞。在此，如果正離子沒有被轉(zhuǎn)換成負離子就被導(dǎo)入質(zhì)量分析器，正離子的偏轉(zhuǎn)方向?qū)⑴c負離子的偏轉(zhuǎn)方向相反。
因此，當(dāng)用常規(guī)離子注入機注入離子時，應(yīng)根據(jù)粒子的帶電狀態(tài)選擇離子注入機。結(jié)果，半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)率很低。
為了克服常規(guī)技術(shù)中遇到的問題，本發(fā)明的一個目的在于提供一種對任何極性都適用的離子注入機，從而提高半導(dǎo)體器件的產(chǎn)量。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種運用上述離子注入機的離子注入方法。
為了達到上述目的，這里提供的離子注入機包括離子分離器；質(zhì)量分析器，無論離子的帶電狀態(tài)如何，該質(zhì)量分析器都能按照預(yù)定方向偏轉(zhuǎn)由離子分離器導(dǎo)入的離子；以及極性轉(zhuǎn)換器，該極性轉(zhuǎn)換器能夠按照離子的帶電狀態(tài)改變質(zhì)量分析器中磁場的通量方向。
該極性轉(zhuǎn)換器具有用于改變流經(jīng)電磁鐵的電流方向的裝置，該電磁鐵用于形成質(zhì)量分析器中的磁場。
上述用于改變電流方向的裝置是繼電器或是電動機。
為了達到另一個目的，這里提供一種離子注入方法，包括這些步驟(a)產(chǎn)生離子；(b)無論離子的帶電狀態(tài)如何，按照預(yù)定方向偏轉(zhuǎn)離子；以及加速并聚焦這些被偏轉(zhuǎn)的離子。
在步驟(b)中，采用了具有用于按照離子帶電狀態(tài)改變磁場通量方向裝置的質(zhì)量分析器。
上述改變磁場通量方向的裝置是極性轉(zhuǎn)換器，它具有電動機作為改變流經(jīng)電磁鐵的電流方向的主要裝置，該電磁鐵用于產(chǎn)生質(zhì)量分析器中的磁場。改變電流方向的主要裝置可以是一個繼電器。
按照這種離子注入方法，本發(fā)明的離子注入機既可以把正離子也可以把負離子注入到晶片中。利用該注入機進行離子注入提高了半導(dǎo)體器件的產(chǎn)量。
通過詳細描述一最佳實施例，同時參考附圖，上述目的和本發(fā)明的優(yōu)點會變得更為明顯。在這些附圖中圖1是說明常規(guī)離子注入機各單元間功能關(guān)系的示意框圖。
圖2是說明本發(fā)明離子注入機各單元間功能關(guān)系的示意框圖。
圖3是說明在本發(fā)明的離子注入機中極性轉(zhuǎn)換器和質(zhì)量分析器之間相互作用關(guān)系的視圖。
圖2是本發(fā)明的離子注入機的框圖。
如圖2所示，本發(fā)明用極性轉(zhuǎn)換器代替了常規(guī)離子注入機的離子轉(zhuǎn)換器。也就是說，本發(fā)明的離子注入機包括離子產(chǎn)生器10，離子分離器12，質(zhì)量分析器16，極性轉(zhuǎn)換器40，加速器18，聚焦器20，以及離子測量器22。
通常，在質(zhì)量分析器中，均勻磁場由電磁鐵產(chǎn)生。因此根據(jù)弗來明(Fleming)左手定則，力被加到導(dǎo)入質(zhì)量分析器16的帶電粒子上，從而使帶電粒子偏轉(zhuǎn)。通過改變流經(jīng)電磁鐵的電流方向來改變磁場通量的方向。
極性轉(zhuǎn)換器40的作用是改變質(zhì)量分析器16中的磁場通量方向。為了這個目的，在極性轉(zhuǎn)換器40中提供了電動機或繼電器作為改變流經(jīng)電磁鐵的電流方向的裝置。
圖3說明了質(zhì)量分析器16和極性轉(zhuǎn)換器40的相互作用關(guān)系。參考符號B表示質(zhì)量分析器16中的磁場，以及參考符號I表示在質(zhì)量分析器16中流經(jīng)電磁鐵的電流。在極性轉(zhuǎn)換器40中以標號42表示的方框代表改變流經(jīng)質(zhì)量分析器16中電磁鐵的電流方向的裝置。該裝置可以是電動機或者是繼電器。在圖3中，磁場B由垂直紙面指向上的箭頭表示。因此，如果導(dǎo)入質(zhì)量分析器16的帶電粒子是正的，那么帶正電粒子被向右偏轉(zhuǎn)，如圖所示。
相反，如果導(dǎo)入質(zhì)量分析器16的粒子帶負電，那么它們向左偏轉(zhuǎn)。然而，當(dāng)帶負電的粒子進入質(zhì)量分析器16時，用極性轉(zhuǎn)換器40使質(zhì)量分析器中流經(jīng)電磁鐵的電流方向改變，導(dǎo)致質(zhì)量分析器16中磁場B通量方向的改變。也就是說，在圖3中，磁場B將被定為指向紙內(nèi)的方向。因此，磁場B被反向，因而也使作用于帶負電粒子的磁場力反向。結(jié)果，負電荷被向右偏轉(zhuǎn)。
現(xiàn)在，將描述一種按照本發(fā)明用上述離子注入機進行離子注入的方法。
首先，把B+或者P+注入到晶片內(nèi)以形成深雜質(zhì)層的工藝過程描述如下。
離子在離子產(chǎn)生器10中產(chǎn)生。然后，離子分離器12從產(chǎn)生的離子中分離出離子注入所需的離子。在與常規(guī)工藝相同的條件下，分離出的離子，如B+離子或P+離子，被離子轉(zhuǎn)換器14轉(zhuǎn)換成負離子。負離子被質(zhì)量分析器16偏轉(zhuǎn)到加速器18。被加速器18加速后的負離子在反應(yīng)腔中被注入到晶片中。在離子注入以形成深雜質(zhì)層的過程中，極性轉(zhuǎn)換器40沒有運行其本來的功能，因而對上述離子沒有影響。
下面，把BF+離子注入到晶片中以形成淺雜質(zhì)層的工藝過程描述如下。
BF+離子通過離子產(chǎn)生器10和離子分離器12被導(dǎo)入離子轉(zhuǎn)換器14。這里，在離子轉(zhuǎn)換器14中，轉(zhuǎn)換溫度降到250℃或者250℃以下，或者把離子轉(zhuǎn)換器關(guān)掉。在這些條件下，BF+離子通過離子轉(zhuǎn)換器14進入質(zhì)量分析器16，BF+離子的極性沒有改變。這里，極性轉(zhuǎn)換器40用作使導(dǎo)入質(zhì)量分析器16的離子按照預(yù)定方向偏轉(zhuǎn)的裝置，而無論離子的帶電狀態(tài)如何。也就是說，極性轉(zhuǎn)換器40用來改變質(zhì)量分析器16中產(chǎn)生的磁場通量方向。為了改變磁場的通量方向，應(yīng)改變流經(jīng)質(zhì)量分析器16中電磁鐵的電流方向。作為達到這個目的的主要裝置，電動機(未畫)或者繼電器(未畫)被提供給極性轉(zhuǎn)換器40。繼電器或者電動機使流經(jīng)質(zhì)量分析器中電磁鐵的電流反向，引起質(zhì)量分析器16中的磁場通量反向。因此，作用于BF+離子上的磁場力的方向與作用于負離子上的方向相同，從而精確地使這些離子偏轉(zhuǎn)到加速器18。其后，BF+離子通過與常規(guī)技術(shù)中相同的路徑。
在本發(fā)明中，采用一種對正離子和負離子均適用的離子注入機進行離子注入。因此，不必更換離子注入機就在晶片中既能形成深雜質(zhì)層，也能形成淺雜質(zhì)層，采用常規(guī)離子注入方法這是不可能的。換句話說，BF+雜質(zhì)還有B+和P+雜質(zhì)可以僅用一臺離子注入機注入。這樣，半導(dǎo)體器件的產(chǎn)量可以被大大提高。
本發(fā)明并不局限于上述的實施方式，很容易理解，任何熟練的技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍和精神之內(nèi)可以使許多變形方法成為可能。
權(quán)利要求
1.一種離子注入機，包括離子分離器；質(zhì)量分析器，用于偏轉(zhuǎn)由所述的離子分離器導(dǎo)入的離子，無論離子的帶電狀態(tài)如何，它都能按照預(yù)定方向偏轉(zhuǎn)離子；以及極性轉(zhuǎn)換器，用于按照所述離子的帶電狀態(tài)改變所述質(zhì)量分析器中磁場的通量方向。
2.如權(quán)利要求1所述的離子注入機，其中，所述極性轉(zhuǎn)換器具有改變流經(jīng)電磁鐵的電流方向的裝置，該電磁鐵在所述的質(zhì)量分析器中產(chǎn)生磁場。
3.如權(quán)利要求2所述的離子注入機，其中所述裝置是繼電器。
4.如權(quán)利要求2所述的離子注入機，其中所述裝置是電動機。
5.一種離子注入方法，包括如下步驟(a)產(chǎn)生粒子；(b)無論所述粒子帶電狀態(tài)如何，按照預(yù)定方向偏轉(zhuǎn)所述離子；以及(c)加速并聚焦所述被偏轉(zhuǎn)的離子。
6.如權(quán)利要求5所述的離子注入方法，其中，所述步驟(b)采用了質(zhì)量分析器，它具有用于按照所述離子的帶電狀態(tài)改變磁場通量方向的裝置。
7.如權(quán)利要求6所述的離子注入方法，其中，所述裝置是具有電動機的極性轉(zhuǎn)換器，該電動機是作為改變流經(jīng)電磁鐵的電流方向的主要裝置，電磁鐵用來在所述質(zhì)量分析器中產(chǎn)生磁場。
8.如權(quán)利要求6中所述的離子注入方法，其中，所述主要裝置是繼電器。
全文摘要
一種離子注入機和一種對正離子和負離子均適用的離子注入方法。該離子注入機具有離子分離器；質(zhì)量分析器，用于按照預(yù)定方向偏轉(zhuǎn)由離子分離器導(dǎo)入的離子，而無論離子的帶電狀態(tài)如何；以及極性轉(zhuǎn)換器，用于按照離子的帶電狀態(tài)來改變質(zhì)量分析器中磁場的通量方向。因此，不用更換離子注入機，就能在晶片中形成淺雜質(zhì)層和深雜質(zhì)層，使得僅用一臺離子注入機就能注入BF
文檔編號H01L21/265GK1159074SQ96112929
公開日1997年9月10日 申請日期1996年9月16日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月22日
發(fā)明者吳相根, 文常營, 金定坤, 金度亨 申請人:三星電子株式會社