KR100289668B1 - 이온주입장치 - Google Patents

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Abstract

이온공급원으로부터 이온화된 이온의 추출 및 추출된 이온을 웨이퍼에 주입하기 위한 가속에너지를 제공하는 전원으로써 직류전압 외에 교류전압을 추가로 공급하여 줌으로써, 웨이퍼에 주입되는 이온의 도즈량이 웨이퍼의 표면으로부터 수직적으로 일정한 깊이의 범위에서 균일하게 유지되도록 하는 교류전원을 수반하는 후가속 및 선가속 방식의 이온주입장치에 관한 것이다.
본 발명은, 웨이퍼에 주입할 이온을 이온공급원으로부터 소정 전원을 인가하여 추출하는 추출기, 상기 추출기로부터 추출된 이온의 질량크기에 따라서 서로 다른 경로를 형성시켜서 원하는 특정 이온만을 분류하는 질량분석기 및 상기 질량분석기로부터 분류된 상기 특정 이온을 직류전원 및 교류전원을 포함하는 전원선택 공급부에 의해 가속시키는 가속기를 구비하는 후가속 방식 또는 상기 전원선택 공급부에 의해 가속되는 가속기가 질량분석기 전단에 위치하는 선가속 방식으로 구성되며, 상기 추출기에도 직류전원 및 교류전원을 포함하는 전원선택 공급부에 의한 전원이 인가될 수도 있다.

Description

이온주입장치
본 발명은 이온주입장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이온공급원으로부터 이온화된 이온의 추출에너지와, 추출된 이온이 웨이퍼에 주입되기 위해 필요한 가속에너지를 제공하는 전원으로써 직류전압 외에 교류전압을 추가로 공급하여 줌으로써 주입되는 이온의 도즈(Dose)량이 웨이퍼의 표면으로부터 수직적으로 일정한 깊이의 구간에서 균일하게 유지되도록 하는 이온주입장치에 관한 것이다.
이온 주입이란 원자 이온에 목표물의 표면을 뚫고 들어갈 만큼 큰 에너지를 인가하여 목표물 속으로 원자 이온을 넣어주는 기술을 말하고, 이러한 기술을 이행하는 것이 이온주입장치이다.
반도체 제조공정에서 이온주입장치는 1014 ∼ 1018 원자/㎤ 범위에서 주입되는 불순물의 농도를 조절할 수 있으며, 이는 다른 불순물 주입기술을 이용한 것 보다 농도조절이 매우 용이하다는 점 및 불순물의 주입위치를 정확히 제어할 수 있다는 점 등에 의해 최근 가장 일반적으로 사용하고 있는 불순물 주입장치이다.
전술한 이온주입장치는 진공형성부, 이온공급원, 이온추출기, 가속기, 스캐닝부 및 엔드스테이션부 등으로 나뉘어질 수 있으며, 이들 각 구성부분에는 각 단계의 특성에 따라 다양한 레벨(Level)의 전압이 공급되어진다. 즉 공급되는 전압을 이용하여 소스가스(Source Gas)가 충전되는 이온공급원에서 이온이 발생되며, 발생된 이온들은 일정한 레벨의 전압에 의해 각기 추출 및 가속되어 엔드스테이션부 상에 위치하는 웨이퍼에 일정한 가속에너지를 가지고 주입된다.
상기 각 구성부분에 인가되는 고전압의 상태는 이온의 추출, 가속 및 분류 등 각 구성부분의 동작에 절대적인 영향을 미치며, 웨이퍼에 주입되는 도즈량을 결정짓는 중요한 요소로 작용한다.
종래의 일반적인 이온주입장치는 이온추출기 또는 가속기에 직류의 고전압이 인가되어 이온주입공정이 이루어졌다. 즉 질량분석이 이루어지기 전에 추출된 이온을 가속기에 의해 가속시키는 종래의 선가속 설비나, 질량분석이 이루어진 후에 이온을 가속시키는 종래의 후가속 설비에 관계없이 추출기 및 가속기 모두에 일정한 크기의 직류전압이 공급되어서 이온을 추출 및 가속시켜 목표물인 웨이퍼에 주입시키게 된다.
구체적인 종래의 후가속 방식의 이온주입장치(100)는 도1a에서 보는 바와 같이, 가스 또는 고체 상태로 제공되는 이온공급원(10)으로부터 이온이 발생하면 고전압이 인가되는 이온추출기(12)로 이온이 추출된다. 추출된 이온은 각기 다른 질량을 갖는데, 질량분석기(14)에 입사된 이온빔(16)은 자장의 세기에 따라 원하는 질량을 갖는 이온만이 분류된다. 이렇게 분류된 이온은 가속기(18)를 통하면서 특정 에너지를 갖게 되면서 엔드스테이션(End Station)(22)에 장착되어 대기하는 웨이퍼(24)에 주입된다.
전술한 바와 같이 이온이 주입되도록 이루어지는 이온주입장치(100) 중, 특히 추출기(12)와 질량분석기(14) 및 가속기(18)에 인가되는 전원이 연결된 상태에서의 이용형태를 도1b에 도시하였다. 즉, 추출기(12)에는 설정에 따라 크기가 가변되어서 인가될 수 있는 직류전원(26)이 연결된다. 질량분석기(14)에는 원하는 특정 이온의 질량분석을 위한 전원(28)이 연결되어 있고, 가속기(18)에는 설정에 따라 크기가 가변되는 고압의 직류전원(30)이 인가되도록 연결되어 있다. 이들 전원들(26, 28, 30)은 이온의 질량, 원하는 이온주입공정 등에 맞게 각각 설정되고, 설정시 다른 전원에 피드백(Feedback) 되도록 이루어진다.
종래의 이온주입장치(100)에서의 추출기(12) 및 가속기(18)에 공급되는 전압은 직류전압이 공급되어 이온주입공정이 이루어졌는데, 이때 웨이퍼(24)의 깊이에 따라 주입되는 이온의 농도는 도3과 같은 특성으로 나타났다. 예를 들면, 붕소이온(B+)이 가속에너지(130 keV)를 얻어서 웨이퍼에 주입되는 깊이는 특정 깊이(4.0E-7 m)에서 도즈량이 최고치(1.9E+17 원자/㎤)를 나타내었다. 전술한 이온주입 방식은 웨이퍼의 특정 깊이에서 최고치의 도즈량을 요구하는 공정에서는 적절하게 사용할 수 있었다.
그리고, 선가속 방식에 의한 이온주입장치(200)의 예는 도2a 및 도2b에 도시되어 있는데, 이는 도1a의 가속기(18)가 이온의 질량이 분석되기 전보다 이온의 가속이 먼저 이루어지는 경우의 예이다. 이 경우도 도1b의 경우와 같이 추출기(12) 및 가속기(18)에 직류전원(26, 30)이 공급되어 이온주입공정이 이루어진다.
선가속 방식에서의 이온주입장치(200)에 직류전원인가에 의한 이온주입 특성은 도1b의 경우와 같이 동일한 특성을 나타낸다. 즉, 도3의 그래프와 같은 투사범위와 도즈량의 관계를 형성한다. 구체적인 이온주입장치(200)의 작용 설명은 앞서 설명한 이온주입장치(100)의 구성요소들의 기능과 동일하므로 생략하기로 한다.
그런데, 종래의 이온주입장치들(100, 200)에서 웨이퍼에 주입되는 이온이 균일한 도즈량을 갖는 깊이의 범위를 갖도록 하는 공정이 요구되는 경우에서의 이온 주입은, 가속에너지를 다르게 형성시켜서 이온을 주입해야 하므로 일회에 이루어지지 않고, 가속에너지를 다르게 형성시켜서 공정을 두 번 이상 반복해야 했다. 또한, 이온주입과 같은 효과를 얻을 수 있는 여러 단계를 갖는 다른 공정들을 통해 원하는 특정 도즈량을 갖는 깊이의 범위를 형성시킬 수 있었다.
따라서, 종래에는 전술한 바와 같이, 원하는 도즈량을 갖는 범위의 깊이를 갖도록 이온을 주입하기 위해서는 가속에너지를 가변시켜서 이온 주입을 수차례 실시함으로써 이온주입공정이 이루어지는 시간이 과다하게 소요되고, 에너지를 다르게 제공하여 공정이 이루어져서 생산성이 저하되는 등의 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은, 후가속 방식을 이용하는 이온주입장치에서 이온 주입시 이온에 제공되는 추출 및 가속 전압으로 직류전압과 동시에 교류전압을 인가하여 목표물의 일정 깊이의 구간에서 균일한 도즈량을 형성시키도록 하는 이온주입장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 선가속 방식을 이용하는 이온주입장치에서 이온 주입시 이온에 제공되는 추출 및 가속 전압으로 직류전압과 동시에 교류전압을 인가하여 목표물의 일정 깊이의 구간에서 균일한 도즈량을 형성시키도록 하는 이온주입장치를 제공하는 데 있다.
도1a는 종래의 일반적인 후가속에 의한 이온주입장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도1b는 도1a의 일부 구성부분에 연결되는 전원의 연결상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도2a는 종래의 일반적인 선가속에 의한 이온주입장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도2b는 도2a의 일부의 구성부분에 연결되는 전원의 연결상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도3은 도1a 및 도2a의 장치로부터 얻을 수 있는 도즈량과 투사범위의 관계를 나타내는 SIMS(Secondary Ion Mass Spectroscopy)에서 제공되는 그래프이다.
도4는 본 발명에 따른 후가속 방식의 이온주입장치의 가속기에 교류전원이 인가되는 경우의 실시예를 나타내는 구성도이다.
도5는 본 발명에 따른 후가속 방식의 이온주입장치의 추출기에 교류전원이 인가되는 경우의 실시예를 나타내는 구성도이다.
도6은 본 발명에 따른 후가속 방식의 이온주입장치의 가속기 및 추출기에 교류전원이 인가되는 경우의 실시예를 나타내는 구성도이다.
도7은 본 발명의 실시예에 적용되는 직류전원 및 교류전원이 인가되는 것을 나타내는 그래프이다.
도8은 도7의 파형상의 각 위치들로부터 얻을 수 있는 도즈량과 투사범위와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도9는 도7의 결과 나타나는 SIMS에서 제공되는 그래프이다.
도10은 본 발명에 따른 선가속 방식의 이온주입장치의 가속기에 교류전원이 인가되는 경우의 실시예를 나타내는 구성도이다.
도11은 본 발명에 따른 선가속 방식의 이온주입장치의 추출기에 교류전원이 인가되는 경우의 실시예를 나타내는 구성도이다.
도12는 본 발명에 따른 선가속 방식의 이온주입장치의 가속기 및 추출기에 교류전원이 인가되는 경우의 실시예를 나타내는 구성도이다.
도13은 본 발명의 이온주입장치를 이용하여 소자분리영역이 형성된 반도체장치를 단순화하여 나타낸 단면도이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
2 : 기판 3 : 불순물주입층
6, 7 : 활성영역(Active Region) 4 : 게이트산화막
5 : 게이트전극 8 : 소자분리영역
10 : 이온공급원 12, 40, 60 : 추출기
14, 44, 72 : 질량분석기 16 : 이온빔(Ion Beam)
18, 48, 64 : 가속기 22 : 엔드스테이션(End Station)
24 : 웨이퍼 26, 28, 30, 42, 46, 62, 74 : 전원
50, 55, 66, 76 : 전원선택 공급부 52, ,56, 68, 78 : 교류전원
54, 58, 70, 80 : 직류전원 100, 200 : 이온주입장치
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이온주입장치는, 웨이퍼에 주입할 이온을 이온공급원으로부터 소정 전원을 인가하여 추출하는 추출기, 상기 추출기로부터 추출된 이온의 질량크기에 따라서 서로 다른 경로를 형성시켜서 원하는 특정 이온만을 분류하는 질량분석기 및 상기 질량분석기로부터 분류된 상기 특정 이온을 직류전원 및 교류전원을 포함하는 전원선택 공급부에 의해 가속시키는 가속기를 구비하여 이루어진다.
그리고, 상기 추출기에 인가되는 전원은 그 크기가 가변될 수 있는 직류전원임이 바람직하고, 직류전원 및 교류전원을 포함하는 전원선택 공급부일 수 있다.
그리고, 상기 추출기의 전원선택 공급부에 포함되는 직류전원 및 교류전원은 각각 그 크기가 가변될 수 있으며, 상기 가속기의 전원선택 공급부에 포함되는 직류전원 및 교류전원은 각각 그 크기가 가변될 수 있다.
그리고, 상기 교류전원은 주파수(Radio Frequency) 전원으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 교류전원에서 공급하는 전원의 크기는 영(零)에 근접하고, 상기 직류전원에서는 소정 크기범위에서 가변되는 교류특성의 리플(Ripple) 전압이 공급되어 이루어질 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이온주입장치는, 이온공급원으로부터 웨이퍼에 주입할 이온을 직류전원 및 교류전원을 포함하는 전원선택 공급부에 의한 전원을 인가하여 추출하는 추출기, 상기 추출기로부터 추출된 이온의 질량크기에 따라서 서로 다른 경로를 형성시켜서 원하는 특정 이온만을 분류하는 질량분석기 및 상기 질량분석기로부터 분류된 상기 특정 이온을 소정의 전원을 인가하여 가속시키는 가속기를 구비하여 이루어진다.
그리고, 상기 가속기에 인가되는 전원은 그 크기가 가변될 수 있는 직류전원일 수 있고, 각각 그 크기가 가변될 수 있는 직류전원 및 교류전원을 포함하는 전원선택 공급부일 수 있다.
그리고, 상기 추출기의 전원선택 공급부에 포함되는 직류전원 및 교류전원은 각각 그 크기가 가변될 수 있으며, 상기 추출기의 전원선택 공급부에 의해 인가되는 전원의 크기를 피드백받아 상기 질량분석기에 인가되는 전원의 크기가 조절됨이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이온주입장치는, 웨이퍼에 주입할 이온을 이온공급원으로부터 소정 전원을 인가하여 추출하는 추출기, 상기 추출기로부터 추출된 이온을 직류전원 및 교류전원을 포함하는 전원선택 공급부에 의해 가속시키는 가속기 및 상기 가속기로부터 가속된 이온의 질량크기에 따라서 서로 다른 경로를 형성시켜서 원하는 특정 이온만을 분류하는 질량분석기를 구비하여 이루어진다.
그리고, 상기 추출기에 인가되는 전원은 그 크기가 가변될 수 있는 직류전원일 수 있고, 각각 그 크기가 가변될 수 있는 직류전원 및 교류전원을 포함하는 전원선택 공급부일 수 있다.
또한, 상기 가속기의 전원선택 공급부에 포함되는 직류전원 및 교류전원은 각각 그 크기가 가변될 수 있다.
그리고, 상기 가속기의 전원선택 공급부에 의해 인가되는 전원의 크기를 피드백받아 상기 질량분석기에 인가되는 전원의 크기가 조절됨이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이온주입장치는, 이온공급원으로부터 웨이퍼에 주입할 이온을 직류전원 및 교류전원을 포함하는 전원선택 공급부에 의한 전원을 인가하여 추출하는 추출기, 상기 추출기로부터 추출된 이온을 소정의 전원을 인가하여 가속시키는 가속기 및 상기 가속기로부터 가속된 이온의 질량크기에 따라서 서로 다른 경로를 형성시켜서 원하는 특정 이온만을 분류하는 질량분석기를 구비하여 이루어진다.
그리고, 상기 가속기에 인가되는 전원은 그 크기가 가변될 수 있는 직류전원일 수 있고, 또한, 각각 그 크기가 가변될 수 있는 직류전원 및 교류전원을 포함하는 전원선택 공급부일 수 있다.
그리고, 상기 추출기의 전원선택 공급부에 의해 인가되는 전원의 크기를 피드백받아 상기 질량분석기에 인가되는 전원의 크기가 조절됨이 바람직하다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 이온주입장치는 아래에 기재된 바와 같이 후가속 방식의 이온주입장치에서 가속기에 직류 및 교류전원이 인가되는 제 1 실시예와 추출기에 직류 및 교류전원이 인가되는 제 2 실시예, 선가속 방식의 이온주입장치에서 가속기에 직류 및 교류전원이 인가되는 제 3 실시예와 추출기에 교류전원이 인가되는 제 4 실시예로 나누어서 설명할 수 있다.
먼저, 본 발명에 따른 제 1 실시예로써 교류전원이 인가되는 후가속 방식의 이온주입장치는 도4 내지 도9를 참조하여 상세히 설명한다.
소정의 가스로부터 이온이 추출되어 질량분석, 가속에 의해 이온이 주입되도록 이루어지는 이온주입장치에 따른 본 발명의 제 1 실시예는, 도4에 의하면, 추출기(40)에 추출용 전원으로 설정에 의해 크기를 가변시킬 수 있는 직류전원(42)이 연결되고, 질량분석기(44)에는 분석용 코일에 전원을 공급하는 전원공급부(46)가 연결되어 있으며, 가속기(48)에는 가속용 전원으로 크기가 가변되는 직류전원(52) 및 교류전원(54)을 포함하는 전원선택 공급부(50)를 이루고 있다. 그리고, 이들 전원들(42, 46, 50)은 전원설정에 따라 피드백 되도록 서로 연결되어 있다.
전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 제 1 실시예는, 이온이 추출되어 이온빔을 형성하면서 질량분석기(44)로 공급되면 각각의 이온들이 갖는 전하량에 따라 일정한 운동반경을 이루면서 원하는 이온이 선택된다.
특정 이온이 추출되어 질량분석기(44)를 통과하면, 웨이퍼에 주입되기 위한 에너지를 공급받도록 가속기(48)에 공급되는 전원선택 공급부(50)에 의해 가속된다. 가속기(48)에는 직류전원(54) 및 교류전원(52)이 동시에 제공되어 이온에 가속에너지를 공급하며, 가속에너지를 공급받은 이온빔은 최종적으로 웨이퍼에 주입된다.
그런데, 상기와 같이 가속기(48)에서 공급되는 직류(54) 및 교류전원(52)에 의한 가속에너지는 시간에 따라 다른 크기로 변하는 에너지가 이온빔에 공급되어서 최종적으로 이온이 웨이퍼에 주입되는 깊이가 다르게 된다. 교류전원(52)으로는 통상적인 교류나, 무선 주파수(Radio Frequency) 대역의 전자파를 갖는 전원 및 직류전원을 공급하는 공급기의 리플(Ripple) 전압의 변동폭 가변에 의해 공급하는 방식 등이 사용될 수 있다.
도7을 참조하면, 가속기(48)에 공급되는 직류전원 및 교류전원의 시간에 따른 변화에 의해 'A'에서의 이온빔에 공급되는 가속에너지는 최고치를 나타내고, 'B'에서의 이온빔에 공급되는 가속에너지는 직류전원만 공급되는 경우와 같은 가속에너지가 공급되며, 'C'에서의 이온빔에 공급되는 가속에너지는 앞의 두 경우 보다는 작은 크기의 에너지가 공급된다. 이와 같이 시간에 따라 연속적으로 서로 다르게 제공되는 가속에너지에 의해 웨이퍼에 주입되는 이온의 깊이가 다르게 형성되는 것이다. 전술한 결과는 도8과 같이 전압이 'A'일 때의 투사범위(Rp : Projected Range, 이하 'Rp'라 함)는 이온 주입량인 도즈량을 나타내는 Cp(Concentration Profile, 이하 'Cp'라 함)가 최고치를 보이는 Rp(A)의 그래프를 이룬다.
그리고, 전압의 크기가 'B'일 때의 Rp는 Rp(B)의 그래프를 이루고, 'C'일 때는 Rp(C)의 그래프를 각각 형성한다.
본 발명에 따른 제 2 실시예로써, 후가속 방식의 이온주입장치의 추출기에 직류 및 교류전원이 인가되는 예가 도5에 도시되어 있다.
추출기(40)에 교류전원(56)과 직류전원(58)이 연결되어 전원선택 공급부(55)를 이루고 있고, 질량분석기(44)에는 분석용 코일에 전원을 공급하는 전원공(46)이 연결되어 있으며, 가속기(48)에는 가속용 직류전원(42)이 연결되어 있다. 이들 전원들(42, 46, 55)은 하나의 전원에서 크기의 설정이 변경되면 피드백 되도록 이루어져 있다.
이와 같이 구성된 바에 의하면, 소정 극성을 갖는 이온이 추출기(40)에 의해 추출되는데, 추출기(40)에는 직류전원(58)은 물론 교류전원(56)이 인가되어 이온이 시간에 따라 서로 다른 에너지를 공급받으면서 질량분석기(44)에 입사된다. 그러면, 질량분석기(44)에서는 이온 중 특별히 추출하려는 이온이 갖는 질량에 의해 분석이 이루어지도록 분석코일에 전원(46)이 연결되어 공급되는데, 전원(46)이 인가된 코일에 의한 자장의 영향으로 특정 이온 만이 질량분석기(44)를 통과하게 된다.
질량분석기(44)를 통과한 이온빔은 가속기(48)에 입사하는데, 직류전원(42)이 공급되면서 이온은 목표물을 향해 가속되어 소정 가속에너지를 갖게 되면서 최종적으로 목표물인 웨이퍼에 주입된다.
이와 같이 추출기(40)에 직류전원(58) 및 교류전원(56)이 공급되는 경우도 전술한 가속기(48)에 직류전원(54) 및 교류전원(52)이 공급되는 경우와 같이, 즉 도7의 교류전압이 추출기(40)에 공급되면서 도9와 같이 일정한 도즈량(약 1E+17 원자/㎤)을 갖는 투사범위(Rp)의 결과를 보인다. 즉, 특정 투사범위에서, 약 3.0E-7m 내지 5.0E-7m 깊이에서, 도즈량이 일정한 범위의 영역이 형성된다.
전술한 제 1 및 제 2 실시예에 공통으로 적용될 수 있는 이온주입장치의 예를 도6에 도시하였는데, 추출기(40)와 가속기(48)에 공급되는 전원으로 교류(56, 52) 및 직류전원(58, 54)이 각각 연결되어 이루어지는 이온주입장치의 실시예를 나타낸다.
이 때의 추출기(40) 및 가속기(48)에 설정되는 직류(58, 54) 및 교류전원(56, 52)은 모두 크기를 가변하여 설정할 수 있고, 크기 설정이 이루어지면 다른 전원공급부에 피드백되어 원하고자 하는 특정 이온만을 주입할 수 있도록 이루어진다. 즉, 추출기(40)에 인가되는 전압에 따라 질량분석기(44), 가속기(48) 및 기타 부대설비에 인가되는 전원 모두에 가변되어 설정되도록 이루어져야 한다.
도6과 같이 구성된 바에 의한 이온주입장치에 도7과 같이 전원이 인가되면 이온주입 특성은 전술한 제 1 및 제 2 실시예와 같이 도9와 같은 결과를 얻을 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 제 3 실시예로써 교류전원 인가에 의한 선가속 방식의 이온주입장치는 도7 내지 도12을 참조하여 상세히 설명한다.
도10을 참조하면, 추출기(60)에는 직류전원(62)이 연결되고, 가속기(64)에는 교류전원(68) 및 직류전원(70)을 포함하는 전원선택 공급부(66)가 구비되어 있다. 그리고 질량분석기(72)에는 분석코일에 전원(74)이 연결되어 공급된다. 이들 전원들(62, 66, 74)은 각각 크기 조정이 가능하도록 이루어져 있어서 공정에 따라 이온주입 특성을 다르게 설정할 수 있다.
전술한 바와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 제 3 실시예는 이온이 추출되고, 질량이 분석되기 전에 가속되어 최종적으로 웨이퍼에 이온이 주입되도록 이루어진다.
구체적으로, 소정 이온이 도시하지 않은 이온공급부로부터 발생되면 원하는 극성의 이온이 전원에 의해 추출기(60)를 통해 추출된다. 이렇게 추출된 이온은 가속기(64)에서 충분히 가속되는데, 가속기(64)에는 가속용 직류전원(70) 및 교류전원(68)이 인가된다. 이에 따라 이온은 시간에 따라 서로 다른 가속에너지를 인가받게 되면서 질량분석기(72)로 공급된다.
충분히 가속된 이온은 저마다 서로 다른 질량을 갖고 있으므로 주입하고자 하는 이온의 질량에 맞게 분석용 코일에 전원이 인가되어 자장에 의해 이온이 분석되어 빔을 형성하면서 최종적으로 웨이퍼에 주입된다.
교류전원(68) 및 직류전원(70)이 연결되어 직류 및 교류전압이 인가됨으로써 주입되는 이온의 투사범위 및 도즈량은 도7 내지 도9에 도시된 바와 같은 결과를 보인다. 즉, 도7에서의 가속전압의 변화가 'A'일 때 주입되는 이온의 투사범위 및 도즈량은 도8에서 보는 바와 같이 Rp(A)의 경향을 나타내고, 'B'일 때의 경우 및 'C'의 경우는 각각 Rp(B)와 Rp(C)를 나타낸다.
이들 세 가지의 결과는 도9와 같이 도즈량이 일정한 깊이의 투사범위(Rp)가 나타남을 확인할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 제 4 실시예로써 선가속 방식의 이온주입장치의 추출기에 교류전압 및 직류전압이 공급되는 경우도 전술한 가속기(64)에 교류전압 및 직류전압이 제공되는 경우와 결과적으로 동일한 경향을 나타낸다.
즉, 도11을 참조하면, 추출기(60)에 교류전원(78) 및 직류전원(80)이 연결되어 전원선택 공급부(76)를 이루어 연결되고, 가속기(64)에는 직류전원(62)이 연결되어 있다. 그리고, 질량분석기(72)에는 분석용 코일에 전원(74)이 연결되어 이온의 질량에 따라 전원공급으로 코일에 의해 형성되는 자장에 의해 이온이 분석되도록 이루어진다.
전술한 바에 의해 도7과 같이 가변되는 교류전원에 의해 추출되는 이온이 각각 다른 에너지를 갖게 되고, 후단의 가속기(64)에서 추출된 각기 다른 에너지를 갖는 이온에 동일한 가속에너지를 공급받으면서 가속되며, 질량분석기(72)를 통해 최종적으로 웨이퍼에 주입된다. 추출기(60)에 제공되는 전압의 변화가 도7과 같을 때 도8과 같은 양상을 나타내는데, 결국 도9와 같이 도즈량이 일정한 특정 투사범위가 형성되는 이온주입공정이 이루어진다.
본 발명의 제 3 및 제 4 실시예에 공통적으로 적용될 수 있는 이온주입장치가 도12에 도시되어 있는데, 선가속이 이루어지는 이온주입장치의 추출기(60) 및 가속기(64)에 직류(80, 70) 및 교류전원(78, 68)이 인가되는 것을 나타낸다.
즉, 추출기(60)에 직류전원(80) 및 교류전원(78)이 인가되고, 가속기(64)에도 역시 직류전원(70) 및 교류전원(68)이 연결되어 있다. 그리고, 질량분석기(72)에는 전원(74)이 연결되어 있다.
전술한 바와 같이 구성되는 이온주입장치는, 도시하지 않은 이온공급원으로부터 교류(78, 68) 및 직류전원(80, 70)에 의해 소정 이온이 추출되어 가속기(64)를 통과하게 된다. 가속기(64)를 지나게 되면서 이온은 직류전원(70)은 물론 교류전원(68)이 인가됨으로 소정 시간에 따라 다른 가속에너지가 공급된다. 가속에너지가 다르므로 질량분석기(72)를 통해 웨이퍼에 주입되는 에너지 역시 다르게 되어 주입 깊이가 다르게 형성된다.
본 발명에 따른 제 1 및 제 4 실시예로부터 얻을 수 있는 예로서, 도13에서 보는 바와 같이 기판(2)상에 형성되는 두 개의 활성영역(6, 7)간을 절연시키는 한 방법으로 소자분리영역(8) 구조가 도시되어 있다. 게이트전극(5)의 전압인가 상태에 따라 게이트산화막(4)의 하부에 형성된 불순물주입층들(3)간에는 전류가 흐르게 되는데, 이러한 전류의 흐름이 소자들간에 서로 영향을 받지 않도록 두 개의 활성영역(6, 7) 사이에는 이온주입에 의한 소자분리영역(8)을 형성시킨다. 따라서, 전술한 제 1 및 제 4 실시예에 기재된 직류 및 교류전원의 가변공급으로 웨이퍼 표면으로부터 도즈량이 일정한 깊이의 구간에서 균일하게 형성되는 소자분리영역을 얻을 수 있다.
전술한 제 1 및 제 4 실시예에 따라 발생할 수 있는 초점형성(Focusing), 균일도(Uniformity) 등의 조정은 추출기 및 가속기의 전압을 측정하여 이온주입장치를 이루는 각각의 도시하지 않은 구성요소들을 조정하여 극복할 수 있다. 즉, 추출기 및 가속기의 전압설정에 따라 분석기, 사중극렌즈(Quadrupole Lens), 필터, 스캔 시스템(Scan System), 오프셋 전압(Offset Voltage), 디플렉터(Deflector), 각도조정기(Angle Corrector) 등을 조정하여 이러한 문제를 쉽게 극복할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 실시예에 의하면, 후가속 또는 선가속에 의한 이온주입장치의 추출기 또는 가속기에 공급하는 전원으로 직류와 교류전원을 연결하여 공급함으로써 이온이 갖는 가속에너지가 시간에 따라 다르게 제공됨으로써 웨이퍼에 주입되는 이온이 특정 깊이의 구간에서 균일한 도즈량을 갖도록 형성되는 이점이 있다.
따라서, 본 발명에 의하면 이온 주입 공정을 통해 제조되는 반도체 장치의 특성이 향상되고, 전류의 누설이 방지되어 절연성이 향상되며, 일회에 웨이퍼에 주입되는 이온의 도즈량이 수직적으로 균일한 범위를 얻을 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (7)

  1. 그 크기를 가변할 수 있는 직류전원 및 교류 전원을 공급하기 위한 제1 전원선택 공급부를 포함하고, 상기 21 전원선택 공급부에 의한 전원을 인가받아 웨이퍼 주입할 이온을 이온공급원으로부터 추출하는 추출기;
    상기 추출기로부터 추출된 이온의 질량크기에 따라서 서로 다른 경로를 형성시켜서 원하는 특정 이온만을 분류하는 질량분석기; 및
    그 크기를 가변할 수 있는 직류 전원 및 교류 전원을 공급하기 위한 제2 전원선택 공급부를 포함하고, 상기 제2 전원선택 공급부에 의한 전원을 인가받아 상기 질량분석기로부터 분류된 상기 특정 이온을 가속시키는 가속기를 구비하여 이루어짐을 특징으로 하는 이온주입장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 제1, 2 전원선택 공급부에 의해 추출기 및 가속기에 인가되는 상기 교류전원은 무선 주파수(Radio Frequency) 대역의 전자파를 갖는 전원인 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 교류전원을 통하여 공급하는 전원은 크기가 영(零)에 근접하고, 상기 직류전원을 통하여 공급하는 전원은 크기가 가변되는 교류특성의 리플(Ripple) 전압을 구성되는 것을 특징으로 하는 상기 이온주입장치.
  4. 그 크기를 가변할 수 있는 직류 전원 및 교류 전원을 공급하기 위한 제1 전원선택 공급부를 포함하고, 상기 제1 전원선택 공급부에 의한 전원을 인가받아 웨이퍼에 주입할 이온을 이온공급원으로부터 추출하는 추출기;
    그 크기를 가변할 수 있는 직류 전원 및 교류 전원을 공급하기 위한 제2 전원선택 공급부를 포함하고, 상기 제2 전원선택 공급부에의한 전원을 인가받아 상기 추출기로부터 추출된 이온을 가속시키는 가속기; 및
    상기 가속기로부터 가속된 이온의 질량크기에 따라서 서로 다른 경로를 형성시켜서 원하는 특정 이온만을 분류하는 질량분석기를 구비하여 이루어짐을 특징으로 하는 이온주입장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제1, 2 전원선택 공급부에 의해 추출기 및 가속기에 인가되는 상기 교류전원은 무선 주파수(Radio Frequency) 대역의 전자파를 갖는 전원인 것을 특징으로 하는 상기 이온주입장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 교류 전원을통하여 공급하는 전원은 크기가 영(零)에 근접하고, 상기 직류전원을 통하여공급하는 전원은 크기가 가변되는 교류 특성의 리플(Ripple) 전압을 구성되는 것을 특징으로 하는 상기 이온주입장치.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 질량분석기에 인가되는 전원의 크기는 상기 가속기에 포함되는 제2 전원선택 공급부에 의해 인가되는 전원의 크기를 피드백받아 조절하는 것을 특징으로 하는 상기 이온주입장치.
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