[发明专利]离子注入机和采用此离子注入机的离子注入方法

说明书

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。