KR0161420B1 - Monitoring method of high energy ion implantation - Google Patents

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KR0161420B1
KR0161420B1 KR1019950021394A KR19950021394A KR0161420B1 KR 0161420 B1 KR0161420 B1 KR 0161420B1 KR 1019950021394 A KR1019950021394 A KR 1019950021394A KR 19950021394 A KR19950021394 A KR 19950021394A KR 0161420 B1 KR0161420 B1 KR 0161420B1
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ion implantation
high energy
energy
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implanted
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오용섭
윤수한
윤재임
오상근
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김광호
삼성전자주식회사
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Abstract

반도체장치의 제조방법에 있어서, 이온주입 공정시 주입된 에너지 및 도우즈를 모니터링할 수 있는 방법에 대해 기재되어 있다.In the method for manufacturing a semiconductor device, a method for monitoring the energy and dose injected during the ion implantation process is described.

이는, 고에너지로 이온주입된 영역에 레이저 빔을 조사하여, 이온주입된 영역에서 반사되어온 빔의 TW값을 측정하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 고에너지 이온주입 공정의 신뢰성 확보 및 안정적인 공정관리가 이루어지며, 빔의 스캔 트러블(beam scan trouble)을 사전에 방지할 수 있다.This is characterized in that the laser beam is irradiated to the region implanted with high energy to measure the TW value of the beam reflected from the implanted region. Therefore, it is possible to secure the reliability of the high energy ion implantation process and to perform stable process management, and to prevent a beam scan trouble in advance.

Description

고에너지 이온주입의 모니터링 방법Monitoring method of high energy ion implantation

제1도는 종래의 고에너지 이온주입 방법을 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a conventional high energy ion implantation method.

제2도는 써멀 웨이브(Thermal Wave) 값을 계측하기 위한 시스템을 도시한 것이다.2 shows a system for measuring Thermal Wave values.

제3a도 내지 제3f도는 고에너지 이온주입시 주입 에너지 및 주입된 불순물의 양(dose)과 TW값의 상관관계를 도시한 그래프이다.3a to 3f are graphs showing the correlation between the implanted energy and the amount of implanted impurities during the high energy ion implantation and the TW value.

제4a도 및 제4b도는 본 발명에 의한 고에너지 이온주입의 모니터링 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.4A and 4B are cross-sectional views illustrating a method for monitoring high energy ion implantation according to the present invention.

본 발명은 반도체장치의 제조방법에 관한 것으로, 특히 고에너지 이온주입 공정시 써멀 웨이브(Thermal Wave) 값을 이용하여 주입된 이온의 에너지를 모니터링할 수 있는 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of monitoring energy of implanted ions using a thermal wave value during a high energy ion implantation process.

이온주입(Ion Implantation) 기술은, 불순물의 단위 주입량의 조절 및 분포모양의 조절이 용이하고, 측면퍼짐의 감소, 저온공정, 균일성, 간편한 불순물 공급원 등의 이점으로, 반도체소자 제조시 기판에 불순물을 도우프하는 공정으로 널리 이용되고 있는 방법이다.Ion Implantation technology makes it easy to control the amount of impurity unit injection and distribution, and to reduce side spread, low temperature process, uniformity, and simple source of impurities. It is a method widely used as a step of dope.

이온주입의 가장 중요한 이점은 주입되는 불순물의 원자수를 정확히 조절할 수 있다는 점이다. 주입 후 약 600~1,000℃ 정도의 온도에서 열을 가하여 주입영역을 어닐링(annealing)함으로써 실리콘 내의 불순물 농도를 1014~ 1021원자/cm3사이에서 정확히 얻어 낼 수 있으며, 또한, 불순물의 깊이에 따른 분포를 용이하게 조절할 수 있다.The most important advantage of ion implantation is the ability to precisely control the number of atoms of implanted impurities. By annealing the implanted area by applying heat at a temperature of about 600 ~ 1,000 ℃ after implantation, the impurity concentration in silicon can be accurately obtained between 10 14 ~ 10 21 atoms / cm 3 , The distribution can be easily adjusted.

그러나, 주입 에너지가 200KeV 이상의 고에너지 이온주입의 경우, 실제 주입된 이온의 양(도우즈)과 주입 깊이(에너지)에 이상이 발생했을 때, 이를 조기에 발견할 수 있는 방법이 없어 이온주입의 이상유무를 판단할 수 없었다.However, in the case of high energy ion implantation with an implantation energy of 200KeV or more, when an abnormality occurs in the amount (dose) and implantation depth (energy) of the implanted ion, there is no way to detect it early. No abnormality could be determined.

이러한 고에너지 이온주입 공정의 예로서, 16M 디램(DRAM) 이상의 고집적 소자의 제조에 있어서, 벌크(bulk)에 에너지 장벽을 형성하기 위한 리트로-그레이드 웰(Retro-grade Well)공정이 있다.As an example of such a high energy ion implantation process, there is a retro-grade well process for forming an energy barrier in bulk in the manufacture of highly integrated devices of 16M DRAM or more.

제1a도를 참조하면, 반도체기판(10)상에 사진공정에 의해, 웰을 형성할 영역을 정의하기 위한 감광막패턴(12)을 형성한 후, 상기 감광막패턴에 의해 개방된 영역의 반도체기판에 고에너지로 불순물이온을 주입한다. 이때, N웰을 형성하고자 할 경우에는, 예를 들어 인(P) 이온을 1.0E13의 도우즈와, 800KeV의 에너지로 주입하고, P웰을 형성하고자 할 경우에는, 예를 들어 보론(B) 이온을 1.0E13의 도우즈와, 700KeV의 에너지로 주입한다.Referring to FIG. 1A, a photoresist pattern 12 for defining a region in which a well is to be formed is formed on the semiconductor substrate 10 by a photolithography process, and then a semiconductor substrate in a region opened by the photoresist pattern is formed. Inject impurity ions with high energy. In this case, for example, to form an N well, phosphorus (P) ions are implanted with a dose of 1.0E13 and an energy of 800 KeV, and to form a P well, for example, boron (B) ions Is injected with a dose of 1.0E13 and an energy of 700 KeV.

이어서, 필드를 형성하기 위한 이온주입을 실시하는데, P형의 경우, 인(P) 이온을 5.0E12의 도우즈, 300KeV의 에너지로 주입한 다음, 상기 감광막패턴을 제거한다.Subsequently, ion implantation is performed to form a field. In the case of P type, phosphorus (P) ions are implanted with a dose of 5.0E12 and energy of 300 KeV, and then the photoresist pattern is removed.

설명한 바와 같이, 200KeV 이상의 고에너지 이온주입 공정의 경우, 검정해줄 툴(Tool)이 없기 때문에, 실제 주입된 이온의 에너지를 확인할 수가 없다. 따라서, 고에너지 이온주입 공정을 안정적으로 관리할 수 없는 문제점이 있다.As described above, in the case of the high energy ion implantation process of 200KeV or more, since there is no tool to test, the energy of the implanted ions cannot be confirmed. Therefore, there is a problem that can not be stably managed high energy ion implantation process.

따라서, 본 발명의 목적은 고에너지 이온주입 공정을 보다 안정적으로 관리할 수 있는 고에너지 이온주입시 모니터링 방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a high energy ion implantation monitoring method that can more stably manage the high energy ion implantation process.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,The present invention to achieve the above object,

고에너지 이온주입된 영역에 레이저빔을 조사하여, 상기 영역에서 반사되어온 빔의 TW값을 측정하는 것을 특징으로 하는 고에너지 이온주입의 모니터링 방법을 제공한다.A high energy ion implantation monitoring method is provided by irradiating a laser beam to a region of high energy ion implantation to measure a TW value of a beam reflected from the region.

본 발명에 있어서, 상기 이온주입 공정은 주입 에너지가 200KeV 이상인 것이 바람직하다.In the present invention, the ion implantation step is preferably implantation energy of 200KeV or more.

본 발명에 있어서, 상기 TW값을 매 런(Run)별로 측정하거나 또는 베치별로 측정하는 것이 바람직하다.In the present invention, the TW value is preferably measured for each run or for each batch.

본 발명에 따르면, 고에너지 이온주입 공정의 신뢰성 확보 및 안정적인 공정관리가 이루어지며, 빔의 스캔 트러블(beam scan trouble)을 사전에 방지할 수 있다.According to the present invention, it is possible to secure the reliability of the high energy ion implantation process and stable process management, and to prevent a beam scan trouble in advance.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 고에너지를 이용한 이온주입 공정시 써멀 웨이브(Thermal Wave; 이하 TW라 함)값을 이용하여 주입된 에너지를 검정하는 것을 특징으로 한다. 이때, TW값이란, 이온주입으로 인해서 생긴 웨이퍼 표면상의 손상(Damage) 정도를 나타내는 데이타로서, 손상정도가 클수록 이값이 증가한다. 즉, 주입 에너지가 클수록, 도우즈량이 많을수록 그리고 도펀트(dopant)의 AMU(Atom Mass Unit)가 클수록 증가하는 값이다.The present invention is characterized in that the energy injected by using a thermal wave value (hereinafter referred to as TW) during the ion implantation process using high energy. At this time, the TW value is data indicating the degree of damage on the wafer surface caused by ion implantation, and this value increases as the degree of damage increases. That is, the larger the injection energy, the larger the dose, and the larger the AMU (Atom Mass Unit) of the dopant.

제2도는 써멀 프로브(Thermal Probe)사의 TW를 계속하기 위한 시스템을 도시한 것이다.2 shows a system for continuing the TW of Thermal Probe.

제2도를 참조하면, 샘플 웨이퍼(30)에 레이저 빔(20)을 조사한 후, 상기 웨이퍼의 손상된 부분에서 난반사된 빔(40)을 증폭함으로써 손상정도를 계측한다.Referring to FIG. 2, after the laser beam 20 is irradiated onto the sample wafer 30, the degree of damage is measured by amplifying the diffusely reflected beam 40 at the damaged portion of the wafer.

제2도에서, △R/R을 값으로 나타낸 것이 TW값이다. 즉, 손상정도에 따라 웨이퍼 표면에서의 레이저 빔의 반사율(Reflectivity; R)이 달라지므로, 상기 TW값으로 손상정도를 알 수 있다. 이온주입에 의한 손상을 이온빔의 에너지와 도우즈량 및 도펀트에 따라 차이가 나기때문에, TW값으로 주입에너지를 검정할 수 없는 200KeV 이상의 영역에서의 이온주입 이상유무의 판단이 가능하게 된다.In FIG. 2, representing ΔR / R as a value is a TW value. That is, since the reflectance (R) of the laser beam on the wafer surface varies depending on the degree of damage, the degree of damage can be known from the TW value. Since the damage caused by ion implantation differs depending on the energy of the ion beam, the dose and the dopant, it is possible to determine whether there is an ion implantation abnormality in the region of 200 KeV or more where the implantation energy cannot be verified by the TW value.

제3a도 내지 제3f도는 고에너지 이온주입 공정시 에너지 및 도우즈량에 대한 TW값의 상관관계를 도시한 그래프로서, 제3a도 및 제3b 도는 N웰을, 제3c도 및 제3d도는 P웰을, 그리고 제3e도 및 제3f도는 P필드를 형성할 때의 에너지 및 도우즈량에 대한 TW값을 각각 나타낸 그래프이다.3a to 3f are graphs showing the correlation of TW values with respect to energy and dose in high energy ion implantation processes. FIGS. 3a and 3b are N wells, and FIGS. 3c and 3d are P wells. And 3e and 3f are graphs each showing a TW value for energy and dose amount when forming a P field.

도시된 바와 같이, 주입 에너지가 클수록, 도우즈량이 많을수록 그리고 도펀트(dopant)의 AMU(Atom Mass Unit)가 클수록 TW값이 증가하는 것을 의미한다.As shown, the larger the implantation energy, the larger the dose, and the larger the AMU (Atom Mass Unit) of the dopant, the higher the TW value.

제4a도 및 제4b도는 본 발명의 일 실시예에 의한 고에너지 이온주입의 모니터링 방법을 설명하기 위한 단면도이다.4A and 4B are cross-sectional views illustrating a method for monitoring high energy ion implantation according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 의한 고에너지 이온주입 공정은, 웰 영역 정의, 웰 이온주입, TW값 계측, 필드 이온주입, TW값 계측, 및 PR 제거공정으로 진행된다.The high energy ion implantation process according to an embodiment of the present invention proceeds to a well region definition, well ion implantation, TW value measurement, field ion implantation, TW value measurement, and PR removal process.

제4a도를 참조하면, 통상의 사진공정에 의해 반도체기판(10)상에, 웰을 형성할 영역을 정의하기 위한 감광막패턴(12)을 형성한 후, 상기 반도체기판에 고에너지로 불순물이온을 주입한다.Referring to FIG. 4A, after the photosensitive film pattern 12 is formed on the semiconductor substrate 10 by a normal photographic process to define a region in which a well is formed, impurity ions are applied to the semiconductor substrate with high energy. Inject.

이 때, N웰을 형성하고자 할 경우에는, 예를 들어 인(P) 이온을 1.0E13의 도우즈와, 800KeV의 에너지로 주입하고, P웰을 형성하고자 할 경우에는, 예를 들어 보론(B) 이온을 1.0E13의 도우즈와, 700KeV의 에너지로 주입한다.In this case, for example, when N-well is to be formed, phosphorus (P) ions are implanted with a dose of 1.0E13 and an energy of 800 KeV, and when a P-well is to be formed, for example, boron (B). Ions are implanted with a dose of 1.0E13 and an energy of 700 KeV.

제4b도를 참조하면, 상기 웰을 형성하기 위한 이온주입 후, 이온주입된 부분의 반도체기판에 레이저 빔을 조사하여 TW값을 계측함으로써 실제 주입된 이온의 도우즈 및 에너지를 목표치와 비교하여 이온주입의 이상유무를 확인한다.Referring to FIG. 4B, after ion implantation for forming the well, the semiconductor substrate of the ion implanted portion is irradiated with a laser beam to measure the TW value to compare the dose and energy of the actually implanted ion with a target value. Check the injection for abnormalities.

이어서, 필드를 형성하기 위한 이온주입을 실시하는데, P형의 필드일 경우, 인(P) 이온을 5.0E12의 도우즈, 300KeV의 에너지로 주입한 다음, 상기 필드 이온주입의 결과를 확인하기 위하여 다시 한번 TW값을 계측, 비교한다.Subsequently, ion implantation is performed to form a field. In the case of a P-type field, phosphorus (P) ions are implanted with a dose of 5.0E12 and energy of 300 KeV, and then to confirm the result of the field ion implantation. Measure and compare TW again.

상기 TW값의 측정을 런 베이스(Run Base)에서 주기적으로 실시할 경우에는, 매 런별로 측정하거나, 또는 배치(batch)별로 측정하는 것이 바람직하다. 이 때, 배치(batch)란 동일한 빔을 이용하여 주입되는 웨이퍼 매수를 말한다.In the case where the measurement of the TW value is periodically performed in a run base, it is preferable to measure each run or to measure each batch. In this case, the batch refers to the number of wafers injected using the same beam.

상술한 본 발명에 의한 고에너지 이온주입 공정에 따르면, 고에너지로 주입된 이온의 도우즈량와 에너지에 이상이 발생했을 때, 이를 조기에 찾아내서 안정적인 공정관리가 이루어지며, 이온주입 공정의 신뢰성을 확보할 수 있고, 빔의 스캔 트러블(beam scan trouble)을 사전에 방지할 수 있다.According to the high energy ion implantation process according to the present invention described above, when an abnormality occurs in the dose amount and energy of ions implanted with high energy, it is detected early and stable process management is achieved, and the reliability of the ion implantation process is improved. It can be ensured and the beam scan trouble of the beam can be prevented in advance.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속한 기술적 사상내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.The present invention is not limited to the above embodiments, and it is apparent that many modifications are possible by those skilled in the art within the technical idea to which the present invention pertains.

Claims (3)

반도체기판의 소정 영역에 고에너지로 불순물 이온을 주입하는 단계; 및 상기 영역에 레이저 빔을 조사한 후, 반사된 상기 레이저 빔의 TW(Thermal Wave) 값을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고에너지 이온주입의 모니터링 방법.Implanting impurity ions at a high energy into a predetermined region of the semiconductor substrate; And measuring a TW (Thermal Wave) value of the reflected laser beam after irradiating the laser beam to the region. 제1항에 있어서, 상기 불순물 이온을 주입하는 단계는, 주입 에너지가 200KeV 이상으로 진행하는 것을 특징으로 하는 고에너지 이온주입의 모니터링 방법.The method of claim 1, wherein the implanting the impurity ions comprises implantation energy of 200 KeV or more. 제1항에 있어서, 상기 TW값을 매런(Run) 별로 측정하거나, 또는 배치별로 측정하는 것을 특징으로 하는 고에너지 이온주입의 모니터링 방법.The method of claim 1, wherein the TW value is measured for each run or for each batch.
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