KR100668746B1 - 와이드빔을 이용한 불균일 이온주입장치 및 이온주입방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 와이드빔을 이용한 불균일 이온주입장치는, 이온빔을 발생시키는 이온빔 생성기와, 그리고 이온빔 생성기로부터 발생된 이온빔을 와이드 이온빔으로 퍼뜨려 웨이퍼 상에 주입시켜, 웨이퍼 중심부에서의 이온 주입양과 웨이퍼 가장자리에서의 이온 주입양이 달라지게 하는 깔대기 형태의 빔 마그네트 렌즈를 구비한다.

불균일 이온주입, 깔대기, 빔 마그네트 렌즈

Description

와이드빔을 이용한 불균일 이온주입장치 및 이온주입방법{Apparatus and method of partial ion implantation using wide beam}

도 1은 일반적인 이온주입장치를 이용한 이온주입방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 불균일 이온주입장치를 나타내 보인 도면이다.

도 3은 도 2의 불균일 이온주입장치의 측면구조를 나타내 보인 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 불균일 이온주입장치를 사용하여 불균일 이온주입한 웨이퍼에서의 도즈분포를 나타내 보인 일 예이다.

도 5는 본 발명에 따른 불균일 이온주입장치를 사용하여 불균일 이온주입한 웨이퍼에서의 도즈분포를 나타내 보인 다른 예이다.

도 6은 본 발명에 따른 불균일 이온주입장치를 사용하여 불균일 이온주입한 웨이퍼에서의 도즈분포를 나타내 보인 또 다른 예이다.

본 발명은 반도체웨이퍼에 대한 이온주입장치 및 이온주입방법에 관한 것으로서, 특히 와이드빔을 이용하여 웨이퍼의 서로 다른 영역에 다른 도즈로 불순물이 온이 주입되도록 하는 와이드빔을 이용한 불균일 이온주입장치 및 이온주입방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체소자, 특히 디램(DRAM; Dynamic Random Access Memory)과 같은 반도체메모리소자를 제조하기 위해서는 많은 수의 단위공정들이 이루어져야 한다. 이 단위공정들은 적층공정, 식각공정, 이온주입공정 등을 포함하며, 통상적으로 웨이퍼 단위로 이루어진다. 이와 같은 단위공정들 중에서 이온주입공정은, 강한 전기장에 의해 보론, 아스닉 등과 같은 도펀트 이온들을 가속시켜 웨이퍼 표면을 통과시키는 공정기술로서, 이와 같은 이온주입을 통해 물질의 전기적인 특성을 변화시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 이온주입장치를 이용한 이온주입방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면이다.

도 1을 참조하면, 웨이퍼(10)를 지지하는 지지대(미도시)는 Y구동축(11)에 연결되며, Y구동축(11)은 구동장치(12)에 연결된다. 구동장치(12)의 동작에 의해 Y구동축(11)은, 도면에서 화살표(15)로 나타낸 바와 같이, Y방향으로 이동하고, 이에 따라 웨이퍼(10)도 또한 Y방향으로 이동된다. 이와 같이 웨이퍼(10)가 Y방향으로 이동되는 동안, 이온빔(14)은 X방향으로 스캐닝하면서 웨이퍼(10)내에 주사된다. 이 과정에서 웨이퍼(10)의 앞뒤에 각각 배치되는 제1 이온빔 검출기(13a) 및 제2 이온빔 검출기(13b)에 의해 주입되는 불순물이온의 도즈(dose)를 검출하여 도즈 제어를 위한 정보를 제공한다.

그런데 이와 같은 종래의 이온주입장치를 사용하여 이온주입공정을 수행하게 되면, 웨이퍼(10)의 전 영역에 대체로 동일한 농도의 불순물이온이 주입된다. 이온주입공정만을 고려하면 이는 바람직한 현상이지만, 다른 단위공정들과 연관시켜 고려해보면, 이는 오히려 바람직하지 않은 현상일 수 있다. 즉 여러 단위공정들을 수행하는데 있어서, 공정 결과, 예컨대 적층되는 막질의 두께나, 식각되는 정도 등은 웨이퍼 전체 면적에 걸쳐서 균일하게 이루어지지 않는다. 이는 각 단위공정들이 갖고 있는 많은 변수들을 정확하게 제어하지 못하기 때문이다. 따라서 항상 예기치 못하거나 또는 정확하게 제어되지 않는 공정변수들에 의한 공정오차가 존재한다고 할 수 있다.

일 예로서 게이트전극을 형성하는데 있어서, 웨이퍼의 위치별로 게이트전극의 폭을 나타내는 임계치수(Critical Dimension; 이하 CD)가 차이가 날 수 있다. 예컨대 웨이퍼의 중심부에서는 게이트전극의 CD가 상대적으로 큰 반면에 웨이퍼의 가장자리부에서는 게이트전극의 CD가 상대적으로 작을 수 있다. 물론 반대의 경우도 발생할 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 이와 같은 차이는 여러 단위공정들이 갖고 있는 많은 변수들을 정확하게 제어하지 못하기 때문이다. 이와 같이 게이트전극의 CD가 웨이퍼의 가장자리부에 비하여 중심부에서 더 큰 경우에는, 소자의 문턱전압도 웨이퍼의 가장자리부보다 웨이퍼의 중심부에서 상대적으로 더 높게 된다. 물론 반대의 경우, 소자의 문턱전압은 웨이퍼의 가장자리부보다 웨이퍼의 중심부에서 상대적으로 더 낮게 된다.

이와 같은 웨이퍼의 위치에 따른 게이트전극의 CD의 차이는 소자의 집적도가 증가할수록 더 심각한 문제를 야기한다. 예를 들면 최소 허용 가능한 게이트전극의 CD가 200nm인 경우, ±10%의 CD산포만을 불량으로 판정하더라도 수율감소는 심각한 문제가 되지 않지만, 최소 허용 가능한 게이트전극의 CD가 100nm인 경우에는 ±10%의 CD산포를 불량으로 판정하게 되면 수율감소가 심각한 문제로 대두된다. 따라서 최소 허용 가능한 게이트전극의 CD가 100nm인 경우에는 불량으로 판정할 CD산포를 보다 작은 범위, 예컨대 ±5%로 설정하여야 하지만, 이에 따른 공정마진의 감소로 인하여 수율감소는 여전히 큰 문제로 대두된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 와이드빔을 이용한 불균일 이온주입을 수행함으로써 웨이퍼 전체적으로 균일한 문턱전압특성이 나타나도록 할 수 있는 와이드빔을 이용한 불균일 이온주입장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기와 같은 와이드빔을 이용한 불균일 이온주입방법을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 와이드빔을 이용한 불균일 이온주입장치는, 이온빔을 발생시키는 이온빔 생성기; 및 상기 이온빔 생성기로부터 발생된 이온빔을 와이드 이온빔으로 퍼뜨려 웨이퍼 상에 주입시켜, 웨이퍼 중심부에서의 이온 주입양과 웨이퍼 가장자리에서의 이온 주입양이 달라지게 하는 깔대기 형태의 빔 마그네트 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 빔 마그네트 렌즈는, 상기 웨이퍼 표면과의 거리가 멀어지거나 가까워지도록 수평방향으로 이동가능한 것이 바람직하다.

상기 빔 마그네트 렌즈는, 별개의 바이어스 전압이 인가되는 복수개의 마그네트 조각으로 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 웨이퍼를 지지하며 상기 와이드 이온빔과 상기 웨이퍼와의 중첩면적이 상하로 변동되도록 상기 웨이퍼를 수직방향으로 이동시키는 웨이퍼지지대를 더 구비하는 것이 바람직하다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 불균일 이온주입방법은, 이온빔을 깔대기 형태의 빔 마그네트 렌즈를 사용하여 와이드 이온빔으로 퍼뜨려 웨이퍼에 주입시켜 상기 웨이퍼 중심부에서의 이온 주입양과 웨이퍼 가장자리에서의 이온 주입양이 달라지게 하는 것을 특징으로 한다.

상기 빔 마그네트 렌즈를 상기 웨이퍼 표면과의 거리가 멀어지거나 가까워지도록 수평방향으로 이동시켜 상기 웨이퍼 중심부와 웨이퍼 가장자리 사이의 이온 주입양 차이를 조절할 수 있다.

상기 와이드 이온빔이 상기 웨이퍼에 조사되는 동안 상기 웨이퍼를 상기 와이드 이온빔의 진행방향과 수직한 방향으로 이동시켜서 상기 웨이퍼 상에서 이온조사량이 높은 영역의 위치를 변경시킬 수도 있다.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다.

도 2는 본 발명에 따른 불균일 이온주입장치를 나타내 보인 도면이다. 그리 고 도 3은 도 2의 불균일 이온주입장치의 측면구조를 나타내 보인 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 불균일 이온주입장치는, 이온빔 생성기(210)와 깔대기 형태의 빔 마그네트 렌즈(beam magnet lens)(220)를 포함하여 구성된다. 이온빔 생성기(210)는, 스팟(spot) 형태의 이온빔(230)을 발생시킨다. 깔대기 형태의 빔 마그네트 렌즈(220)는, 이온빔 생성기(210)로부터의 이온빔(230)을 입사구멍을 통해 입사받아서 깔대기 형태에 따라 퍼지는 와이드 이온빔(240)으로 바꾸어서 웨이퍼(100)에 주입되도록 한다.

깔대기 형태의 빔 마그네트 렌즈(220)는, 도면에 나타내지는 않았지만, 복수개의 마그네트 조각으로 구성될 수 있으며, 각 마그네트 조각에는 별개로 바이어스 전압이 인가될 수 있다. 따라서 바이어스 전압의 크기에 따라 빔 마그네트 렌즈(220)에 의해 발생되는 와이드 이온빔(240)의 분포를 조절할 수 있다. 깔대기 형태의 빔 마그네트 렌즈(220)로부터 발생되는 와이드 이온빔(240)은 중심부의 제1 와이드 이온빔(241)과 제1 와이드 이온빔(241) 둘레의 제2 와이드 이온빔(242)을 포함한다. 비록 도면에 구체적으로 나타내지 않았지만, 제2 와이드 이온빔(242)의 경우 제1 와이드 이온빔(241)으로부터 불연속적인 분포를 갖는 것이 아니고, 연속적인 분포를 갖는다.

깔대기 형태의 빔 마그네트 렌즈(220)는, 도면에서 화살표(310)로 나타낸 바와 같이, X방향, 즉 웨이퍼(100)와의 거리가 가까워지거나 멀어지게 이동할 수 있도록 배치된다. 빔 마그네트 렌즈(220)가 X방향으로 이동가능하면서 웨이퍼(100)에 주입되는 이온분포를 달라지게 할 수 있다. 예컨대 빔 마그네트 렌즈(220)가 웨이 퍼(100)로부터 멀어질수록 깔대기 형태의 빔 마그네트 렌즈(220)에 의한 와이드 이온빔(240)이 보다 많이 퍼지게 되며, 따라서 웨이퍼(100) 상에 주입되는 이온 주입양은 감소될 수 있다. 이에 따라 웨이퍼(100) 중심부에서의 이온주입양과 웨이퍼(100) 가장자리에서의 이온주입양의 편차를 조절할 수도 있다. 반대로 빔 마그네트 렌즈(220)가 웨이퍼(100)에 가까워질수록 깔대기 형태의 빔 마그네트 렌즈(220)에 의한 와이드 이온빔(240)이 보다 적게 퍼지게 되며, 따라서 웨이퍼(100) 상에 주입되는 이온 주입양은 증가될 수 있다. 이 경우에도 웨이퍼(100) 중심부에서의 이온주입양과 웨이퍼(100) 가장자리에서의 이온주입양의 편차를 조절할 수도 있다.

비록 도면에 나타내지는 않았지만, 웨이퍼(100)는 웨이퍼 지지대(미도시)에 의해 지지되는데, 이 웨이퍼 지지대는, 도면에서 화살표(320)로 나타낸 바와 같이, Y방향, 즉 와이드 이온빔(240)의 광경로와 수직인 방향으로 이동가능하도록 배치된다. 따라서 웨이퍼(100)를 Y방향으로 이동시킬 수 있으며, 그 결과 제1 와이드 이온빔(241)이 주입되는 웨이퍼(100)내의 위치를 Y방향으로 조절할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 불균일 이온주입장치를 사용하여 불균일 이온주입한 웨이퍼에서의 도즈분포를 나타내 보인 일 예이다.

도 4를 참조하면, 와이드 이온빔(도 2 및 3의 240)을 구성하는 제1 와이드 이온빔(241)의 농도가 제2 와이드 이온빔(242)의 농도보다 높은 경우, 웨이퍼(110) 내에 주입되는 불순물이온의 농도분포는 중심부(111)에서 하이(high)가 되고, 가장자리(112)에서 로우(low)가 된다. 앞서 언급한 바와 같이 웨이퍼(110)의 중심부(111)에서의 농도와 가장자리(112)에서의 농도 사이의 편차는 깔대기 형태의 빔 마 그네트 렌즈(도 2 및 도 3의 220)의 X방향으로의 위치와 깔대기 형태의 빔 마그네트 렌즈(220)에 인가되는 바이어스 전압의 크기에 따라 조절될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 불균일 이온주입장치를 사용하여 불균일 이온주입한 웨이퍼에서의 도즈분포를 나타내 보인 다른 예이다.

도 5를 참조하면, 웨이퍼(120)의 위치를 Y방향으로 이동시킨 후에 불균일 이온주입을 수행하게 되면, 제1 와이드 이온빔(241)이 주입되는 웨이퍼(120)내의 위치는 아래가 되고, 따라서 웨이퍼(120)의 하부에 제1 불순물농도의 제1 영역(121)이 형성되고, 제1 영역(121) 둘레를 따라 제2 불순물농도의 제2 영역(122)이 형성되며, 그리고 웨이퍼(120)의 상부에는 제3 불순물농도의 제3 영역(123)이 배치된다.

도 6은 본 발명에 따른 불균일 이온주입장치를 사용하여 불균일 이온주입한 웨이퍼에서의 도즈분포를 나타내 보인 또 다른 예이다.

도 6을 참조하면, 웨이퍼(120)의 위치를 -Y방향으로 이동시킨 후에 불균일 이온주입을 수행하게 되면, 제1 와이드 이온빔(241)이 주입되는 웨이퍼(130)내의 위치는 위가 되고, 따라서 웨이퍼(130)의 상부에 제1 불순물농도의 제1 영역(131)이 형성되고, 제1 영역(131) 둘레를 따라 제2 불순물농도의 제2 영역(132)이 형성되며, 그리고 웨이퍼(130)의 하부에는 제3 불순물농도의 제3 영역(133)이 배치된다.

이와 같은 본 발명에 따른 불균일 이온주입방법은 웨이퍼의 중심부와 가장자리에서의 불순물농도를 다르게 주입할 수 있다. 일 예로서, 웨이퍼의 중심부의 게 이트CD가 웨이퍼의 가장자리에서의 게이트CD보다 큰 경우, 깔대기 형태의 빔 마그네트 렌즈를 적절하게 위치하고 적절한 크기의 바이어스 전압을 인가함으로써, 웨이퍼의 중심부에는 상대적으로 높은 농도로 불순물이온을 주입하고 웨이퍼의 가장자리에는 상대적으로 낮은 농도로 불순물이온을 주입하는 불균일 이온주입을 수행할 수 있으며, 결국 전체적으로 균일한 문턱전압특성이 나타나도록 할 수 있다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 와이드빔을 이용한 불균일 이온주입장치 및 이온주입방법에 따르면, 깔대기 형태의 빔 마그네트 렌즈를 이용함으로써 웨이퍼의 중심부와 가장자리에서의 이온 주입양을 다르게 할 수 있으며, 결과적으로 후속공정에 의한 문턱전압의 편차가 보정되어 웨이퍼 전체적으로 균일한 문턱전압특성을 나타내게 할 수 있다는 이점이 제공된다.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.

Claims (7)

1. 이온빔을 발생시키는 이온빔 생성기; 및

   상기 이온빔 생성기로부터 발생된 이온빔을 와이드 이온빔으로 퍼뜨려 웨이퍼 상에 주입되도록 하여, 웨이퍼 중심부에서의 이온 주입양과 웨이퍼 가장자리에서의 이온 주입양이 달라지게 하는 깔대기 형태의 빔 마그네트 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 불균일 이온주입장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 빔 마그네트 렌즈는, 상기 웨이퍼 표면과의 거리가 멀어지거나 가까워지도록 수평방향으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 불균일 이온주입장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 빔 마그네트 렌즈는, 별개의 바이어스 전압이 인가되는 복수개의 마그네트 조각으로 구성되는 것을 특징으로 하는 불균일 이온주입장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 웨이퍼를 지지하며 상기 와이드 이온빔과 상기 웨이퍼와의 중첩면적이 상하로 변동되도록 상기 웨이퍼를 수직방향으로 이동시키는 웨이퍼지지대를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 불균일 이온주입장치.
5. 이온빔을 깔대기 형태의 빔 마그네트 렌즈를 사용하여 와이드 이온빔으로 퍼뜨려 웨이퍼에 주입시켜 상기 웨이퍼 중심부에서의 이온 주입양과 웨이퍼 가장자리에서의 이온 주입양을 달라지게 하는 것을 특징으로 하는 불균일 이온주입방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 빔 마그네트 렌즈를 상기 웨이퍼 표면과의 거리가 멀어지거나 가까워지도록 수평방향으로 이동시켜 상기 웨이퍼 중심부와 웨이퍼 가장자리 사이의 이온 주입양 차이를 조절하는 것을 특징으로 하는 불균일 이온주입방법.
7. 제5항에 있어서,

   상기 와이드 이온빔이 상기 웨이퍼에 조사되는 동안 상기 웨이퍼를 상기 와이드 이온빔의 진행방향과 수직한 방향으로 이동시켜서 상기 웨이퍼 상에서 이온조사량이 높은 영역의 위치를 변경시키는 것을 특징으로 하는 불균일 이온주입방법.

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