KR19990080119A - 불순물 차단장치를 구비하는 이온주입장치 - Google Patents

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Abstract

웨이퍼에 원하지 않는 불순물이 주입되지 않도록 하는 이온주입 장치를 개시한다. 이 장치는, 웨이퍼에 주입될 이온 빔을 생성시키는 이온소스와 상기 이온 빔중에서 원하지 않는 이온들이 통과하지 않도록 하는 전단분류 자석(pre-analyzing magnet)과 상기 이온 빔을 가속시키는 가속기(accelerator)와 가속된 이온 빔중에 섞여 있는 원하지 않는 이온들이 통과하지 않도록 하는 후단분류 자석(post-analyzing magnet)을 구비하는 이온주입 장치에 있어서, 상기 가속기와 상기 후단분류 자석 사이에 설치되어 가속기 내에서 생성되는 불순물들이 상기 후단분류 자석을 통과하지 않도록 하는 불순물 차단장치를 더 구비한다.

Description

불순물 차단장치를 구비하는 이온주입장치
본 발명은 반도체 제조장비에 관한 것으로서, 상세하게는 불순물 차단장치를 구비하는 이온주입장치에 관한 것이다.
반도체소자의 불순물층, 예컨대 트랜지스터의 소오스/드레인 영역을 형성하는 방법으로 불순물 농도 및 접합깊이의 조절이 용이한 이온주입 공정이 널리 사용되고 있다. 이온주입 공정은 원하는 불순물을 함유하는 가스를 이온화시키고 이온화된 불순물을 가속시켜 반도체 웨이퍼의 소정영역에 주입시키는 기술이다.
도 1은 종래의 이온주입 장치를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 이온소스(10)로부터 방출된 이온 빔은 원하지 않는 종류의 이온들을 제거하기 위하여 전단분류 자석(12)을 통과한다. 자기장 내에서 같은 에너지를 갖는 이온들이라도 질량이 다르면 굽는 효과(bending effect)가 다르다. 이 원리를 이용하여 원하는 이온 빔만이 전단분류 자석(12)을 통과하도록 한다.
전단분류 자석(12)을 통과하면서 원하지 않는 이온들이 제거된 이온 빔은 가속기를 통과하면서 이온주입시 원하는 에너지로 가속된다. 한편, 가속기(14)에 의해 가속된 음이온은 스트리퍼 관(미도시)(stripper canal)에 도달하게 되는데, 여기서 예컨대 N2가스와 같은 가스와의 충돌 등에 의한 전하교환 작용에 의하여 양이온으로 바뀌게 된다. 이 양이온은 후단분류 자석(16)을 통과하여 최종적으로 웨이퍼(18)에 도달하게 된다. 그런데, 가속기(14)의 주가속 부분에서 원하지 않는 불순물이 생성될 수 있다. 이러한 불순물은 통상적으로 후단분류 자석(16)에서의 곡률반경이 고에너지로 가속된 이온빔과 다르기 때문에 웨이퍼(18)에 도달하지 못하고 차단된다. 그러나, 일부 불순물은 질량 M과 에너지 E의 곱이 이온빔과 동일할 수가 있다. 이 경우, 불순물은 이온빔과 동일한 곡률반경을 가지기 때문에 후단분류 자석(16)을 통과하여 웨이퍼(18)에 도달될 가능성이 매우 높다. 예를 들면, 수백 KV로 가속된 이온에 대하여 불순물의 종류에 따라 수십 KV만 가속되어도 이온과 동일한 곡률반경을 가질 수 있으며 따라서 후단분류 자석(16)을 통과할 수 있다.
이러한 불순물은 웨이퍼(18)에 도달하여도 확인할 수 있는 방법이 용이하지 않으며, 또한 극미량의 불순물이 웨이퍼(18)에 도달하더라도 불순물이 웨이퍼(18) 표면에 존재하여 게이트 산화막의 두께 및 막질(quality)을 저하시키게 된다. 그 결과, 반도체 소자의 신뢰성을 낮추게 되며, 수율(yield)에 치명적인 영향을 미치게되는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 불순물이 웨이퍼에 도달하지 못하도록 하는 불순물 차단장치를 구비하는 이온주입장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 이온주입 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이온주입장치를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 불순물 차단장치를 나타내는 개략적 단면도이다.
도 4는 본 발명의 불순물 차단장치를 나타내는 상세한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이온주입장치를 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이온주입장치를 나타내는 블록도이다.
도 7은 도 6의 불순물 차단장치를 나타내는 개략적 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
30:가속기 32:빔 라인
34, 42:차단판 35:고전압 파워 서플라이
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시예는. 웨이퍼에 주입될 이온 빔을 생성시키는 이온소스와 상기 이온 빔중에서 원하지 않는 이온들이 통과하지 않도록 하는 전단분류 자석과 상기 이온 빔을 가속시키는 가속기와 가속된 이온 빔중에 섞여 있는 원하지 않는 이온들이 통과하지 않도록 하는 후단분류 자석을 구비하는 이온주입 장치에 있어서, 상기 가속기와 상기 후단분류 자석 사이에 설치되어 가속기 내에서 생성되는 불순물들이 상기 후단분류 자석을 통과하지 않도록 하는 불순물 차단장치를 더 구비한다.
상기 가속기는 탄뎀 가속기인 것이 바람직하다.
상기 불순물 차단장치는 고전압 파워 서플라이(high voltage power supply)와 상기 고전압 파워 서플라이의 출력단에 전기적으로 연결된 차단판(stopper plate)을 구비하되, 상기 차단판은 이온빔의 경로에 설치된다. 여기서, 상기 차단판에 상기 고전압 파워 서플라이로부터 출력되는 고전압이 플로팅 전압의 형태로 인가된다. 또한, 상기 차단판은 이온 빔이 통과할 수 있도록 중앙부에 관통공을 구비한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 실시예는. 웨이퍼에 주입될 이온 빔을 생성시키는 이온소스와 상기 이온 빔중에서 원하지 않는 이온들이 통과하지 않도록 하는 전단분류 자석과 상기 이온 빔을 가속시키는 가속기와 가속된 이온 빔중에 섞여 있는 원하지 않는 이온들이 통과하지 않도록 하는 후단분류 자석을 구비하는 이온주입 장치에 있어서, 상기 후단분류 자석 다음에 설치되어 가속기 내에서 생성되는 불순물들이 상기 웨이퍼에 주입되지 않도록 하는 불순물 차단장치를 더 구비한다.
상기 가속기는 탄뎀(tandem) 가속기인 것이 바람직하다.
상기 불순물 차단장치는 고전압 파워 서플라이와 상기 고전압 파워 서플라이의 출력단에 전기적으로 연결된 차단판을 구비하되, 상기 차단판은 이온빔의 경로에 설치된다. 여기서, 상기 차단판에 상기 고전압 파워 서플라이로부터 출력되는 고전압이 플로팅 전압의 형태로 인가된다. 또한, 상기 차단판은 이온 빔이 통과할 수 있도록 중앙부에 관통공을 구비한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명이 하기 실시예에 국한되는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명은 고전압을 이용하여 이온을 가속시키는 이온주입장치에 모두 적용가능하다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
<실시예 1>
도 2는 본발명의 제1 실시예에 따른 이온주입장치를 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 원하는 불순물을 함유하는 가스는 이온 소스(20)에서 전자가 떨어져 양으로 대전된 입자가 된다. 이온소스(20)에서는 보통, 뜨거운 필라멘트(미도시)로부터 나온 전자빔을 중성원자(불순물을 함유하는 가스)들에 조사하여 원자에 구속되어 있는 전자를 떼어낸다. 이렇게 생긴 양이온은 이온 소스(20)의 전하교환 셀(미도시)(charge exchange cell)을 통과하면서 음이온으로 변화된다. 이 음이온은 이온주입에 사용될 이온 빔의 형태로 이온 소스(20)로부터 방출된다.
한편, 필요한 이온들을 생성하기 위하여 이온 소스(20)에 공급하는 가스는 통상적으로 그 원소를 포함하는 분자화합물의 기체가 사용된다. 예를 들어 붕소이온을 만들기 위해서는 BF3를 사용하는데, 이 분자화합물의 기체를 이온 소스(20)에 공급하면 B+이온은 물론 많은 다른 분자의 원하지 않는 이온들이 생성된다. 즉, 이온 소스(20)에서 방출되는 빔은10B+,10BF+,10BF2 +,10BF3 +, F2 +,11B+,11BF2 +,11BF3 +등으로 구성되어 있으며, 그외에 BF2+와 같이 여러개의 전하로 대전된 이온과 오염물질도 섞여 있다.
이와 같은 원하지 않는 종류의 이온들을 제거하기 위하여 이온 소스(20)로부터 방출된 빔은 전단분류 자석(22)을 통과한다. 전단분류 자석(22)은 통상적으로 자기장의 크기를 조절할 수 있는 전자석이다. 전단분류 자석(22)에 입사한 이온빔은 자석(22)에 의해 발생되는 자기장에 의해 굽어지게 되는데, 수학식 1은 자기장에 의해 이온 빔이 굽는 효과(bending effect)를 나타낸다.
HP=4.5q ME
여기서, H는 KGS 단위로 주어지는 자기장의 세기, P는 cm 단위로 주어지는 이온 빔의 곡률 반경, M은 amu 단위로 주어지는 이온의 질량, E는 KeV 단위로 주어지는 이온의 에너지, q는 전자 전하 단위로 주어지는 전하를 나타낸다.
수학식 1로부터 동일한 자기장 내에서 같은 에너지를 갖는 이온들이라도 질량이 다르다면 굽는 효과가 다르다는 것을 알수 있다. 이 원리를 이용하면 원하는 이온 빔만이 전단분류 자석(22)을 통과시킬 수 있다.
전단분류 자석(22)을 통과하면서 원하지 않는 이온들이 제거된 이온 빔은 예컨대 탄뎀(tandem) 가속기와 같은 가속기를 통과하면서 수학식 2에 의해 이온주입시 원하는 에너지로 가속된다.
E=qV
여기서 E는 KeV 단위로 주어지는 이온의 최종 에너지, q는 전자 전하 단위로 주어지는 전하, V는 KV단위로 주어지는 가속기 내의 전위차를 나타낸다.
한편, 가속기(24)에 의해 가속된 음이온은 스트리퍼 관(미도시)에 도달하게 되는데, 여기서 예컨대 N2가스와 같은 가스와의 충돌 등에 의한 전하교환 작용에 의하여 양이온으로 바뀌게 된다. 이 양이온은 후단분류 자석(26)에 의하여 원하는 이온들만 최종적으로 웨이퍼(28)에 도달하게 된다. 그런데, 가속기(14)의 주가속 부분에서 원하지 않는 불순물이 생성될 수 있다. 이러한 불순물은 통상적으로 후단분류 자석(26)에서의 곡률반경이 고에너지로 가속된 이온빔과 다르기 때문에 웨이퍼(28)에 도달하지 못하고 차단된다. 그러나, 일부 불순물은 질량 M과 에너지 E의 곱이 이온빔과 동일할 수가 있다. 이 경우, 수학식 1에 표현된 바와 같이, 불순물은 이온빔과 동일한 곡률반경을 가지기 때문에 후단분류 자석(26)을 통과하여 웨이퍼(28)에 도달될 가능성이 매우 높다. 예를 들면, 수백 KV로 가속된 이온에 대하여 불순물의 종류에 따라 수십 KV만 가속되어도 이온과 동일한 곡률반경을 가질 수 있으며 따라서 후단분류 자석(16)을 통과할 수 있다. 이러한 불순물을 차단하기 위하여 본 발명의 제1 실시예에서는, 가속기(24)와 후단분류 자석(26) 사이에 불순물 차단장치(25)를 구비한다.
도 3은 본 발명의 불순물 차단장치를 나타내는 개략적 단면도이며, 도 4는 본 발명의 불순물 차단장치를 나타내는 상세한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 불순물 차단장치는 가속기(30) 후단에 연결된 빔라인(32) 즉, 이온빔의 경로에 설치되는데, 고전압 파워 서플라이(35)와 차단판(34)을 구비한다. 고전압 파워 서플라이(34)의 출력단에 전기적으로 연결된차단판(34)은 그 중앙 부근에 이온 빔이 통과할 수 있는 관통공을 구비한다. 도 4의 42는 차단판의 일예를 나타낸 것으로서, 관통공이 장공의 형상이나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 원형도 가능하다. 차단판(34 또는 42)에는 고전압 파워 서플라이(35)로부터 출력되는 고전압, 예를 들면 40KV가 플로팅 전압(floating voltage)의 형태로 인가된다. 따라서, 차단판에 인가된 고전압보다 낮은 에너지를 갖는 불순물들은 차단판(42)의 관통공을 통과하지 못하고 차단되며, 원하는 이온 빔만 차단판(42)의 관통공을 통과한다. 그 결과, 웨이퍼에 도달되는 이온 빔에는 원하지 않는 불순물이 포함되어 있지 않기 때문에 반도체 소자의 신뢰성 및 수율을 높일 수 있다.
<실시예 2>
도 5는 본발명의 제2 실시예에 따른 이온주입장치를 나타내는 블록도이다. 도 5에서, 참조번호 50은 이온 소스, 52는 전단분류 자석, 54는 가속기, 56은 후단분류 자석,58은 웨이퍼를 나타내는데, 제1 실시예에서 설명한 바와 동일하므로 설명을 생략한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 이온주입장치는 후단분류 자석(56) 다음에 불순물 차단장치(57)를 구비한다. 불순물 차단장치(57)는 본 발명의 제1 실시예에서 설명한 바와 같으며, 이하에서 설명을 생략한다.
<실시예 3>
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이온주입장치를 나타내는 블록도이다.
도 6을 참조하면, 참조번호 70은 이온 소스, 72는 전단분류 자석, 74는 가속기, 76은 후단분류 자석, 78은 웨이퍼를 나타내는데, 제1 및 제2 실시예에서 설명한 바와 동일하므로 이들에 대한 설명을 생략한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 이온주입 장치는 도 7에 보여진 대로 가속기(74)의 후단 내부에 불순물 차단장치(75)를 구비한다.
도 7을 참조하면, 가속기(74)의 후단 내부에 차단판(42)이 설치되고, 상기 차단판(42)에 고전압, 예를 들면 40KV를 인가하기 위한 고전압 파워 서플라이(35)가 전기적으로 연결되어 있다. 상기 가속기의 후단은 빔라인(L)과 연결되어 상기 후단분류 자석(76)에 가속된 이온이 인입된다. 상기 차단판(42) 및 고전압 파워 서플라이(35)는 도 3 및 도 4에서 설명한 것과 동일하다. 즉, 상기 차단판(42)의 중앙부에는 차단판(42)에 인가되는 고전압보다 높은 에너지를 갖는 불순물들만이 통과하도록 관통공을 구비한다. 상기 관통공은 원형인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 제3 실시예에 의하면, 상기 불순물 차단장치(75)를 차폐(shield)시키기 위한 별도의 장치가 요구되지 않는다. 이는, 상기 가속기(47)에 불순물 차단장치(75)에 인가되는 전압보다 높은 전압이 공급되기 때문이다. 즉, 가속기(47)의 주변에 가속기(47)에 공급되는 고전압을 차폐시키기 위한 장치가 이미 설치되어 있기 때문이다.
이상 실시예들을 들어 본 발명에 대해 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것으로서, 본 발명의 기술사상 및 범위내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 각종 변형 및 개량이 가능함은 명백하다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 불순물 차단장치를 구비하는 이온주입장치는, 가속기와 후단분류 자석 사이에 설치되거나 또는 후단분류 자석 다음에 설치된 불순물 차단장치를 이용하여 가속기의 주가속 부분에서 생성되는 원하지 않는 불순물이 웨이퍼로 조사되는 것을 차단할 수 있다. 따라서, 순수한 이온만을 웨이퍼에 주입할 수 있기 때문에 반도체 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 또한 수율을 향상시킬 수 있다.

Claims (15)

  1. 웨이퍼에 주입될 이온 빔을 생성시키는 이온소스와 상기 이온 빔중에서 원하지 않는 이온들이 통과하지 않도록 하는 전단분류 자석과 상기 이온 빔을 가속시키는 가속기와 가속된 이온 빔중에 섞여 있는 원하지 않는 이온들이 통과하지 않도록 하는 후단분류 자석을 구비하는 이온주입 장치에 있어서,
    상기 가속기와 상기 후단분류 자석 사이에 설치되어 가속기 내에서 생성되는 불순물들이 상기 후단분류 자석을 통과하지 않도록 하는 불순물 차단장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가속기는 탄뎀 가속기인 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 불순물 차단장치는 고전압 파워 서플라이와 상기 고전압 파워 서플라이의 출력단에 전기적으로 연결된 차단판을 구비하되, 상기 차단판은 이온빔의 경로에 설치되는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 차단판에 상기 고전압 파워 서플라이로부터 출력되는 고전압이 플로팅 전압의 형태로 인가되는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 차단판은 이온 빔이 통과할 수 있도록 중앙부에 관통공을 구비하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  6. 웨이퍼에 주입될 이온 빔을 생성시키는 이온소스와 상기 이온 빔중에서 원하지 않는 이온들이 통과하지 않도록 하는 전단분류 자석과 상기 이온 빔을 가속시키는 가속기와 가속된 이온 빔중에 섞여 있는 원하지 않는 이온들이 통과하지 않도록 하는 후단분류 자석을 구비하는 이온주입 장치에 있어서,
    상기 후단분류 자석 다음에 설치되어 가속기 내에서 생성되는 불순물들이 상기 웨이퍼에 주입되지 않도록 하는 불순물 차단장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가속기는 탄뎀 가속기인 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 불순물 차단장치는 고전압 파워 서플라이와 상기 고전압 파워 서플라이의 출력단에 전기적으로 연결된 차단판을 구비하되, 상기 차단판은 이온빔의 경로에 설치되는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 차단판에 상기 고전압 파워 서플라이로부터 출력되는 고전압이 플로팅 전압의 형태로 인가되는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 차단판은 이온 빔이 통과할 수 있도록 중앙부에 관통공을 구비하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  11. 웨이퍼에 주입될 이온 빔을 생성시키는 이온소스와 상기 이온 빔중에서 원하지 않는 이온들이 통과하지 않도록 하는 전단분류 자석과 상기 이온 빔을 가속시키는 가속기와 가속된 이온 빔중에 섞여 있는 원하지 않는 이온들이 통과하지 않도록 하는 후단분류 자석을 구비하는 이온주입 장치에 있어서,
    상기 가속기의 후단 내에 설치되어 가속기 내에서 생성되는 불순물들이 상기 웨이퍼에 주입되지 않도록 하는 불순물 차단장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 가속기는 탄뎀 가속기인 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 불순물 차단장치는 고전압 파워 서플라이와 상기 고전압 파워 서플라이의 출력단에 전기적으로 연결된 차단판을 구비하되, 상기 차단판은 이온빔의 경로에 설치되는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 차단판에 상기 고전압 파워 서플라이로부터 출력되는 고전압이 플로팅 전압의 형태로 인가되는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 차단판은 이온 빔이 통과할 수 있도록 중앙부에 관통공을 구비하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
KR1019980013125A 1998-04-13 1998-04-13 불순물차단장치를구비하는이온주입장치 KR100282492B1 (ko)

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