KR100272159B1 - Symmetrical ion implantation method - Google Patents
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Abstract
Description
제1(a)도 및 제1(b)도는 종래 기술에 따른 대칭적 이온 주입 방법을 설명하기 위한 도면들이다.1 (a) and 1 (b) are views for explaining a symmetrical ion implantation method according to the prior art.
제2(a)도 및 제2(b)도는 본 발명에 의한 대칭적 이온 주입 방법을 설명하기 위한 도면들이다.2 (a) and 2 (b) are views for explaining a symmetrical ion implantation method according to the present invention.
본 발명은 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 이온 주입 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD This invention relates to the manufacturing method of a semiconductor device. Specifically, It is related with the ion implantation method.
이온 주입 공정은 이미 형성되어 있는 소정 층 또는 영역의 도전성을 부여하기 위하여 이온을 물리적인 방법을 통하여 주입시키는 공정으로서, 일반적으로 MOS 트랜지스터의 소오스 영역 및 드레인 영역을 형성하기 위하여 수행된다.The ion implantation process is a process of implanting ions through a physical method to impart conductivity of an already formed layer or region, and is generally performed to form source and drain regions of a MOS transistor.
MOS 트랜지스터를 형성하는 공정을 간략히 살펴보면, 먼저 반도체 기판상에 IOCOS 법과 같은 산화막 형성 방법을 통하여 필드 산화막을 선택적으로 형성시킨다. 필드 산화막은 회로 수자들이 형성되어야 할 영역들을 한정하게 된다. 여기서, 액티브 영역의 상부에는 게이트 산화막이 형성된다. 게이트 산화막의 상부에는 통상 폴리실리콘으로 구성되는 게이트 전극층이 형성된다. 여기서, 게이트 전극충은 폴리실리콘층 및 고융점 금속층이 순차적으로 적층되어 있는 다층 구조로 형성될 수 있다. 이와 같은 게이트 전극층의 형성이 완료되면, 소오스 및 드레인이 형성되어야 할 영역들에 도판트 이온들을 주입하게 되며, 게이트 전극층은 이온-주입 방지 마스크로서 작용하게 된다. 여기서, 이온 채널 효과를 극소화하기 위하여, 도판트 이온들은 통상적으로 반도체 구조물의 표면에 수직인 방향으로 주입되지 아니하고, 수직인 방향에서 약간 벗어난 각도로 주사되는 이온 빔의 형태로 주입된다.Briefly referring to the process of forming the MOS transistor, first, a field oxide film is selectively formed on the semiconductor substrate through an oxide film formation method such as the IOCOS method. The field oxide film defines the areas where circuit numbers are to be formed. Here, a gate oxide film is formed on the active region. On the gate oxide film, a gate electrode layer usually made of polysilicon is formed. Here, the gate electrode worm may be formed in a multi-layered structure in which a polysilicon layer and a high melting point metal layer are sequentially stacked. When the formation of the gate electrode layer is completed, dopant ions are implanted into regions where the source and drain are to be formed, and the gate electrode layer serves as an ion implantation prevention mask. Here, to minimize the ion channel effect, dopant ions are typically implanted in the form of an ion beam that is scanned at an angle slightly off the vertical direction, rather than in a direction perpendicular to the surface of the semiconductor structure.
그러나 이와 같은 방법은 반도체 소자의 크기가 점점 작아짐에 따라, 접합의 깊이가 점점 얕아지며, 열처리가 수행되는 온도가 낮아지게 되어, 결과적으로 게이트 전극의 양측에는 비대칭적인 이온 차단 영역이 형성된다. 이온 차단 영역은 소오스 및 드레인이 형성되어야 할 영역중 도판트 이온이 주입되지 않는 영역으로서, MOS 트랜지스터의 전기적인 특성에 영향을 미치게 된다. 예를 들면, 소오스 영역쪽에 고 저항 영역을 형성하고 드레인 전류를 낮추게 되는 것과 같이 MOS 트랜지스터의 전기적인 특성을 변화시키게 되는 것으로서, 바람직스럽지 못한 점이 있다.However, in such a method, as the size of the semiconductor device becomes smaller and smaller, the depth of the junction becomes shallower, and the temperature at which the heat treatment is performed is lowered. As a result, an asymmetric ion blocking region is formed on both sides of the gate electrode. The ion blocking region is a region where dopant ions are not implanted among regions where the source and drain are to be formed, and affects the electrical characteristics of the MOS transistor. For example, it is undesirable to change the electrical characteristics of the MOS transistors such as forming a high resistance region toward the source region and lowering the drain current.
이러한 문제점을 개선하기 위한 방안으로서 이온 주입이 실시되어야 할 반도체 구조물을 소정 축을 기준으로 회전시키면서 이온 주입하는 기술이 제안되어 있는데, 이를 통상 대칭적 이온 주입 방법이라 한다. 대칭적 이온 주입 방법에서는, 반도체 구조물의 방향 잡기(orientation) 각도를 바꾸면서 이온 주입을 실시하게 된다. 예를 들면, 상기 반도체 구조물의 방향잡기 각도(β°)는 45°→225°로 변화된다. 반도체 구조물의 방향잡기 각도(β°)를 변경하고자 하는 경우에는 디스크에 탑재된 반도체 구조물을 이온 주입 장비의 방향 잡기부(orientor)까지 꺼낸 후 반도체 구조물의 방향잡기 각도를 변경시키게 된다. 그런 다음, 반도체 구조물을 디스크에 재-로딩시켜야 하기 때문에 공정시간이 늘어나게 되어, 생산성이 떨어지는 문제점이 있었다. 여기서, 반도체 기판에 수직인 방향과 이온 빔이 이루는 각도는 틸트 각도(β°)라고 하는 것으로서, 제1(a)도 및 제1(b)도에서 알 수 있는 바와 같이, 틸트 각도(β°)는 180° 변화되는 방향잡기 각도(β°)와는 달리, 일정하게 유지된다.As a method for improving the above problems, a technique of ion implantation while rotating a semiconductor structure to be ion implanted with respect to a predetermined axis has been proposed, which is generally referred to as a symmetrical ion implantation method. In the symmetric ion implantation method, ion implantation is performed while changing the orientation angle of the semiconductor structure. For example, the orientation angle β of the semiconductor structure is changed from 45 ° to 225 °. When the orientation angle (β °) of the semiconductor structure is to be changed, the semiconductor structure mounted on the disk is taken out to the orientation part of the ion implantation equipment and then the orientation angle of the semiconductor structure is changed. Then, the process time is increased because the semiconductor structure has to be reloaded onto the disk, and there is a problem that the productivity is lowered. Here, the angle formed by the direction perpendicular to the semiconductor substrate and the ion beam is referred to as the tilt angle β °, and as can be seen from the first (a) and the first (b) degrees, the tilt angle (β °). ) Is kept constant, unlike the deflection angle (β °), which is changed by 180 °.
이를 좀 더 구체적으로 살펴보면, 다음과 같다.In more detail, it is as follows.
1) 이온주입 장비내 방향잡기부에서 반도체 구조물의 방향잡기 각도〔β°, 예를 들면 β°=45°〕조정1) Adjust the orientation angle [β °, for example β ° = 45 °] of the semiconductor structure in the orientation part in the ion implantation equipment.
2) 반도체 구조물을 이온주입장비내 디스크에 로딩2) Loading the semiconductor structure onto the disk in the ion implantation equipment
3) 1/2 도판트 이온량 이온 주입 실시3) 1/2 dopant ion amount ion implantation
4) 반도체 구조물을 디스크에서 방향잡기부까지 꺼냄(unloading)4) Unloading the semiconductor structure from the disk to the directional section
5) 방향잡기부에서 반도체 구조물의 방향잡기 각도〔(β+180)°예를 들면, (β+180)°=225°〕를 재조정5) In the directional section, readjust the directional angle [(β + 180) °, for example, (β + 180) ° = 225 °] of the semiconductor structure.
6) 반도체 구조물을 이온주입 장비내 디스크에 재 로딩6) Reload the semiconductor structure into the disk in the ion implantation equipment
7) 나머지 1/2 도판트 이온량 이온 주입 실시7) Implantation of the remaining 1/2 dopant ion amount
8) 반도체 구조물 탈착8) Removal of semiconductor structure
이상에서 알 수 있는 바와 같이 종래의 대칭적 이온 주입 공정은 반도체 구조물을 방향잡기부에서 재 방향조정을 하여야 한다. 이를 위하여 반도체 구조물은 디스크로부터 꺼내어졌다가 다시 로딩되어야 한다. 방향잡기부상에서 반도체 구조물의 방향잡기 각도를 조정하기 위해서는 회전을 추가적인 메카니즘이 필요하게 되며, 그에 의하여 이온주입 장비의 생산성이 저하된다. 또한, 상기 디스크상에서 반도체 구조물의 방향 잡기 각도를 조정하는 것은 까다로운 작업이기 때문에 많은 시간이 소요되고, 정확히 조정하지 못하는 경우에 반도체 소자의 신뢰도가 떨어지고 생산수율이 감소하는 문제점이 낳게 된다.As can be seen from the above, the conventional symmetric ion implantation process requires reorientation of the semiconductor structure at the orientation part. To do this, the semiconductor structure must be taken out of the disk and then reloaded. In order to adjust the orientation angle of the semiconductor structure on the orientation portion, an additional mechanism of rotation is required, thereby lowering the productivity of the ion implantation equipment. In addition, adjusting the orientation angle of the semiconductor structure on the disk is a difficult operation, which takes a lot of time, and if it is not accurately adjusted, the reliability of the semiconductor device is lowered and the production yield is reduced.
따라서, 본 발명의 목적은 보다 효율적으로 수행할 수 있는 대칭적 이온 주입 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a symmetrical ion implantation method that can be performed more efficiently.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 대칭적 이온 주입 방법은 이온 주입이 실시되어야 할 반도체 구조물을 이온 주입 장비의 방향잡기부에서 방향잡기 각도를 제1 각도로 조정하고 디스크상에 틸트 각도를 제2 각도로 조정하는 단계: 주입되어야 할 도판트 이온량의 본질적으로 1/2이 되는 도판트 이온량을 상기 반도체 구조물의 소정 영역 또는 층에 주입하는 단계: 반도체 구조물의 표면에 수직인 축에 대하여 상기 제2 각도와 대칭이 되는 제3 각도로, 상기 틸트 각도를 조정하는 단계: 및 주입되어야 할 도판트 이온량의 본질적으로 나머지 1/2이 되는 도판트 이온량을 상기 반도체 구조물의 소정 영역 또는 층에 주입하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, the symmetrical ion implantation method according to the present invention adjusts the orientation angle of the semiconductor structure to be ion implanted in the orientation of the ion implantation equipment to the first angle and the tilt angle on the disk Adjusting to a second angle: implanting an amount of dopant ions that is essentially one half of the amount of dopant ions to be implanted into a predetermined region or layer of the semiconductor structure: the axis about an axis perpendicular to the surface of the semiconductor structure Adjusting the tilt angle at a third angle that is symmetric to a second angle: and implanting a dopant ion amount that is essentially the remaining half of the amount of dopant ion to be implanted into a predetermined region or layer of the semiconductor structure It includes a step.
본 발명에 따른 대칭적 이온 주입 방법에 구체적인 실시예에 따르면, 상기 제2 각도는 반도체 구조물의 표면에 수직인 축을 기준으로 7°이고 상기 제3 각도는 -7°가 된다. 또한, 상기 반도체 구조물은 소정 게이트 산화막의 상부에 게이트 전극이 형성되어 있는 구조이고, 상기 이온 주입 공정들은 소오스 영역 및 드레인 영역들이 형성되어야 할 부위로 도판트 이온들을 주입하는 공정이 되며, 이온 빔의 형태로 이온을 주입하게 된다.According to a specific embodiment of the symmetrical ion implantation method according to the present invention, the second angle is 7 ° with respect to the axis perpendicular to the surface of the semiconductor structure and the third angle is -7 °. In addition, the semiconductor structure has a structure in which a gate electrode is formed on a predetermined gate oxide layer, and the ion implantation processes inject dopant ions into a portion where source and drain regions are to be formed. Inject ions in the form.
간략하게 말하면, 반도체 구조물을 회전시키는 대신에, 반도체 구조물이 디스크에 탑재된 상태에서 방향 잡기 각도를 그대로 둔체 틸드 각도를 바꿔주면(예를 들어 +7°→-7°), 반도체 구조물을 방향잡기 각도를 변화시킨 것과 동일한 효과를 얻게 되므로, 반도체 소자의 특성이 열화됨이 없이, 공정 시간을 감축시킬 수 있어 생산성을 증대시키게 된다.In short, instead of rotating the semiconductor structure, if the tilt angle of the obtuse body is changed while the semiconductor structure is mounted on the disk (for example, + 7 ° → -7 °), the semiconductor structure is oriented. Since the same effect as changing the angle is obtained, the process time can be reduced without deteriorating the characteristics of the semiconductor device, thereby increasing productivity.
이하, 첨부된 도면들을 참조항 본 발명에 관하여 좀 더 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in more detail with respect to the present invention.
제2(a)도 및 제2(b)도는 본 발명에 따른 대칭적 이온 주입 방법의 일례를 설명하기 위한 도면들이다.2 (a) and 2 (b) are views for explaining an example of a symmetrical ion implantation method according to the present invention.
먼저, 이온을 주입하고자 하는 반도체 구조물이 마련된다. 제2(a)도에 도시된 반도체 구조물은, MOS 트랜지스터의 형성 공정의 중간 단계에서 얻어지는 구조물로서, 반도체 기판상에 게이트 산화막(102)이 형성되어 있고, 그 상부에 게이트 전극층(101)이 형성되어 있다. 이와 같이 게이트 전극층(101)의 형성이 완료되면, 소오스/드레인 영역들(103, 104)을 형성하기 위하여, 이온 주입 공정이 실시되어야 한다. 본 발명은 이와 같은 이온 주입 공정에 관련되는 것이다.First, a semiconductor structure to implant ions is prepared. The semiconductor structure shown in FIG. 2 (a) is a structure obtained in an intermediate step of the MOS transistor formation process, in which a gate oxide film 102 is formed on a semiconductor substrate, and a gate electrode layer 101 is formed thereon. It is. When the formation of the gate electrode layer 101 is completed, an ion implantation process should be performed to form the source / drain regions 103 and 104. The present invention relates to such an ion implantation process.
이온 주입 공정시, 위에서 언급한 바와 같이, 이온 채널 효과를 극소화시키기 위하여 이온 빔은 반도체 구조물의 표면에 수직인 방향으로 주사되는 대신에 약간 벗어난 방향에서 주사되어야 한다. 또한, 소자의 전기적인 특성을 열화시키게 되는 비대칭적 이온 차단영역이 형성되는 것을 방지하기 위하여 대칭적으로 이온이 주입되어야 한다.In the ion implantation process, as mentioned above, in order to minimize the ion channel effect, the ion beam should be scanned in a slightly deviated direction instead of being scanned in a direction perpendicular to the surface of the semiconductor structure. In addition, ions must be symmetrically implanted to prevent the formation of an asymmetric ion blocking region that degrades the electrical properties of the device.
이와 같은 조건을 만족하게 되는 본 발명의 대칭적 이온 주입 방법은 다음과 같다.The symmetrical ion implantation method of the present invention that satisfies such conditions is as follows.
먼저, 이온 주입이 실시되어야 할 반도체 구조물을 이온 주입 장비내의 방향잡기부에서 방향잡기 각도(β°)를 소정 제1 각도로 조정하고 반도체 구조물을 디스크상에 탑재한 후 틸트 각도(α°)를 소정 제2 각도(예를 들면 7°)로 조정한다. 이와 같이 방향잡기 각도(β°) 및 틸트 각도(α°)가 조정되면, 주입하고자 하는 이온 도즈량의 본질적으로 1/2이 되는 양을 이온 빔의 형태로 상기 반도체 구조물의 소정 영역 또는 층에 선택적으로 주입시킨다.First, the semiconductor structure to be ion implanted is adjusted to a predetermined first angle at the direction of the direction in the ion implantation equipment, the semiconductor structure is mounted on the disk, and then the tilt angle (α °) is adjusted. It adjusts to predetermined 2nd angle (for example, 7 degrees). When the direction angle (β °) and the tilt angle (α °) are adjusted in this manner, an amount that is essentially half of the amount of ion dose to be implanted is transferred to a predetermined region or layer of the semiconductor structure in the form of an ion beam. Optional injection.
이어서, 상기 틸트 각도(α°)를 상기 제2 각도와 대칭이 되는 제3 각도(예를 들면 -7°)로 조정한다. 여기서 제2 각도 및 제3 각도는 위에서도 언급한 바와 같이 반도체 구조물의 표면에 수직인 축을 중심으로 상호 대칭이 되는 각도들이다.Next, the tilt angle α ° is adjusted to a third angle (for example, −7 °) that is symmetrical with the second angle. Here, the second angle and the third angle are angles which are mutually symmetric about an axis perpendicular to the surface of the semiconductor structure, as also mentioned above.
이어서, 주입하고자 하는 이온 도즈량의 본질적으로 나머지 1/2에 해당되는 양을 상기 반도체 구조물의 소정 영역 또는 층에 이온 빔의 형태로 선택적으로 주입시킨다.Subsequently, an amount corresponding to essentially half of the amount of ion dose to be implanted is selectively implanted in the form of an ion beam into a predetermined region or layer of the semiconductor structure.
이를 간략히 정리하여 나타내면 다음과 같다.This is summarized as follows.
1) 반도체 구조물을 방향잡기부에서 각도(β°) 조정 (예를 들면, β°=45°)1) Adjust the angle (β °) at the orientation of the semiconductor structure (eg β ° = 45 °)
2) 반도체 구조물을 디스크상에 탑재후 틸트 각도(α°) 조정(예를 들면, α°=70°)2) Adjust the tilt angle (α °) after mounting the semiconductor structure on the disc (eg α ° = 70 °)
3) 1/2 도즈량 이온 주입 공정 실시3) 1/2 dose ion implantation process
4) 틸트 각도(α°) 조정 ... -7° (방향잡기 각도(β°)는 일정)4) Tilt angle (α °) adjustment ... -7 ° (Direction angle (β °) is constant)
5) 나머지 1/2 도즈량 이온 주입 공정 실시5) Implement the remaining 1/2 dose ion implantation process
6) 반도체 구조물 탈착6) Desorption of semiconductor structure
이상에서 설명한 대칭적 이온 주입 방법의 효과를 종래 기술에 따른 대칭적 이온 주입 방법과 비교하여 살펴보면 다음과 같다.The effects of the symmetric ion implantation method described above will be described in comparison with the symmetric ion implantation method according to the prior art.
* 종래 기술에 따른 대칭적 이온 주입 공정에서 재-방향조정에 소요되는 시간...4분 30초* Time required for re-orientation in the symmetrical ion implantation process according to the prior art ... 4 minutes 30 seconds
* 본 발명에 따른 대칭적 이온 주입 공정에서 틸트 각도를 조절하는데 소요되는 시간...1분 55초* Time required to adjust the tilt angle in the symmetrical ion implantation process according to the present invention ... 1 minute 55 seconds
따라서, 본 발명에 따른 대칭적 이온 주입 공정은 종래 기술에 따른 대칭적 이온 주입 공정에 비하여 단위 작업당 2분 35초의 시간을 감소시키는 잇점이 있다.Therefore, the symmetric ion implantation process according to the present invention has the advantage of reducing the time of 2 minutes 35 seconds per unit operation compared to the symmetric ion implantation process according to the prior art.
단위 작업당 소요 시간을 비교하기 위하여 실시한 실험결과에 의하면, 종래 기술에 따른 대칭적 이온 주입 공정의 단위 작업당 소요시간은 2264.71초이고, 본 발명에 따른 대칭적 이온 주입 공정의 단위 작업당 소요 시간은 2109.71초로서, 대략적으로 6.84% 작업 시간을 감축시키는 효과가 있음을 알 수 있다.According to the experimental results conducted to compare the time required per unit operation, the time required per unit operation of the symmetric ion implantation process according to the prior art is 2264.71 seconds, the time required per unit operation of the symmetric ion implantation process according to the present invention Is 2109.71 seconds, roughly 6.84% of work time.
또한 상기 실험 결과에 의하면, 종래 기술에 따른 대칭적 이온 주입 공정을 실시한 경우에 수율은 82.3%이고, 본 발명에 따른 대칭적 이온 주입 공정을 실시한 경우에 수율은 83.6%로 나타났다.In addition, according to the experimental results, the yield was 82.3% when the symmetric ion implantation process according to the prior art, the yield was 83.6% when the symmetric ion implantation process according to the present invention.
소자의 DC 특성을 비교하면 다음 표와 같다.Comparing the DC characteristics of the device is shown in the following table.
이상에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 대칭적 이온 주입 공정은 이온 주입 장비의 다운 시간(down time)를 감소시킴으로써 이를 보다 효과적으로 사용하게 되어 단위 반도체 소자의 제조 원가가 감소하는 잇점을 갖는다. 즉, 생산 설비의 생산성이 향상된다. 또한, 반도체 구조물 재-방향조정 과정에서 발생되는 오류에 기인하는 소자의 신뢰도 저하를 방지함으로써, 소자의 생산 수율 및 특성이 개선되는 잇점이 있다.As can be seen above, the symmetrical ion implantation process according to the present invention has the advantage of reducing the down time of the ion implantation equipment to use it more effectively, thereby reducing the manufacturing cost of the unit semiconductor device. In other words, the productivity of the production equipment is improved. In addition, there is an advantage in that the production yield and characteristics of the device are improved by preventing the deterioration of the reliability of the device due to an error generated in the semiconductor structure re-orientation process.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 국한되지 않고 당업자가 가진 통상적인 지식의 범위내에서 그 변형이나 개량이 가능하게 된다. 특히 상기 이온 주입 공정은 소오스/드레인 영역을 형성하기 위한 것으로만 제한되지 않고 반도체 장치를 제조하는 공정에서 이와 같은 대칭적 이온 주입이 요구되는 어떠한 반도체 구조물상에서도 실시할 수 있음은 명백하다.While the present invention has been described with reference to specific embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and modifications and improvements are possible within the scope of ordinary knowledge of those skilled in the art. In particular, it is apparent that the ion implantation process is not limited to forming source / drain regions but may be performed on any semiconductor structure requiring such symmetrical ion implantation in the process of manufacturing a semiconductor device.
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