KR100280545B1

KR100280545B1 - Source gas preheating device for semiconductor ion implantation equipment

Info

Publication number: KR100280545B1
Application number: KR1019980063524A
Authority: KR
Inventors: 홍성탁
Original assignee: 김영환; 현대반도체 주식회사
Priority date: 1998-12-31
Filing date: 1998-12-31
Publication date: 2001-11-02
Also published as: KR20000046797A

Abstract

본 발명은 반도체 이온주입장비의 소스가스 예열장치에 관한 것으로, 종래에는 소스 캐비넷의 내부에 상온의 상태로 저장되어 있던 불순물 가스가 곧바로 고온인 아크챔버로 주입되므로, 이온빔의 양의 조절하기 위하여 상기 불순물 가스의 양을 변화시키게 되면 그 불순물 가스가 유입되는 아크챔버의 내부온도가 변하게 되어 결국 형성되는 이온의 양도 변하게 되는 문제점이 있었던 바, 본 발명에서는 상온인 소스 캐비넷과 고온인 아크챔버 사이를 연통시키는 가스튜브에 히팅블록을 장착시켜 상기 아크챔버로 유입되는 불순물 가스를 미리 일정온도로 가열시킴으로써, 상기 불순물 가스의 유량을 변화시키더라도 이온빔의 양이 시간에 따라 변화하는 것을 방지시킬 수 있다.The present invention relates to a source gas preheater of a semiconductor ion implantation apparatus. In the related art, since impurity gas stored at a normal temperature inside a source cabinet is directly injected into a high temperature arc chamber, the amount of ion beam is controlled. When the amount of the impurity gas is changed, there is a problem that the internal temperature of the arc chamber into which the impurity gas is introduced is changed and thus the amount of ions formed is also changed. By mounting a heating block on the gas tube to heat the impurity gas flowing into the arc chamber to a predetermined temperature in advance, even if the flow rate of the impurity gas is changed, the amount of the ion beam can be prevented from changing with time.

Description

Source gas preheating device for semiconductor ion implantation equipment

본 발명은 반도체 제조공정중에서 이온주입 공정에 관한 것으로, 특히 주입되는 이온의 양을 정확히 제어하기 위하여 이온 형성부인 이온소스(Ion Source)에서 일정한 양의 이온이 시간에 관계없이 지속적으로 형성되도록 하는 반도체 이온주입장비의 소스가스 예열장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion implantation process in a semiconductor manufacturing process, and more particularly to a semiconductor in which a constant amount of ions are continuously formed regardless of time in an ion source, an ion forming unit, to precisely control the amount of implanted ions A source gas preheating device for ion implantation equipment.

일반적으로 반도체 제조공정중에서 이온주입 공정은 반도체 물질 내에 불순물을 주입하여 전도특성을 변화시키고자 하는 것으로, 원자 또는 분자를 이온화하여 적절한 에너지로 가속시켜 고체상태의 기판표면하에 주입함으로써 기판의 일정부분에 불순물 영역이 생성되도록 하는 것이다.In general, the ion implantation process in the semiconductor manufacturing process is to change the conduction characteristics by injecting impurities into the semiconductor material, ionized atoms or molecules to accelerate to an appropriate energy and implanted under a surface of a solid substrate to a certain portion of the substrate To create an impurity region.

상기 이온주입법은 확산도핑법에 비해 도핑량을 정확히 조절할 수 있고, PN접합이 깊이를 정확하고 얇게 만들 수 있으며, 문턱전압의 조절이 용이하고, 상온에서도 공정이 가능하며, 웨이퍼 상의 도핑균일성이 우수하고 측면확산이 적어 디바이스의 고집적화에 유리하다는 등의 장점이 있어 최근 활용범위가 나날이 확대되는 추세이다.Compared to the diffusion doping method, the ion implantation method can precisely control the doping amount, the PN junction can make the depth precise and thin, the threshold voltage can be easily controlled, the process can be performed at room temperature, and the doping uniformity on the wafer Its advantages are that it is advantageous for high integration of devices due to its excellent and low side diffusion.

이러한 이온주입장비에서는 주입되는 이온의 양을 정확하게 제어하는 것이 무엇보다도 중요한데, 도 1은 종래 이온주입장비의 일부를 보인 개략도이고, 도 2는 이온형성부인 이온소스를 보인 종단면도이다.In such an ion implantation equipment, it is most important to accurately control the amount of implanted ions. FIG. 1 is a schematic view showing a part of a conventional ion implantation equipment, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing an ion source as an ion forming unit.

이에 도시된 바와 같이 종래의 이온주입장비는, 이온화시킬 소스가 가스형태로 저장된 보틀(Bottle) 등이 보관되는 소스 캐비넷(Sorce Cabinet)(1)과, 그 소스 캐비넷(1)에 스테인레스 재질의 가스튜브(2)로 연결되어 이온을 형성하는 이온소스(3)를 포함하여 구성되어 있다.As shown in the drawing, a conventional ion implantation apparatus includes a source cabinet 1 in which a bottle, etc., in which a source to be ionized is stored in a gas form is stored, and a gas of stainless material in the source cabinet 1. It comprises an ion source (3) connected to the tube (2) to form ions.

상기 이온소스(3)는 도 2에 도시된 바와 같이, 아크챔버(Arc Chamber)(3a)의 내부에 열전자를 형성하는 텅스텐 필라멘트(Tung Filament)(3b) 및 아이솔레이티드 리필러 플레이트(Isolated Repeller Plate)(3c)가 구비되어 있고, 상기 아크챔버(3a)의 외부에는 필라멘트(3b)에서 형성된 열전자에 자기장을 형성시켜 나선운동을 시키는 소스 마그네트(3d) 및 냉각수가 흐르는 소스블록(미도시)이 구비되어 있다.As shown in FIG. 2, the ion source 3 includes a tungsten filament 3b and an isolated refiller plate forming hot electrons in an arc chamber 3a. Plate (3c) is provided, the source magnet (3d) and the source block (not shown) flowing the source magnet (3d) and spiral water to form a magnetic field in the hot electrons formed in the filament (3b) for the spiral movement outside the arc chamber (3a) It is provided.

상기 소스 캐비넷(1)의 내부는 상온을 유지하는 반면, 상기 이온소스(3)의 아크챔버(3a)는 고온의 상태를 유지하도록 되어 있다.The inside of the source cabinet 1 is kept at room temperature, while the arc chamber 3a of the ion source 3 is kept at a high temperature.

상기와 같은 종래의 이온주입장비에서 이온이 형성되는 과정은 다음과 같다.The process of forming ions in the conventional ion implantation equipment as described above is as follows.

즉, 상기 소스 캐비넷(1)으로부터 이온소스(3)의 아크챔버(3a)로 유입되는 불순물 가스는 그 아크챔버(3a) 내부의 필라멘트(3b)로부터 방출되는 열전자와 충돌하면서 가스분자의 분해 및 이온화가 진행된다.That is, the impurity gas flowing from the source cabinet 1 into the arc chamber 3a of the ion source 3 collides with the hot electrons emitted from the filament 3b inside the arc chamber 3a and decomposes the gas molecules. Ionization proceeds.

이때, 상기 이온소스(3)에서 생성되는 이온의 양은 주입되는 가스의 양이나, 또는 열전자를 형성하도록 필라멘트(3b)에 공급되는 전압 및 전류, 또는 생성된 열전자를 나선운동 시키기 위한 소스 마그네트(3d)의 전류, 그리고 상기 아크챔버(3a)의 벽면과 필라멘트(3b) 사이에 흐르는 전류의 양 등에 큰 영향을 받게 된다.At this time, the amount of ions generated in the ion source 3 is the amount of gas injected, or the voltage and current supplied to the filament 3b to form hot electrons, or the source magnet 3d for spirally moving the generated hot electrons. ) And the amount of current flowing between the wall of the arc chamber 3a and the filament 3b.

따라서, 형성되는 빔의 양을 조정하기 위하여는 상기한 각각의 변수들을 조정하여야 한다.Therefore, in order to adjust the amount of beams to be formed, each of the above-described parameters should be adjusted.

그러나, 상기와 같은 종래의 이온주입장비의 이온형성장치에 있어서는, 상기 소스 캐비넷(1)의 내부에 상온의 상태로 저장되어 있던 불순물 가스가 곧바로 고온인 아크챔버(3a)로 주입되므로, 이온빔(Ion Beam)의 양의 조절하기 위하여 상기 불순물 가스의 양을 변화시키게 되면 그 불순물 가스가 유입되는 아크챔버(3a)의 내부온도가 변하게 되어 결국 형성되는 이온의 양도 변하게 되는 문제점이 있었다.However, in the ion forming apparatus of the conventional ion implantation equipment as described above, since the impurity gas stored at room temperature inside the source cabinet 1 is directly injected into the high temperature arc chamber 3a, the ion beam ( When the amount of the impurity gas is changed to adjust the amount of the ion beam, there is a problem that the internal temperature of the arc chamber 3a into which the impurity gas is introduced is changed and thus the amount of ions formed is also changed.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 이온주입장비가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 상기 소스 캐비넷에 저장되어 있었다가 아크챔버로 유입되는 불순물 가스의 양이 변하더라도 생성되는 이온의 양은 크게 변하지 않도록 할 수 있는 반도체 이온주입장비의 이온빔 형성장치를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made in view of the problems of the conventional ion implantation equipment as described above. Even though the amount of impurity gas stored in the source cabinet and flowing into the arc chamber changes, the amount of generated ions does not change significantly. It is an object of the present invention to provide an ion beam forming apparatus of a semiconductor ion implantation equipment that can be avoided.

도 1은 종래 이온주입장비의 일부를 보인 개략도.1 is a schematic view showing a part of a conventional ion implantation equipment.

도 2는 종래 이온주입장비의 이온형성부인 이온소스를 보인 종단면도.Figure 2 is a longitudinal sectional view showing an ion source that is an ion forming portion of a conventional ion implantation equipment.

도 3은 본 발명에 의한 소스가스 예열장치가 구비된 이온주입장비의 일부를 보인 개략도.Figure 3 is a schematic view showing a part of the ion implantation equipment equipped with a source gas preheating apparatus according to the present invention.

도 4는 본 발명 소스가스 예열장치를 보인 종단면도.Figure 4 is a longitudinal sectional view showing a source gas preheater of the present invention.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명****** Description of the symbols for the main parts of the drawings ***

1 : 소스 캐비넷 2 : 가스튜브1: source cabinet 2: gas tube

3 : 이온소스 3a : 아크챔버3: ion source 3a: arc chamber

10 : 히팅블록 11 : 열선10: heating block 11: heating wire

12 : 단열재12: heat insulation

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 불순물 가스가 상온의 상태로 저장되는 소스 캐비넷과, 그 소스 캐비넷으로부터 공급되는 불순물 가스를 이용하여 고온의 상태에서 이온을 발생시키는 이온소스와, 상기 소스 캐비넷과 이온소스의 아크챔버를 연통시키는 가스튜브와, 그 가스튜브에 장착되어 상기 소스 캐비넷에서 이온소스의 아크챔버로 유동되는 불순물 가스를 일정온도로 가열하는 히팅블록을 포함하여 구성되는 반도체 이온주입장비의 소스가스 예열장치가 제공된다.In order to achieve the object of the present invention, a source cabinet in which an impurity gas is stored at a normal temperature, an ion source generating ions in a high temperature state using an impurity gas supplied from the source cabinet, and the source cabinet And a gas tube communicating with the arc chamber of the ion source, and a heating block mounted to the gas tube to heat the impurity gas flowing from the source cabinet to the arc chamber of the ion source to a predetermined temperature. A source gas preheater is provided.

이하, 본 발명에 의한 반도체 이온주입장비의 소스가스 예열장치를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the source gas preheating apparatus of the semiconductor ion implantation apparatus according to the present invention will be described in detail based on the embodiment shown in the accompanying drawings.

도 3은 본 발명에 의한 소스가스 예열장치가 구비된 이온주입장비의 일부를 보인 개략도이고, 도 4는 본 발명 소스가스 예열장치를 보인 종단면도이다.Figure 3 is a schematic view showing a part of the ion implantation equipment equipped with a source gas preheater according to the present invention, Figure 4 is a longitudinal sectional view showing the source gas preheater of the present invention.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 반도체 이온주입장비의 이온빔 형성장치는, 불순물 가스가 상온의 상태로 저장되는 소스 캐비넷(1)과, 그 소스 캐비넷(1)으로부터 공급되는 불순물 가스를 이용하여 고온의 상태에서 이온을 발생시키는 이온소스(3)와, 상기 소스 캐비넷(1)과 이온소스(3)를 연통시키는 가스튜브(2)와, 그 가스튜브(2)에 장착되어 상기 소스 캐비넷(1)에서 이온소스(3)로 유동되는 불순물 가스를 일정온도로 가열하는 히팅블록(10)을 포함하여 구성된다.As shown therein, the ion beam forming apparatus of the semiconductor ion implantation apparatus according to the present invention has a high temperature by using a source cabinet 1 in which an impurity gas is stored at a room temperature, and an impurity gas supplied from the source cabinet 1. An ion source (3) for generating ions in the state of the gas, a gas tube (2) for communicating the source cabinet (1) with the ion source (3), and a gas tube (2) mounted on the source cabinet (1). It is configured to include a heating block 10 for heating the impurity gas flowing in the ion source (3) to a predetermined temperature.

상기 소스 캐비넷(1)은 불순물 가스가 상온의 상태로 유지되도록 보틀(미도시)등에 담겨져 저장된다.The source cabinet 1 is stored in a bottle (not shown) or the like so that the impurity gas is kept at room temperature.

상기 이온소스(3)는 아크챔버(3a)의 내부에 열전자를 형성하는 텅스텐 필라멘트(도 2에 도시)(3b) 및 아이솔레이티드 리필러 플레이트(도 2에 도시)(3c)가 구비되고, 상기 아크챔버(3a)의 외부에는 필라멘트(3b)에서 형성된 열전자에 자기장을 형성시켜 나선운동을 시키는 소스 마그네트(도 2에 도시)(3d) 및 냉각수가 흐르는 소스블록(미도시)이 구비되어 이루어진다.The ion source 3 is provided with a tungsten filament (shown in FIG. 2) 3b and an isolated refiller plate (shown in FIG. 2) 3c for forming hot electrons inside the arc chamber 3a, Outside the arc chamber 3a, a source magnet (shown in FIG. 2) 3d for forming a magnetic field in the hot electrons formed in the filament 3b and performing a spiral motion and a source block (not shown) through which coolant flows are provided. .

상기 가스튜브(2)는 스테인레스 재질로 이루어지고, 그 외주면에 열선(11)이 감겨짐과 아울러 그 열선(11)의 외측에 단열재(12)가 감겨져 이루어진 히터블록(10)이 장착된다.The gas tube 2 is made of a stainless material, the heater block 10 is mounted on the outer circumferential surface of the gas tube 2 and the heat insulating material 12 is wound on the outer side of the heating wire 11.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.In the drawings, the same reference numerals are given to the same parts as in the prior art.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 반도체 이온주입장비의 소스가스 예열장치는 다음과 같이 동작된다.The source gas preheating apparatus of the semiconductor ion implantation apparatus according to the present invention configured as described above is operated as follows.

즉, 상기 소스 캐비넷(1)으로부터 가스튜브(2)를 통해 이온소스(3)의 아크챔버(3a)로 유입되는 불순물 가스는 그 아크챔버(3) 내부의 필라멘트(3b)로부터 방출되는 열전자와 충돌하면서 가스분자의 분해 및 이온화가 진행되는데, 이때 상기 소스 캐비넷(1)이 상온상태를 유지하는 반면 아크챔버(3a)에서는 고온상태로 이온화 작업이 수행되게 되나, 상기 가스튜브(2)의 외주면에 히팅블록(10)이 장착되어 있어 그 가스튜브(2)를 지나는 불순물 가스가 아크챔버(3a)로 유입되기 전에 미리 일정온도로 가열시켜 고온의 상태로 아크챔버(3a)에 유입되도록 한다.That is, the impurity gas flowing into the arc chamber 3a of the ion source 3 from the source cabinet 1 through the gas tube 2 is separated from the hot electrons emitted from the filament 3b inside the arc chamber 3. While colliding, gas molecules are decomposed and ionized. At this time, the source cabinet 1 is kept at room temperature while the arc chamber 3a is ionized at a high temperature, but the outer circumferential surface of the gas tube 2 is The heating block 10 is mounted on the impurity gas passing through the gas tube 2 so that the impurity gas passing through the gas tube 2 is heated to a predetermined temperature in advance so as to flow into the arc chamber 3a at a high temperature.

이렇게 하면, 상기 불순물 가스가 아크챔버(3a)로 유입될 때에 이미 불순물 가스가 고온으로 가열되어 있으므로, 상기 불순물 가스의 양을 변경시키더라도 아크챔버(3a)의 온도변화가 현저하게 감소하게 되는 것이다.In this case, since the impurity gas is already heated to a high temperature when the impurity gas is introduced into the arc chamber 3a, the temperature change of the arc chamber 3a is remarkably reduced even if the amount of the impurity gas is changed. .

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 반도체 이온주입장비의 소스가스 예열장치는, 상온인 소스 캐비넷과 고온인 아크챔버 사이를 연통시키는 가스튜브에 히팅블록을 장착시켜 상기 아크챔버로 유입되는 불순물 가스를 미리 일정온도로 가열시킴으로써, 상기 불순물 가스의 유량을 변화시키더라도 이온빔의 양이 시간에 따라 변화하는 것을 방지시킬 수 있다.As described above, the source gas preheating apparatus of the semiconductor ion implantation apparatus according to the present invention includes a heating block mounted on a gas tube communicating between a source cabinet at room temperature and an arc chamber at high temperature to remove impurity gas introduced into the arc chamber. By heating to a predetermined temperature in advance, it is possible to prevent the amount of the ion beam from changing with time even if the flow rate of the impurity gas is changed.

Claims

A source cabinet in which the impurity gas is stored at room temperature, an ion source generating ions in a high temperature state using an impurity gas supplied from the source cabinet, and a gas tube communicating the arc chamber of the source cabinet and the ion source And a heating block mounted to the gas tube to heat the impurity gas flowing from the source cabinet to the arc chamber of the ion source to a predetermined temperature.