KR100286089B1 - 이온주입장치 - Google Patents
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Abstract
금속오염을 발생시키지 않는 이온주입장치를 저코스트로 실현한다.
질량분석부를 구성하는 챔버(14)의 내벽에 실리콘판(25)을 덮은 구조로 함으로써, 이온빔에 의한 금속의 스퍼터를 방지하고, 웨이퍼의 금속오염을 방지한다. 그러므로, 웨이퍼에 형성되는 트랜지스터의 리크전류를 저감하는 것이 가능하게 된다.
Description
제1도는 본 발명의 실시예의 평면도.
제2도는 제1도의 A-A 단면도.
제3도는 종래예의 요부단면도.
제4도는 웨이퍼의 깊이와 이온농도와의 관계를 도시한 그래프.
제5도는 웨이퍼의 깊이와 이온농도와의 관계를 도시한 그래프.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
(11) : 이온원 (15) : 질량분석부
본 발명은 이온주입장치에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 반도체 웨이퍼의 금속오염을 저감한 이온주입장치에 관한 것이다.
종래, 이 종류의 이온주입장치로서는 이온원(源), 이온인출부, 질량분석부, 가속부, 수속(收束)·편향부 등으로 대략 구성되어 있으며, 이온빔이 이온빔원으로부터 웨이퍼에 달하기 까지의 진공용기중 그 대부분을 점하는 빔라인과, 질량분석부의 챔버는 스테인레스재(Fe, Cr, Ni)로 구성되어 있다. 또, 주사부의 하류측에 배치된 파라데이케이지나 가속부의 전극은 알루미늄(Al), 복수개소에 배치되는 애퍼쳐나, 주사부 및 렌즈전극은 그래파이트로 구성되어 있다. 그러므로, 이러한 이온주입장치를 사용하여 실리콘웨이퍼에 이온을 주입한 경우, 이온빔이 통과하는 빔라인의 내벽이 이온에 의해 스퍼터되고, 예를 들면 Fe, Cr, Al 등의 금속이 이온빔에 섞여 실리콘웨이퍼를 오염시켜서, 예를 들면 웨이퍼로 제작되는 트랜지스터의 리크전류를 증대 시키는 등의 문제를 가지고 있다.
제4도 및 제5도에 도시한 그래프는 이와 같은 이온주입장치를 사용하여, 비소(As)를 70keV, 1E 17의 조건으로 실리콘웨이퍼에 이온을 주입했을 때의 웨이퍼깊이와 이온농도와의 관계를 SIMS 분석으로 검출한 그래프이며, 제4도는 Cr, Al에 의한 오염상태를 나타내며, 제5도는 Fe 에 의한 오염상태를 나타내고 있다. 그리고, 주입이온(As)에 대하여 크롬(Cr)에서는 14ppm, 알루미늄에서는 4.9 ppm, 철(Fe)에서는 27ppm 의 금속오염이 발생하고 있으며, 이와 같은 수십 ppm 이나 되는 오염에 의해, 예를 들면 웨이퍼로 제작되는 MOS 트랜지스터의 리크전류가 증가하는 문제가 야기된다.
이러한 문제의 해결책으로서, 제3도에 도시한 바와 같은 구조의 이온주입장치의 제안이 문헌(Extended Abstracts of the 1991 International Conference on Solid State Devices and Materilas, Yokohama, 1991, pp. 565-567)에 개시되어 있다. 이 제3도에 도시한 이온주입장치는 이온원측으로부터의 이온빔(도면중 화살표로 나타냄)이 Y 방향의 주사부(1)를 통과한 위치 및 X 방향의 주사부(2)를 통과한 위치에 금속스퍼터물의 통과를 저지하는 실리콘제 프로텍션보드(애퍼쳐)(3),(4)가 배치된 구조이다. 그리고, 이 도면중 (5)는 실리콘웨이퍼를 나타내고 있다.
그러나, 이온빔이 발산(發散)발(이온끼리 반발)하면서 웨이퍼로 향할 때, 프로텍션보드(3),(4)의 바로 앞에서 이온빔이 빔라인의 벽을 스퍼터하여 발생한 Fe,Cr 등의 입자는 그 대부분이 프로텍션보드(3),(4)에 닿아서 저지되어, 웨이퍼에 도달하는 것은 매우 적다고 생각된다. 그 이유는 이온빔의 확산에 대하여 빔라인의 벽까지의 거리가 크기 때문이다.
이에 대하여, 완전히 금속오염을 없애기 위한 제안으로서, 장치의 거의 전체를 실리콘제의 부품으로 치환하는 것도 고려되고 있으나, 이 경우 많은 비용을 요하며, 부품의 내구성 등의 문제도 발생한다.
본 발명은 이와 같은 문제점에 착안하여 창안된 것으로서, 저코스트로 금속오염이 적은 이온주입장치를 얻고자 한 것이다.
따라서, 본 발명은 이온원(源)과, 이 이온원으로부터 인출된 이온중 소정의 질량의 이온을 취출하는 질량분석부와, 이 질량분석부로부터의 이온빔을 가속하는 가속부와, 이 가속부에서 가속된 이온빔을 X,Y 방향으로 주사하는 주사부를 구비한 이온주입장치에 있어서, 상기 질량분석부의 내벽을 실리콘판으로 덮은 것을 그 해결수단으로 하고 있다.
본 발명자는 이온주입장치의 각 부분에서의 내벽부의 스퍼터의 상황을 분석한 결과, 질량분석부 내벽에 있어서 스퍼터가 많이 일어나고 있는 것을 발견하였다. 즉, 질량분석부의 상하부에 서로 대향하여 배치되는 분석자석(分析磁石)끼리의 간극(間隙)은 자계(磁界)를 균일하게 유지하기 위해, 다른 빔라인에 비해 10분의 1 이하의 간극폭(25mm 정도)으로 작게 되어 있으며, 이온원으로부터 발산하면서 인출된 이온빔은 질량분석부의 내벽을 세게 스퍼터하여 다량의 Fe, Cr, Ni 등의 산란입자를 발생시키고, 그들의 일부가 이온화되어 분석자계를 통과하고, 가속관(加速管)을 통과하여 웨이퍼에 도달하고 있다고 생각된다.
그래서, 본 발명은 질량분석부의 내벽을 실리콘판으로 덮어 스퍼터에 의한 금속의 산란을 방지한다.
다음에, 본 발명의 상세에 대하여 도면에 나타낸 실시예에 의거하여 설명한다.
제1도는 본 실시예의 평면도이며, 제2도는 제1도의 A-A 단면을 도시한 요부단면도이다.
도면중(10)은 이온주입장치로서, 이온원(11)과, 이온원으로부터 이온을 인출하는 확산펌프(12)와, 확산펌프(12)로부터 인출된 이온빔중의 소정질량의 이온을 취출하는 질량분석부(15)와, 질량분석부(15)로부터 취출된 이온빔을 가속하는 가속부(16)와, 렌즈전극(17)과, Y 주사전극(18), X 주사전극(19)과, 확산펌프(20),(21)와 파라데이케이지(22)로 대략 구성되어 있다. 그리고, 도면중(23)은 웨이퍼, (24)는 웨이퍼피더, (26)(27)은 애퍼쳐, (28)은 전원, (29)는 가스원을 나타낸다.
질량분석부(15)는 제2도에 도시한 바와 같이 소정의 질량의 취출작용을 하며, 상하 대향하는 분석자석(13),(13)과, (아날라이저)챔버(14)로 구성되고, 이온빔이 챔버(14)내에 도입되도록 되어 있다. 그리고, 챔버(14)의 내벽에 따라 얇은 실리콘판(25)이 내벽을 덮도록 배치되어 있다. 그리고, 도면중 (13a)는 분석자석의 철심을 나타낸다.
본 실시예에 있어서는, 이온원(11)으로부터 확산펌프(12)에 의해 인출된 이온빔은 종래장치와 마찬가지로 산란을 일으켜서 챔버(14)의 내벽에 충돌하지만, 실리콘판(25)에 의해 금속의 스퍼터는 방지된다. 또, 실리콘(Si)이 스퍼터되어 실리콘웨이퍼에 실리콘이 주입되었다고해도, 금속이 주입되는 악영향에 비해 거의 문제가 되지 않는다.
제1 도에 도시한 챔버(14)는 굽은 형상이므로, 실리콘판(25)은 통형상의 것은 삽입할 수 없기 때문에 분할된 것을 챔버(14)내에서 조립하는 구조로 해도 되고, 챔버(14)를 분해한 상태에서 통형상의 실리콘판(25)을 내부에 수용하도록 해도 된다. 그리고, 실리콘판(25)을 정기적으로 교환함으로써, 장치의 유지관리를 용이하게 행할 수 있는 이점이 있다.
이상 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 구성의 요지에 부수되는 각종 설계변경이 가능하다.
이상의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 장치 전체가 아니고, 금속오염이 가장 발생하기 쉬운 질량분석부의 내벽을 실리콘으로 덮은 구성이므로, 저코스트로 금속오염을 방지할 수 있는 이온주입장치를 얻을 수 있다. 또, 금속오염을 방지함으로써, 웨이퍼로 제작되는 반도체소자 등의 특성을 높이는 효과가 있다. 예를 들면, 금속오염을 억제함으로써 MOS 트랜지스터의 리크전류를 저감하고, 소비전력이 작은 LSI 의 제조를 가능하게 하는 효과가 있다.
Claims (2)
- 이온빔을 생성하는 이온원(源), 상기 이온빔에서 소정의 질량을 갖는 이온을 선택적으로 취출하는 질량분석부, 상기 선택된 이온이 취출된 후 상기 이온빔을 가속하는 가속부, 상기 이온빔을 X, Y 방향으로 각각 주사하는 주사부, 및 상기 질량분석부의 내벽의 노출된 표면을따라 위치하는 보호수단-여기서 보호수단은 적어도 하나의 실리콘 박판으로 형성되고, 상기 적어도 하나의 실리콘판은 상기 질량분석부의 내벽을 덮도록 위치되고, 상기 적어도 하나의 실리콘판은 상기 질량분석부의 상기 내벽의 상부 및 하부에 위치됨-을 포함하는 이온주입장치.
- 제1항에 있어서, 상기 보호수단이 질량분석부의 내벽에 정열되는 관형 부재처럼 형성되는 단일 실리콘판으로 형성되는 이온주입장치.
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