KR100552850B1 - 선택적 이온 주입 장치 및 선택적 이온 주입 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 웨이퍼상에 불순물 이온매몰층을 형성하기 위한 이온 주입 방해막으로 포토레지스트패턴을 웨이퍼상에 형성하는 대신 웨이퍼 표면에 전기적 포텐셜을 걸어주는 것으로 간단히 특정 영역에만 이온이 주입될 수 있도록 함으로써 이온 주입 공정을 크게 단순화시키고 공정비용 및 공정시간을 감소시킨 선택적 이온 주입 장치 및 선택적 이온 주입 방법을 제공함에 있다.

이에 본 발명은 이온빔을 생성하는 이온소스부와, 생성된 이온에 필요한 에너지를 부여하는 빔라인부, 웨이퍼 가공실의 진공 및 대기상태를 조절하여 웨이퍼의 로딩 및 언로딩을 제어하는 엔드스테이션부 및 이온 주입 공정이 완료된 후 내부에 남아 있는 배기가스를 배출하는 배기부를 포함하는 이온 주입 장치에 있어서, 상기 엔드스테이션부에 놓여지는 웨이퍼 하부에 이온이 주입되어야할 패턴이 형성된 이온 주입 필터가 더욱 설치되고, 상기 필터 상에는 웨이퍼 상으로 주입되는 이온의 극성과 반대의 극성을 갖는 전압을 인가하는 구조로 된 것을 특징으로 하는 선택적 이온 주입 장치를 제공한다.

웨이퍼, 이온, 이온 주입 필터, 관통구, 전원부

Description

선택적 이온 주입 장치 및 선택적 이온 주입 방법{Ion implantation apparatus and Method for ion implantation}

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 선택적으로 이온을 주입하기 위한 장치의 개략적인 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 웨이퍼 20 : 이온 주입 필터

21 : 관통구 22 : 비관통구

30 : 전원부

본 발명은 본 발명은 반도체 제조를 위한 제조장비 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 불순물을 이온화하는 이온 주입 장치 및 이온 주입 방법에 관한 것이다.

반도체 소자를 제조하기 위해서는 반도체 웨이퍼에 여러가지 공정들을 진행한다. 반도체 소자를 제조하기 위한 여러가지 공정들은 통상적으로, 네가지로 구분할 수 있다. 첫번째로, 반도체 웨이퍼 상에 물질막을 형성하는 증착공정이 있다. 상기 물질막은 전기적인 도통을 목적으로 하는 도전막 또는 전기적인 절연을 목적으로 하는 절연막으로 구분 될 수 있다. 두번째로, 반도체 기판 또는 상기 형성된 물질막에 패턴을 정의하는 포토 리소그라피(Photo lithography) 공정이 있다. 상기 포토 리소그라피 공정은 상기 반도체 기판 또는 물질막 상에 감광막을 형성하고, 패턴이 배치된 포토마스크를 통해 빛을 주입하여 감광막을 패터닝하는 공정이다. 세번째로, 상기 포토 리소그라피 공정에 의해 형성된 감광막 패턴들을 따라, 상기 반도체 기판 또는 상기 물질막을 패터닝하는 식각 공정이 있다. 상기 식각 공정은 감광막 패턴에 의해 노출된 상기 반도체 기판 또는 물질막을 식각하는 공정이다. 네번째로, 상기 반도체 기판 또는 물질막에 전도성을 부여하기 위해 불순물을 주입하는 공정이다. 상기 불순물 주입 공정은 다시 두가지로 구분 될 수 있다. 불순물을 고온의 열공정을 통한 확산에 의해 주입하는 도핑 방법 및 불순물을 이온화 시킨 불순물 이온을 주입하는 이온 주입 방법이 그 것들이다.

상기 이온 주입 방법은 n 타입 또는 p 타입의 불순물들을 이온화 시키고, 상기 이온화된 불순물 이온들을 전기장에 의해 가속시켜 반도체 기판 또는 물질막에 주입하는 방법이다. 상기 이온 주입 방법에 의해 주입된 불순물의 농도를 조절하여 상기 반도체 기판 또는 물질막의 전기적 저항을 조절할 수 있다.

한편, 상기 이온 주입 방법은 이온 주입 장비에서 담당하게 되는 데, 이온 주입 장비는 개략적으로, 불순물을 이온화시키는 이온화 장비, 상기 이온화 장비와 연통하고, 불순물 이온들을 전기장으로 가속시키는 가속 수단 및 상기 가속 수단과 연통하는 챔버로 구성될 수 있다. 상기 이온화 장비에서 이온화된 불순물 이온들은 상기 가속 수단으로 배출되고, 상기 가속 수단은 상기 불순물 이온들을 가속 시켜 상기 챔버에 로딩된 반도체 웨이퍼에 주입한다.

따라서 웨이퍼 상에 패턴을 형성하기 위해서는 포토레지스트를 도포한 다음 노광마스크를 이용한 노광공정을 실시하여 포토레지스트의 노광부분을 변성막으로 변화시킨 후, 현상공정으로 변성막을 제거하여 잔류한 포토레지스트로 이루어진 포토레지스트패턴을 형성하며, 이로부터 보호되지 않는 부위의 노출된 웨이퍼를 이온 주입시키게 된다.

즉, 종래기술에 따른 선택적 이온 주입은 이온 주입 마스크를 통해 이루어지며 상기 이온 주입 마스크는 일반적으로 포토레지스트패턴을 형성하여 사용하므로 포토레지스트 도포후 선택적 노광 그리고 현상과정을 거쳐 포토레지스트패턴을 형성하고 소정의 이온 주입을 웨이퍼 상에 실시한 다음 다시 포토레지스트패턴을 제거하여야 한다. 결국 웨이퍼 또는 반도체 기판의 소정부위에 이온 주입을 실시하기 위해서는 최소한 상기 4단계의 공정을 거쳐야 하는 것이다.

이에 따라 종래 기술에 따라 웨이퍼의 특정 부분에 전기적 특성을 주기 위한 이온을 주입하기 위해서는 이온 주입 마스크 제조를 위해 적어도 4단계의 포토레지스트패턴 형성 및 제거공정을 거쳐야 하므로 공정 시간과 비용이 커지는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 웨이퍼상에 불순물 이온매몰층을 형성하기 위한 이온 주입 방해막으로 포토레지스트패턴을 웨이퍼상에 형성하는 대신 웨이퍼 표면에 전기적 포텐셜을 걸어주는 것으로 간단히 특정 영역에만 이온이 주입될 수 있도록 함으로써 이온 주입 공정을 크게 단순화시키고 공정비용 및 공정시간을 감소시킨 선택적 이온 주입 장치 및 선택적 이온 주입 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 웨이퍼 내지는 반도체기판상에 이온 주입을 위하여 웨이퍼 상에 직접 이온 주입 마스크를 형성하는 대신 이온 주입을 위한 패턴이 형성된 이온 주입 필터를 제작하여 웨이퍼 하부에 필터를 정렬시키고 상기 필터에는 주입되는 이온의 극성과 상이한 극성을 갖는 전압을 인가하는 것을 그 요지로 한다.

이를 위해 본 발명의 선택적 이온 주입 장치는 이온빔을 생성하는 이온소스부와, 생성된 이온에 필요한 에너지를 부여하는 빔라인부, 웨이퍼 가공실의 진공 및 대기상태를 조절하여 웨이퍼의 로딩 및 언로딩을 제어하는 엔드스테이션부 및 이온 주입 공정이 완료된 후 내부에 남아 있는 배기가스를 배출하는 배기부를 포함하는 이온 주입 장치에 있어서, 상기 엔드스테이션부에 놓여지는 웨이퍼 하부에 이온이 주입되어야할 패턴이 형성된 이온 주입 필터가 더욱 설치되고, 상기 필터 상에는 웨이퍼 상으로 주입되는 이온의 극성과 반대의 극성을 갖는 전압을 인가하는 구조로 되어 있다.

상기 이온 주입 필터는 형성된 패턴에 따라 이온 주입 영역인 관통부와 이온 주입에서 제외되는 영역인 비관통부로 구분된다.

한편, 상기한 이온 주입 장치를 통한 본 발명의 선택적 이온 주입 방법은 이온 소스에서 이온을 생성하는 단계와, 상기 이온을 일정 전압으로 가속하여 이온 빔을 형성하는 단계, 웨이퍼와 웨이퍼 하부에 이온 패턴이 관통 형성된 이온 주입 필터를 배치시키는 단계, 상기 이온 주입 필터에 상기 전압과 반대 극성을 갖는 전압을 인가하는 단계, 상기 이온 빔을 상기 웨이퍼에 주입하는 단계를 포함한다.

이에 따라 일정 극성의 전기적 에너지를 가지고 웨이퍼를 향해 다가오는 이온이 웨이퍼 후면에 배치된 이온 주입 필터에 걸려 있는 반대 극성의 전기적 에너지 영향을 받아 상기 이온 주입 필터의 관통영역 즉, 전기적 특성을 띄지 않는 영역에만 이온 주입이 이루어지게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 선택적으로 이온을 주입하기 위한 장치의 개략적인 도면이다.

상기한 도면에 의하면, 본장치는 이온 주입되는 웨이퍼(10) 하부에 본 실시예에 따른 이온 주입 필터(20)가 놓여지고 상기 이온 주입 필터(20)에는 별도로 구비된 전원부(30)를 통해 웨이퍼(10)로 주입되는 이온의 극성과 반대되는 극성을 갖는 전압이 인가되는 구조로 되어 있다.

상기 이온 주입 필터(20)는 웨이퍼(10)에 맞춰 정렬되며 전면에 걸쳐 웨이퍼(10)의 이온 주입 위치와 대응되는 위치에 관통구(21)가 관통형성된다.

즉, 웨이퍼(10) 상에 이온이 주입되어야 할 위치에서는 이온 주입 필터(20)에 관통구(21)가 형성되고 그 나머지인 이온 주입 제외 부분에서는 이온 주입 필터(20)가 막혀 비관통구(22)를 이루는 구조로 되어 있다.

이에 따라 비관통구(22) 영역에서는 이온 주입 필터(20)가 극성을 띄게 되고 관통구(21) 영역에서는 극성을 띄지 않게 되는 데, 상기 이온 주입 필터(20)에 가해지는 전기적 극성이 웨이퍼(10) 상으로 주입되는 이온의 극성과는 반대이므로 이온 주입 필터(20)의 패턴대로 웨이퍼(10)에 선택적인 이온 주입이 이루어지게 되는 것이다.

여기서 상기 전원부(30)로부터 이온 주입 필터(20)로 인가되는 전압의 세기는 웨이퍼(10)로 주입되는 이온의 에너지와 비례하여 조절되며 상기 웨이퍼(10)로 주입되는 이온 에너지에 충분한 반발력을 가할 수 있는 정도의 세기를 갖도록 한다.

이하, 본 발명에 따라 웨이퍼(10) 표면에 선택적으로 이온 주입이 이루어지는 과정을 살펴보면 다음과 같다.

먼저 이온 주입 장치의 이온소스부를 통해 이온을 생성하게 된다. 상기 이온소스부는 이온빔이 생성되고 방출되는 아크챔버와 전자를 공급하는 필라멘트 등의 구성요소를 포함하여, 아크챔버와 필라멘트에 전원이 공급되면 필라멘트의 온도가 상승하게 되고 일정온도에 도달하면 필라멘트로부터 전자가 방출되며, 이렇게 방출된 전자는 아크챔버 안에 분포되어 있는 가스 분자들과 충돌하여 가스분자를 분해한다.

이때, 여러 종류의 이온과 전자로 구성된 플라즈마가 발생되고 발생된 이온들은 이온빔 출구를 통해 분출되어 선별과정과 가속과정을 거쳐 고에너지 상태의 이온빔으로 만들어진다.

그리고 상기 이온빔은 스캐닝 시스템에 의해 앤드스테이션부에 놓여진 웨이퍼(10)에 고르게 조사되어 필요한 곳에 이온 주입된다.

여기서 상기 이온 주입과정에서 상기 앤드스테이션부에 웨이퍼(10)를 로딩시킴과 더불어 웨이퍼(10) 하부에 웨이퍼(10)의 이온 주입 위치에 대한 패턴이 형성된 이온 주입 필터(20)를 위치하고 웨이퍼(10)와 정렬시킨다.

그리고 전원부(30)를 통해 상기 이온 주입 필터(20)에 웨이퍼(10)로 주입되는 이온의 극성과 반대 극성을 갖는 전압을 인가하게 된다.

이 상태에서 언급한 바와 같이 스캐닝시스템을 통해 이온이 웨이퍼(10)로 주입되면 이온 주입 필터(20)에 인가되어 있는 전압에 의해 상호 반발력이 발생하여 이온 주입 필터(20)에 형성된 패턴대로 웨이퍼(10)에 이온 주입이 이루어지게 되는 것이다.

즉, 상기 이온 주입 필터(20)에 형성된 관통부 영역은 극성을 띄지 않기 때문에 웨이퍼(10)를 향해 다가오는 이온이 별 반발력없이 그대로 웨이퍼(10) 상에 주입되는 데, 그 나머지 영역인 비관통구(22) 영역에서는 웨이퍼(10)를 향해 다가오는 이온의 극성과 이온 주입 필터(20)에 인가된 극성이 서로 상이하여 반발력이 발생되고 이 반발력에 의해 웨이퍼(10) 상에 이온 주입이 이루어지지 않게 되는 것이다.

본 발명은 이상과 같이 상당히 획기적인 기능을 갖는 이온 주입 장치와 그 방법을 제공하는 것을 알 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 선택적 이온 주입 장치와 그 주입 방법에 의하면, 웨이퍼상에 불순물 이온매몰층을 형성하기 위한 이온 주입 방해막으로 포토레지스트패턴을 웨이퍼상에 형성하는 대신 웨이퍼와 독립된 별도의 이온 주입 필터를 제조하여 웨이퍼상의 특정 영역에만 이온 주입을 실시하므로서 이온 주입 공정을 크게 단순화시키고 공정비용 및 공정시간을 감소시키는 장점이 있다.

Claims (3)

1. 이온빔을 생성하는 이온소스부와, 생성된 이온에 필요한 에너지를 부여하는 빔라인부, 웨이퍼 가공실의 진공 및 대기상태를 조절하여 웨이퍼의 로딩 및 언로딩을 제어하는 엔드스테이션부 및 이온 주입 공정이 완료된 후 내부에 남아 있는 배기가스를 배출하는 배기부를 포함하는 이온 주입 장치에 있어서,

   상기 엔드스테이션부에 놓여지는 웨이퍼 하부에 장착되어 이온이 주입되어야할 패턴이 형성되는 이온 주입 필터;

   상기 이온 주입 필터에 전기적으로 회로 연결되어 상기 웨이퍼로 주입되는 이온의 극성과 반대의 극성을 갖는 전압을 인가하는 전원부를 포함하며,

   상기 이온 주입 필터는 상기 웨이퍼상의 이온 주입 영역에 대응되는 영역에 이온을 관통하는 관통부가 형성되는 선택적 이온 주입 장치.
2. 삭제
3. 제1항의 구성으로 이루어진 선택적 이온 주입 장치로 웨이퍼에 이온을 주입하는 방법에 있어서,

   이온 소스에서 이온을 생성하는 단계;

   상기 생성된 이온을 일정 전압으로 가속하여 이온빔을 형성하는 단계;

   웨이퍼와 웨이퍼 하부에 이온 패턴이 관통 형성된 이온 주입 필터를 배치시키는 단계;

   상기 이온빔 형성단계에서 생성된 이온에 인가되는 전압과 반대 극성을 갖는 전압을 상기 이온 주입 필터에 인가하는 단계;

   상기 이온빔을 상기 웨이퍼상의 이온 주입 영역에 주입하는 단계를 포함하는 선택적 이온 주입 방법.

Images