KR20000058132A - 이온 주입법 및 이온 주입 장치 - Google Patents

이온 주입법 및 이온 주입 장치 Download PDF

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Abstract

추출 전극(extraction electrode) 및 사후 가속기(post accelerator)를 구비한 이온 주입 장치를 사용하는 이온 주입법에서, 이온은 추출 전극의 인가 전압보다 높은 사후 가속기의 인가 전압에 의해, 샘플의 표면으로부터 얕은 영역으로 균일하게 주입된다.

Description

이온 주입법 및 이온 주입 장치{ION IMPLANTATION METHOD AND ION IMPLANTATION EQUIPMENT}
본 발명은 이온 주입법 및 이온 주입 장치에 관한 것이다.
반도체 기판에 불순물 원자를 도핑하는 방법 중 하나로서, 이온 주입법이 공지되어 있다. 선정된 지역에 도핑되는 불순물 원자의 농도 및 깊이가 고정밀도로 제어될 수 있기 때문에, 이온 주입법은 현재 반도체 장치를 제조하는데 있어서 중요한 기술이다.
종래의 이온 주입 장치 중의 하나로서, 이온 소스 챔버에서 발생된 다수 유형의 이온들을 가속시키면서 질량 분석기로 유도하는 추출 전극(2)과, 질량 분석기에서 그 질량이 측정되고 슬릿을 통해 배출되어 최종 가속되는 원하는 질량의 이온들을 가속하는 사후 가속기(5)를 포함하는 이온 주입 장치가 제공된다.
추출 전극에 의한 가속 및 사후 가속기에 의한 가속에 의해 가속 전압이 제어된다. 예를 들어, 이온이 120 keV 가속 전압을 사용하여 샘플로 주입되면, "추출 전극에 의한 최대 가속" + "사후 가속기에 의한 가속" 의 조합에 따라 가속 전압 제어 동작이 영향을 받는다.
사후 가속기에 의한 가속은 추출 전극에 의한 최대 가속에 의해 달성될 수 없는 부족한 부분만을 보충하며, 사후 가속기에 의한 가속은 추출 전극에 의한 최대 가속보다 작다. 추출 전극에 의한 최대 가속이 더 큰 이유는, 효율적인 전송에 의해 주입 단계에서의 처리량을 향상시키고 안정적으로 일정한 이온 빔 전류를 얻기 위함이다.
또한, 5keV 가속 전압을 사용하여 이온이 샘플에 인가되면, 추출 전극에 의한 가속만이 사용되거나, 소위 가속·감속 (accel·decel) 방법이라 불리는 "추출 전극에 의한 가속·사후 가속기에 의한 감속" 방법이 사용된다.
본 발명의 목적은 제1 전극 (추출 전극)과 제2 전극 (사후 가속기)을 포함하는 이온 주입 장치를 사용하여 샘플에 이온을 균일하게 주입할 수 있는 이온 주입 방법을 제공하는 것이다.
이 목적을 달성하기 위해, 여러 유형의 이온들을 발생시키는 컨테이너, 여러 유형의 이온들을 컨테이너로부터 추출하는 제1 전극, 여러 유형의 이온 중에서 적어도 하나의 원하는 이온을 선택하는 선택기부, 및 이 원하는 이온을 가속시키는 제2 전극을 포함하는 이온 주입 장치를 사용하는 이온 주입 방법에서, 본 발명에 따른 이온 주입 방법은 제2 전극의 인가 전압이 제1 전극의 인가 전압보다 높게 설정되는 특징을 갖는다.
본 발명에서, 제2 전극에 의해 가속된 이온들로 형성된 이온 빔의 최대 전류 밀도가 Dmax이고, 이온 빔의 전류량이 I이고, 이온 빔의 폭이 W이고, I/W2으로 표현된 평균 전류 밀도가 ρ일 때, ρ≥Dmax/2 의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다. 이 경우에, 이온 빔의 폭은 이온이 주입되는 샘플 표면의 폭과 같다.
본 발명의 발명자의 연구등에 따르면, 여러 유형의 이온들을 발생시키는 컨테이너, 컨테이너로부터 이 여러 유형의 이온들을 추출하는 제1 전극, 여러 유형의 이온들로부터 적어도 하나의 원하는 이온을 선택하는 선택기부, 및 이 원하는 이온을 가속하는 제2 전극을 포함하는 이온 주입 장치를 사용하는 이온 주입법에서, 제2 전극의 인가 전압이 제1 전극의 인가 전압보다 높게 설정되면, 이온이 샘플로 균일하게 주입될 수 있음이 밝혀졌다. 특히, 제2 전극에 의해 가속된 이온들로 형성된 이온 빔의 최대 전류 밀도가 Dmax이고, 이온 빔의 전류량이 I이고, 이온 빔의 폭이 W이고, I/W2으로 표현된 평균 전류 밀도가 ρ이면, 이온 빔 ρ≥Dmax/2 의 관계가 만족될 때 상기한 효과가 더욱 향상될 수 있음이 밝혀졌다. 따라서, 본 발명에 따르면, 샘플로 이온을 균일하게 주입하는 것이 가능하다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 이온 주입 장치는, 샘플로 원하는 이온을 주입하는 이온 주입 장치 본체; 샘플의 표면에 형성된 산화막을 제거하기 위해, 이온 주입 장치 본체에 접속된 산화막 제거 장치; 및 가속된 이온을 샘플로 주입하기 전에 샘플의 표면에 형성된 산화막을 제거하는 산화막 제거 장치를 포함한다.
본 발명에서, 산화막 제거 장치의 구체적 구조의 일례로서, 가속된 이온을 샘플로 주입하기 전에 샘플 표면에 형성된 산화막을 제거하는 세정 챔버, 세정 챔버에서 세정된 샘플을 건조시키는 건조 챔버, 샘플을 샘플 챔버, 세정 챔버, 및 건조 챔버로 전송하는 전송부, 및 샘플 챔버, 세정 챔버, 및 건조 챔버 내의 압력을 제어하는 압력 제어부가 제공된다.
샘플 챔버, 세정 챔버, 건조 챔버 내의 압력은, 바람직하게는 5 Torr 이하로, 더 바람직하게는 0.1 Torr 이하로 감소되도록 (대기압 이하) 압력 제어부에 의해 제어된다.
본 발명에 따른 이온 주입 장치는 제1 전극 (추출 전극) 및 제2 전극 (사후 가속기)을 포함할 수 있거나, 제2 전극 (사후 가속기)만을 포함할 수 있다.
본 발명의 발명자의 연구등에 따르면, 이온이 샘플로 주입될 때, 특히, 기판 표면에서 보아 얕은 영역에 이온이 주입될 때, 더 특별하게는, 샘플의 표면으로부터 50 nm 이하의 얕은 영역으로 이온이 주입될 때, 이온 주입량 및 활성 이온의 집중이 기대치 이하가 되도록 하는 것에, 샘플 표면에 형성된 산화막이 주요 인자가 될 수가 있음이 밝혀졌다.
따라서, 본 발명에 따르면, 샘플 표면에 형성된 산화막을 제거하는 산화막 제거 장치를 샘플 챔버에 접속함으로써, 산화막 제거에서 이온 주입 종료까지의 기간에서 샘플 표면에 어떤 산화막도 재형성되지 않는 상태를 설정하는 것이 가능하기 때문에, 이온 주입량을 감소시킬 수 있는 이온 주입 장치 및 활성 이온의 집중이 실현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이온 주입법에 사용된 이온 주입 장치를 나타내는 개략도.
도 2는 이온 빔의 폭을 정하는 것을 설명하는 도면.
도 3은 이온 빔의 전류 밀도에 미치는 영향을 체크하는 데 사용되는 이온 주입 장치를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이온 주입법에 사용된 이온 주입 장치를 나타내는 개략도.
도 5는 본 발명이 적용될 수 있는 대상의 일례를 나타내는 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 이온 소스 챔버
2: 추출 전극
3: 질량 분석기
4: 슬릿
5: 사후 가속기
6, 7: 4극 렌즈(four-pole lense)
8: 패러데이 컵(Faraday cup)
9: 샘플
10: 웨이퍼 홀더
우선, 본 발명의 발명자 등이 발견한 종래의 이온 주입법 또는 장치의 문제점이 설명된다. 종래의 가속 전압 제어법이 사용되면, 샘플로 이온을 균일하게 주입하는 것이 어렵다는 것이 밝혀진다. 그 이유는 종래의 가속 전압 제어법은 이온 빔을 효율적으로 전송하는 방식에 더 중점을 두는 제어 방법이라는 것이 고려된다.
또한, 샘플 표면으로부터 얕은 영역에 이온이 주입되면, 이온 주입량 및 활성 이온의 집중이 저하되고, 설계된 대로 불순물 집중을 갖는 얕은 확산층을 형성시키는 것이 어렵다는 것이 밝혀진다.
상기한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 아래에 설명된다.
(제1 실시예)
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이온 주입법에 사용된 이온 주입 장치를 나타낸 개략도이다.
도 1에서, 도면 부호 1은 여러 유형의 이온들을 발생시키는 이온 소스 챔버을 나타내고, 이온 소스 챔버(1)에서 발생된 여러 유형의 이온들은 추출 전극(2)에 의해 가속되면서 이온 소스 챔버(1) 외부로 추출되고, 분리 전자석으로 형성된 질량 분석기(3)에서 질량이 분석이 실시된다.
이 경우에, 추출 전극(2)은 이온 소스실(1)로부터 이온들을 추출하는 기능과 이에 따라 추출된 이온들을 가속하는 기능을 갖지만, 이온들을 가속하는 기능을 갖지 않을 수 있다.
그 다음에, 질량 분석기(3)에서 질량이 분석된 여러 이온들 중 원하는 이온만이 슬릿(3)을 통해 유출되고, 가속 전극으로 형성된 사후 가속기(5)에 의해 최종 가속되어 이 원하는 이온의 이온 빔을 형성한다.
이온 빔은 주입량을 일정하게 하기 위해 4극 렌즈(6, 7)에 의해 X 및 Y 방향으로 주사되어 웨이퍼 혹은 기판등의 샘플(9)로 인가된다. 도 1에서, 도면 부호 8은 패러데이 컵을 나타내고, 10은 웨이퍼 홀더를 나타낸다.
전술한 이온 주입 장치에서, 이온 소스실(1)에 의한 이온 빔의 전류량 조정, 추출 전극(2)에 의한 이온 빔의 확산 (폭) 조정, 분리 전극(3) 및 슬릿(4)에 의한 이온의 선택 조정, 추출 전극(2) 및 사후 가속기(5)에 의한 가속 전압 조정, 및 4극 렌즈(6, 7)에 의한 주입각 조정에 의해, 실제로 주입된 이온이 제어된다.
본 실시예의 이온 주입법의 특징은, 종래 방법과는 달리 사후 가속기(5)의 인가 전압이 추출 전극(2)의 인가 전압보다 높게 설정된다는 것이다. 예를 들어, 200 keV 가속 전압을 사용하여 이온이 샘플(9)로 주입되면, 추출 전극(2)에 의한 최대 가속 전압은 50 keV이고, 사후 가속기(5)의 가속 전압은 150 keV이다.
추출 전극(2)에 의한 최대 가속 전압은 100 keV (= 200 keV / 2) 보다 높게, 가령 130 keV로 설정될 수 있다. 종래에는, 처리량을 향상시키기 위해, 가령, 전술한 예제의 경우에, 추출 전극(2)에 의한 최대 가속 전압은 130 keV로 설정된다.
즉, 본 발명에서, 원하는 이온이 원하는 가속 에너지로써 샘플로 주입될 때, 추출 전극(2)에 의해 획득된 원하는 이온의 최대 가속 에너지가 원하는 가속 에너지의 절반을 초과하거나 추출 전극(2)의 작동 범위를 넘는 경우에, 사후 가속기(5)의 인가 전압은 추출 전극(2)의 인가 전압보다 높게 설정된다.
본 실시예의 이온 주입법이 아래에 상세히 설명된다. 우선, BF3가스가 이온 소스 챔버(1)로 유도되어 아아크 방전에 의해 여러 유형의 이온들을 발생시킨다. 다음에, 추출 전극(2)에 의해 여러 유형의 이온들이 추출되고 분리 전자석(3)에 의해 그 질량이 분리되어 슬릿(4)을 통해11B+이온만이 추출된다.
그 다음에, 사후 가속기(5)에 의해11B+이온이 최종 에너지로 가속되어 이온 빔이 형성된다. 이온 빔이 4극 렌즈(6, 7)에 의해 X 및 Y 방향으로 주사되고, 샘플(9) 표면의 수렴 위치로 수렴되며, 이온 빔을 샘플(9) 표면에 일정하게 가하기 위해 웨이퍼 홀더(8)가 회전되는 동안 상기한 주사 동작이 실행된다. 이 때에, 샘플(9)은 웨이퍼 홀더(10)에 의해 경사되어 이온 빔의 경사각은 7도가 될 것이다.
전술한 방법과 함께,11B+이온이 80 keV 가속 전압과 5×1015cm-2도즈량(dose amount)으로 샘플로 주입되었다. 상기한 가속 전압의 경우에, 추출 전극(2) 만에 의한 가속은 충분하지 않으므로, 사후 가속기(5)을 사용한 가속이 필요하다.
종래 경우에서 가속 전압의 분배는, 추출 전극(2)의 가속 전압이 사후 가속기(5)의 가속 전압보다 높게 설정되도록, 예를 들어, 추출 전극(2)의 가속 전압이 50 keV로 설정되고 사후 가속기(5)의 가속 전압이 30 keV로 설정되도록 된다.
발명의 발명자 등은, 종래 방법의 가속 전압 분배로써 4 mA, 8 mA 및 12 mA로 이온 빔 전류가 설정된 조건 하에 이온을 주입하였다. 이온 빔 전류량은 이온 소스 챔버(1)에서 아아크 방전의 조건을 변화시키는 [이온 소스 챔버(1)와 추출 전극(2) 사이의 갭 간격 변화를 포함] 데 필요한 것으로서, 계산될 수 있다. 이온 빔 전류량이 4 mA인 샘플이 S1이고, 이온 빔 전류량이 8 mA인 샘플이 S1이고 이온 빔 전류량이 12 mA인 샘플이 S3이라고 하자. 각 샘플 S1에서 S3은 8 인치 웨이퍼이다.
주입 직후의 손실량은 상기한 조건 하에 이온이 주입되는 각 샘플에 대해 열 웨이브법(Therma Wave method)을 사용하여 정량적으로 표현된다. 열 웨이브법은 샘플에 적외선을 가하고, 일반적인 격자 진동과는 다르며 이온 주입에 의해 형성된 결정 결함이 적외선 반사 시의 적외선의 반사 강도에 따라 수치로 표현될 때 발생하는 격자 진동을 변환하는 방법이다.
다음에, 이온 주입된 샘플(S1, S2, S3)이 질소 분위기에서 섭씨 900도로 열처리되고, 4단자법(four-terminal method)에 의해 130개 지점에서 시트 저항 측정이 행해지고, 평균값 및 1가 유도된다. 측정의 결과를 표 1에 나타낸다.
주입 균일도의 빔 전류에 대한 종속성
웨이퍼번호 빔 전류 열웨이브(신호 단위) 열웨이브(%) ρs(Ω/?) ρs(1)(%)
s-01as-01bs-01c 4 mA 606960896026 1.521.811.54 39.7839.4739.07 0.4420.3470.303
s-02as-02bs-02c 8 mA 645366386395 2.981.542.72 39.3139.2538.74 0.6750.4210.546
s-03as-03bs-03c 12 mA 736975807424 5.747.264.84 39.2839.0938.73 0.7720.8350.834
표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 열처리 후의 시트 저항은 이온 빔 전류량에 상관없이 실질적으로 39 Ω/?로 설정되기 때문에, 이온 빔 전류량 차이에 기인하는 주입 에러가 거의 존재하지 않음이 이해된다.
다른 한편으로, 인-플레인(in-plane) 균일성을 표시하는 1값에 주의를 기울이면, 이온 빔 전류량이 더 작게됨에 따라 이온 빔 전류의 평균값이 더 작게되고 이온 빔 전류량의 변동이 더 작게됨이 이해된다. 12 mA의 주입의 경우에 거의 0.814%가 얻어지고, 이온 빔 전류량이 4 mA, 즉, 상기한 값의 1/3일 때, 시트 저항 변동이 0.364%이고 상기한 값보다 작게되는 것이 이해된다.
이온 빔 전류량이 더 작게됨에 따라 이온 주입 직후의 열 웨이브 신호값이 더 작게되고 이온 주입에 의한 이온 손실량이 더 작게됨이 이해된다.
따라서, 이온 빔 전류를 작게 하여 주입의 균일성이 더 높게되고 주입 손실이 경감될 수 있음이 이해된다.
그런데, 빔 전류를 작게함으로써 이온 빔 폭이 변화될 수 있음이 예견된다. 따라서, 본 발명의 발명자등은 이온 빔 폭 변화에 의한 영향을 체크하였다.
이 경우에, 사전의 주입 조건에서 사용된11B+는 80 keV 가속 전압, 5×1015cm-2도즈량 및 8 mA 이온 빔 전류량의 조건에서 주입된다.
종래 방법 (가속/감속법)과 같이 샘플(S4, S5, S6)에 대해, 이온 소스 챔버(1) 내의 아크 방전 강도는 고정되었고 추출 전극(2)의 인가 전압 (추출 전압)은 50 keV로 설정되었고 사후 가속기(5)의 가속 전압 (사후 가속 전압)은 30 keV로 설정되었다. 또한, 도 1의 질량 분석기(3)와 슬릿(4) 간의 갭 간격이 변화되어 이온 빔 폭을 변화시켰다.
또한, 샘플 S7에 대해 추출 전압은 40 keV로 설정되었고 사후 가속 전압은 40 keV로 설정되었다. 샘플 S8에 대해 추출 전압은 30 keV로 설정되었고 사후 가속 전압은 50 keV로 설정되었다. 샘플 S9에 대해 추출 전압은 20 keV로 설정되었고 사후 가속 전압은 60 keV로 설정되었고 따라서 추출 전압은 감소되었고 가속 전압은 상승되어 이온 빔 폭을 변화시킨다. 질량 분석기(3)와 슬릿(4) 간의 갭 간격은 샘플(S7, S8, S9)에 대해 87 mm로 고정된다.
샘플 S4에서 S9에 대한 이온 주입의 결과를 표 2에 나타낸다.
주입 균일도의 사후 가속 전압에 대한 종속성
웨이퍼 번호 가속 전압 (사전-스테이지+사후-스테이지) 사후-스테이지 갭(mm) 빔 폭(절반/피크) 열 웨이브(%) ρs(Ω/?) ρs(%)
A-01 50keV+30keV 87 45mm/31mm 4.88% 42.73 1.274
B-01 50keV+30keV 50 44mm/27mm 5.03% 42.33 1.205
C-01 50keV+30keV 15 38mm/32mm 5.11% 42.75 1.307
V-01 40keV+40keV 87 49mm/22mm 4.44% 42.29 1.078
D-01 30keV+50keV 87 43mm/22mm 4.39% 42.94 1.088
E-01 20keV+60keV 87 25mm/25mm 3.99% 42.98 0.953
종래 방법에서와 같이 추출 전압이 50 keV로 설정되고 사후 가속 전압이 30 keV로 설정되고, 분리 전자석(3) 및 슬릿(4) 간의 갭(사후-스테이지 갭)이 변화되는 경우에 비록 작지만 이온 빔 폭 (절반/피크)의 변화가 관찰될 수 있다. 이온 빔 폭은 다음과 같이 정의된다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 샘플 및 이온 빔을 수렴하는 기능 갖고 샘플에 가장 근접한 기구 (수렴부) 중 하나 사이의 거리가 L로 설정되면, 이온 빔 폭은, 샘플로부터 L/2 만큼 떨어진 위치의 빔 폭(Wh)을 샘플로부터 L/10 만큼 떨어진 위치의 빔 폭(Wp)으로 나눈 값(Wh/Wp)으로 정의된다. 수렴부는 가령, 4극 렌즈 및 편광 렌즈 등이다.
시트 저항의 변화에 주의를 기울이면, 어떤 뚜렷한 변화도 관찰되지 않는다. 따라서, 이온 빔이 사후 가속기(5)에 입사하기 전에 이온 빔의 수렴에 거의 기여하지 않음이 이해된다.
추출 전압이 감소되고 사후 가속 전압이 상승되면, 이온 빔 폭이 광범위하게 변화하고 사후 가속 전압의 증가와 함께 이온 빔 폭은 작게되고 따라서 이온 빔 수렴 효과가 크게됨이 이해된다.
또한, 이온 주입 이후의 열 웨이브 측정에서, 사후 가속 전압의 상승과 더불어 그 측정값은 작게되며, 손실량이 변화됨이 이해된다. 또한, 열처리 후의 시트 저항의 변화가 사후 가속 전압의 변화의 증가에 따라 감소됨이 이해된다.
추출 전압이 50keV이고 사후 가속 전압이 종래의 경우에서 시트 저항의 7%이며, 추출 전압을 20keV로 설정하고 사후 가속 전압을 60keV로 설정하여 사후 가속 전압/추출 전압의 비를 증가시키면, 시트 저항의 인-플레인 변동은 종래의 약 절반 정도로 감소된 0.38%임을 알 수 있다.
따라서, 사후 가속 전압/추출 전압의 비를 증가시킴으로써, 이온 주입시에 유발되는 손상을 감소시키고, 열처리 후 불순물 활성화에서의 변동을 작게 할 수 있음이 증명되었다.
그러나, 추출 전압에 비해 사후 가속 전압을 증가시키면 이온빔의 폭이 작아지기 때문에, 이온빔의 전류 밀도가 변동의 감소에 기여할 수 있는 것으로 생각된다.
그러므로, 본원의 발명자 등은 도 3에 도시된 이온 주입 장비를 이용하여 가속 전압 5keV, 도즈량 5×1014㎝-2의 조건 하에서11B+이온을 주입했다. 추출 전극(2)에 의한 최대 전압과 사후 가속기(5)에 의한 최대 전압은 도 1에 도시된 이온 주입 장비의 최대 전압과 동일하다. 도 3에서, 도 1에 대응하는 부분들은 동일한 참조 번호로 표시된다. 도 3에서, 참조 번호 11은 편광 렌즈를 나타내고, 참조 번호 12는 플라스마 샤워(plasma shower)를 나타내며, 참조 번호 13은 빔 스탑(프로파일러)을 나타내고, 참조 번호 14는 샘플 챔버를 나타낸다. 플라스마 샤워(12)는, 샘플에 주입된 이온의 전하에 상반되는 전하를 갖는 대전 입자들을 제공함으로써 샘플의 대전을 중성화하고, 샘플 상에 형성되어 있는 절연막 등의 유전 파괴를 방지하는 데 이용된다.
이온 주입 장비를 이용하여11B+이온을 주입하는 방법은 도 1에 도시된 이온 주입 장비를 이용하여11B+이온을 주입하는 방법과 동일하다. 그러나, 이 경우에서는, 슬릿(4)과 사후 가속기(5) 사이의 간격이, 이온빔의 최대 전류 밀도가 0.05㎃/㎠로 설정되도록 조절된다.
샘플 S10에 대해서, 5keV의 추출 전압만이 가속 전압으로 이용되었고, 이온빔 전류는 2㎃로 설정되었으며, 약 111㎜의 빔 폭이 획득되었다. 샘플 S11에 대해서, 5keV의 추출 전압만이 가속 전압으로 이용되었고, 이온 소스 챔버(1) 내에서의 아크 방전을 변경함으로써 이온빔 전류가 2㎃로 설정되었으며, 약 97㎜의 빔 폭이 획득되었다. 또한, 샘플 S12에 대해서, 추출 전압은 3keV로 설정되었고, 사후 가속 전압은 2keV로 설정되었으며, 이온빔 전류는 1㎃로 설정되었고, 약 889㎜의 빔 폭이 획득되었다. 샘플 S13에 대해서, 추출 전압은 2keV로 설정되었고, 사후 가속 전압은 3keV로 설정되었으며, 이온빔 전류는 1㎃로 설정되었고, 약 59㎜의 빔 폭이 획득되었다.
이온 주입 후, 각각의 샘플에 30초동안 900℃의 RTA를 열처리로서 수행하여 주입된 이온을 활성화하고, 이온 농도를 계산하였다.
샘플 S10 내지 S13에 대한 계산 결과가 표 3에 나타나 있다.
주입 균일도의 빔 폭에 대한 종속성
웨이퍼 No. 빔 전류 (㎃) 가속 전압 (사전 스테이지 +사후 스테이지) 빔 폭(㎜) 최대 전류 밀도(㎃/㎠) 열 웨이브(%) ρs(Ω/□) ρs(%)
S10 2 5keV+0keV 111㎜ 0.06 0.35% 591.6 0.77%
S11 1 5keV+0keV 97㎜ 0.04 0.30% 601.3 0.65%
S12 1 3keV+2keV 88㎜ 0.05 0.27% 600.2 0.61%
S13 1 2keV+3keV 59㎜ 0.05 0.23% 599.4 0.44%
표 3으로부터, 추출 전극(2)만을 이용하여 5keV의 가속 전압을 얻는 경우에서, 이온빔 전류를 감소시키거나 이온빔 폭을 감소시키면, 이온 주입 직후의 열 웨이브의 값과 열처리 후 시트 저항의 인-플레인 균일성이 저하되지만, 크게 개선되지는 않는다는 것을 알 수 있다.
또한, 표 3으로부터, 추출 전극(2) 및 사후 가속기(5)를 이용하여 5keV의 가속 전압을 유도하고, 사후 가속기(5)의 인가 전압을 추출 전극(2)에 의해서만 가속하던 종래의 경우보다 높게 설정함으로써, 이온 주입후의 열 웨이브와 열처리 후의 시트 저항의 인-플레인 균일성에 대해 보다 양호한 결과를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다. 그러나, 종래의 방법에서와 같이, 사후 가속기(5)의 인가 전압이 추출 전극(2)의 인가 전압보다 낮게 설정되는 경우에서는, 열 웨이브와 열처리 후 시트 저항의 인-플레인 균일성이 양호하지 않다는 것을 알 수 있다.
또한, 표 3으로부터, 종래의 방법에서와 같이 추출 전극(2)에 의해서만 가속이 이루어지는 경우 시트 저항의 인-플레인 변동은 0.65%이지만, 5keV의 가속 전압 중 2keV는 추출 전극(2)에 인가하고 3keV는 사후 가속기(5)에 인가하여 가속하는 경우, 시트 저항의 인-플레인 변동은 0.44%이며, 종래의 방법에 비해 25% 정도 감소될 수 있다.
상기의 결과는 이온 주입의 변동이 최소한 이온빔 폭에 따라 변경될 수 있음을 나타낸다.
상기 설명으로부터, 사후 가속기(5)의 인가 전압을 추출 전극(2)의 인가 전압보다 높게 설정하면, 이온 주입후 샘플에 가해지는 손상과 열처리시의 이온 활성화가 균일해질 수 있음을 알 수 있다. 이것은 사후 가속기(5)의 가속률을 향상시킴으로써 이온빔이 보다 쉽게 수렴될 수 있기 때문인 것으로 생각된다.
표 3에서 이온빔의 확산 폭 및 이온빔 전류 항목을 살펴보면, 종래의 방법에서와 같이 추출 전극(2)만을 이용하여 가속이 이루어지는 경우에서, 이온빔 전류가 1㎃일 때의 이온빔 확산 폭은 97㎜이다.
이 때, 최대 전류 밀도는 0.04㎜/㎠이고, (이온 전류량)/(빔 확산 폭)2으로 표현되는 평균 전류 밀도는 0.011㎃/㎠이므로, 최대 전류 밀도는 평균 전류 밀도의 약 4배 정도로 증가된다.
한편, 본 실시예에서와 같이, 추출 전극(2) 및 사후 가속기(5)에 의해 가속이 이루어지고, 사후 가속기(5)의 인가 전압이 추출 전극(2)의 인가 전압보다 높게 설정되는 경우, 이온빔 전류가 1㎃일 때의 이온빔 확산 폭은 59㎜이다.
이 때, 최대 전류 밀도는 0.05㎃/㎠이고, (이온 전류량)/(빔 확산 폭)2으로 표현되는 평균 전류 밀도는 0.029㎃/㎠이므로, 최대 전류 밀도는 평균 전류 밀도의 약 1.72배 정도로 증가된다. 즉, 이온빔은 빔 전류 밀도가 극히 높은 이온빔이 아니며, 비교적 균일한 이온빔이 형성될 수 있음을 알 수 있다.
이것은, 인가 전압을 적절하게 배분함으로써 스폿의 생성이 제어될 수 있고, 이온빔의 수렴 효율이 향상되며, 사후 가속기(5)의 인가 전압을 추출 전극(2)의 인가 전압보다 높게 설정함으로써 주입 균일도가 향상되기 때문인 것으로 생각된다.
상기의 경우에서, 최대 전류 밀도는 평균 전류 밀도의 약 1.72배이지만, 본 출원의 발명자 등이 연구한 바에 따르면, 최대 전류 밀도가 평균 전류 밀도의 2배 이하이면, 매우 균일한 이온빔이 형성될 수 있는 것으로 생각된다.
따라서, 추출 전극(2) 및 사후 가속기(5)의 인가 전압을 배분함으로써 빔 폭이 크게 변경될 수 있음을 알 수 있다.
지금까지는 이온 주입 장비의 하드웨어에 대해 설명하였지만, 아래에서는 하드웨어의 제어에 대해서 설명할 것이다. 일반적으로, 이온 주입 장비의 제어 시퀀스는 대강 다음과 같은 시퀀스 1 내지 시퀀스 12로 이루어진다.
시퀀스 1 : 원하는 이온의 기체를 도입
시퀀스 2 : 아크 방전 개시 (아크 전압 인가, 아크 전류 ON)
시퀀스 3 : 소스 마그넷 ON
시퀀스 4 : 원하는 이온을 추출하기 위한 질량 분리기의 셋 전류의 설정
시퀀스 5 : 셋 인가 전압의 설정
90keV 미만인 경우 → 사후 가속 : 0keV
90keV 이상인 경우 → 사후 가속 : (총 가속 전압 - 추출 전압)
시퀀스 6 : 추출 전극과 이온 소스 추출 포트 간의 갭 거리 조절 → 피크값은 최대 빔 전류가 유도될 수 있는 거리에서 얻을 수 있음
시퀀스 7 : 추출 전극과 이온 소스 추출 포트 간의 횡방향 거리 조절 → 피크값은 최대 빔 전류가 유도될 수 있는 거리에서 얻을 수 있음
시퀀스 8 : 분석기 마그넷의 전류 조절 → 피크값은 최대 빔 전류가 유도될 수 있는 거리에서 얻을 수 있음
시퀀스 9 : 아크 전류의 조절
시퀀스 10 : 원하는 이온빔 전류가 유도되었는가?
예 → 시퀀스 11로
아니오 → 시퀀스 6으로
시퀀스 11 : 빔 프로파일 측정
시퀀스 12 : 조절 종료
상기와 같은 종래의 제어 시퀀스에서는, 최대 전류 밀도, 빔 프로파일 측정에서 획득되는 빔 폭, 및 가속 전압의 비율을 제어할 수가 없다.
따라서, 본 실시예에서는 다음과 같은 제어 시퀀스가 준비된다.
시퀀스 1 : 원하는 이온의 기체를 도입
시퀀스 2 : 아크 방전 개시 (아크 전압 인가, 아크 전류 ON)
시퀀스 3 : 소스 마그넷 ON
시퀀스 4 : 질량 분리기, 전류 ON
시퀀스 5 : 셋 가속 전압의 설정
→ 추출 전압 = (셋 가속 전압/2)×40%
→ 사후 가속 전압 = 셋 가속 전압 - 추출 전압
시퀀스 6 : 추출 전극과 이온 소스 추출 포트 간의 갭 거리 조절 → 피크값은 최대 빔 전류가 유도될 수 있는 거리에서 얻을 수 있음
시퀀스 7 : 추출 전극과 이온 소스 추출 포트 간의 횡방향 거리 조절 → 피크값은 최대 빔 전류가 유도될 수 있는 거리에서 얻을 수 있음
시퀀스 8 : 분석기 마그넷의 전류 조절 → 피크값은 최대 빔 전류가 유도될 수 있는 거리에서 얻을 수 있음
시퀀스 9 : 아크 전류의 조절
시퀀스 10 : 원하는 이온빔 전류가 유도되었는가?
예 → 시퀀스 11로
아니오 → 시퀀스 6으로
시퀀스 11 : 빔 프로파일 측정 (빔 폭, 최대 전류 밀도)
평균 전류 밀도의 계산 = (시퀀스 10에서 구해진 빔 전류량)/(빔 폭)2
시퀀스 12 : 최대 전류 밀도가 평균 전류 밀도의 2배 이하인가?
예 → 시퀀스 14로
아니오 → 시퀀스 15로
시퀀스 13 : 셋 가속 전압의 리셋
→ 추출 전압 = (셋 가속 전압/2)× (40% + (리셋 동작의 회수)×5%)
* 리셋 동작의 최대 회수는 10으로 설정됨. 10회의 리셋 동작 사후에도 시퀀스 12의 결과가 "아니오"인 경우, 프로세스는 시퀀스 1로부터 재시작됨.
→ 사후 가속 전압 = 셋 가속 전압 - 리셋 추출 전압
→ 리셋 후 시퀀스 6으로
시퀀스 14 : 조절 종료
상기의 시퀀스가 이용되는 경우, 시퀀스 5의 셋 가속 전압 설정 동작에서 셋 가속 전압의 값이 변경되기 때문에, 추출 전압과 사후 가속 전압의 비가 조절될 수 있고, 이온빔 폭과 최대 전류 밀도의 값이 변화하므로, 그들의 파라미터도 제어될 수 있다. 따라서, 지금까지 설명한 바와 같이, 주입량을 저하시키지 않고서도, 주입 균일성이 향상될 수 있다.
(제2 실시예)
종래의 이온 주입 방법에서, 이온 주입 전에 샘플은 이온 주입 장비와 다른 물리적으로 분리된 세정 장치를 사용하여 세정된다. 그러나, 샘플의 표면에 형성된 자연 산화막이 제거된 경우에도, 샘플은 세정 공정의 종료시부터 이온 주입 공정의 시작시까지의 기간 동안 대기에 노출되기 때문에 샘플의 표면에 다시 자연 산화막이 형성된다.
이 상태에서, 붕소 이온 주입이 예컨대 500 eV의 가속 전압과 2×1014cm-2의 도즈량의 조건으로 실시되는 경우, 약 2 nm 두께의 얇은 자연 산화막이 샘플에 영향을 주게 된다.
500 eV의 가속 전압으로 붕소 이온 주입을 하는 경우에, 최대 농도 깊이는 약 4 nm가 된다. 그러나, 이온 주입 공정에서 최대 농도 깊이가 샘플 표면의 자연 산화막에 의해 영향을 받는 경우, 최대 농도 깊이는 자연 산화막측 상의 얕은 영역에 설정되며, 따라서 원래 샘플 안으로 주입되도록 의도된 붕소의 일부는 자연 산화막 내에 있게 된다.
결과적으로, 붕소는 원하는 도즈량보다 적게 샘플 안으로 주입된다. 자연적으로, 가속 전압 에너지의 저하에 따라 이온의 스퍼터링 및 반사에 의해 주입량은 더 적어진다.
1 keV의 가속 전압으로 산소를 이온 주입하는 경우, 실리콘의 스퍼터링 비율은 틸트 각 0도에서 약 0.2이며, 산소 및 붕소에 대해 실질적으로 동일한 스퍼터링 비율이 얻어지는 것으로 가정하면, 이온 주입시에 발생하는 샘플의 제거는 약 0.01 nm이고, 이온 주입량의 저하는 거의 무시할 수 있는 정도이다.
그러나, 실제로 SIMS에 의한 카운트(실제 측정값)는 1 내지 5×1014cm-2이며, 설정 주입량이 2×1014cm-2인 경우에도 20% 이상의 이온 주입량의 저하가 관측된다. 이것은 이온 주입량이 이온 주입시의 스퍼터링 및 반사에 의해서만이 아니라 샘플 표면에 형성된 자연 산화막에 의해서도 영향을 받는다는 것을 의미한다.
따라서, 세정 공정의 종료시부터 이온 주입 공정의 시작시까지의 기간에 자연 산화막이 형성되지 않도록 동일한 이온 주입 공정이 실시된 다음, 이온 주입량의 저하가 검사된다.
도 4는 세정 공정의 종료시부터 이온 주입 공정까지의 기간에 다시 자연 산화막이 형성되지 않게 이온 주입 공정을 실시할 수 있는 이온 주입 장치를 나타내는 개략도이다. 도 4에서 도 3과 대응하는 부분은 동일한 참조 번호로 표시한다.
이온 주입 장치는 샘플 표면에 형성된 자연 산화막 또는 열 산화막과 같은 산화막을 제거하기 위하여 샘플 챔버(14)에 연결된 산화막 제거 장치(20)를 구비하고 있다는 점에서 도 3의 장치와 다르다.
본 발명은 추출 전극 없이 사후 가속기만을 포함하는 이온 주입 장치에 이용될 수 있다.
산화막 제거 장치(20)는 샘플을 준비하는 준비 챔버(21), 샘플을 이송하는 기구를 구비한 이송 챔버(22), 사전 처리 및 자연 산화막의 제거를 위한 처리 챔버(23), 및 샘플을 건조시키기 위한 건조 챔버(24)로 대략 분할된다. 준비 챔버(21) 및 이송 챔버(22), 준비 챔버(21) 및 처리 챔버(23), 처리 챔버(23) 및 건조 챔버(24), 건조 챔버(24) 및 이송 챔버(22), 및 이송 챔버(22) 및 샘플 챔버(14)는 각각 서로 연결되어 있고, 샘플은 이들 사이에 이송될 수 있다.
샘플이 배치되는 테프론으로 제작된 카세트(이하 간단히 카세트라 한다)는 준비 챔버(21) 내에 제공된다. 도 4에는 4개의 카세트가 도시되어 있다.
샘플 및 샘플이 적재된 카세트(25)는 이송 크레인에 의해 준비 챔버(21)에서 처리 챔버(23)로 이송되어, 처리 챔버(23)에 제공된 석영 비이커(27) 내에 배치된다.
이때, 이송 챔버(22) 및 처리 챔버(23) 내의 압력은 건조 펌프(28)에 의해 0.1 Torr로 낮아진 후, N2퍼지 가스에 의해 정상 대기압으로 상승된다. 이 경우, 이송 챔버(22) 및 처리 챔버(23) 내의 산소 분압(산소압/(산소압+질소압))은 1 Torr 이하로 설정된다. 이송 크레인(27)은 레일(도시되지 않음)을 따라 각각의 챔버 내에서 이동할 수 있다. 크레인과 다른 부재가 이송부로서 사용될 수 있다.
그 다음, 급수 파이프(29)로부터 석영 비이커(27) 안으로 순수가 공급되어 3분간 샘플 및 카세트(25)를 세정한다(사전 처리).
세정 공정 동안, 케미칼 탱크(31) 내의 불산이 불산 공급선(30)을 통해 세정 케미칼 교반 챔버(33) 내로 공급되고, 급수 파이프(29)에서 분기된 급수 파이프(32)를 통해 순수가 세정 케미칼 교반 챔버(33) 안으로 공급되어, 200(순수) : 1(불산)의 혼합액이 제조되며, 이 혼합액은 세정 케미칼 교반 챔버(33)에서 교반된다. 이때, 배수 파이프(34)의 밸브(35a)는 닫혀 있다.
그 다음, 밸브(35a)를 개방하여 배수 파이프(34)를 통해 순수를 방출한 후 밸브(35a)를 닫는다. 그 다음, 세정 케미칼 교반 챔버(33) 내에 준비된 200(순수) : 1(불산)의 비율로 혼합된 불산 혼합액(희석 불산 용액)이 케미칼 공급선(36)을 통해 석영 비이커(27) 안으로 공급된다.
이 경우, 약 2 nm의 두께를 가진 자연 산화막이 샘플의 표면에 형성되며, 이 자연 산화막을 제거하기 위하여 샘플 및 카세트(25)는 석영 비이커(27) 내의 불산 혼합액에 디핑되어 1분간 세정된다.
그 다음, 밸브(35a)를 열어 배수 파이프(34)를 통해 불산 혼합액을 방출한 후, 밸브(35a)를 닫고 급수 파이프(29)를 통해 석영 비이커(27) 안으로 순수를 공급하여 샘플과 카세트를 10분간 세정한다.
이후, 밸브(35a)를 열어 배수 파이프(34)를 통해 순수를 방출한 후, 이송 크레인(26)을 사용하여 석영 비이커(27)로부터 샘플이 적재된 카세트(25)를 꺼낸다.
그 다음, 질소 분위기에서 이송 크레인(26)을 사용하여 샘플 및 카세트(25)를 건조 챔버(24) 안으로 이송한다. 건조 챔버(24)는 건조를 위해 100 rpm으로 회전하는 건조 린서(rinser; 37)를 갖추고 있으며, 샘플 및 카세트(25)는 건조 린서(37)에 의해 건조된다. 카세트(25)는 건조 린서(37) 위에 장착된다. 건조 린서(37)가 회전하는 동시에 건조 펌프(28)에 의해 건조 챔버(24) 내의 압력이 0.1 Torr로 낮아진다. 카세트(25)는 건조 린서(37) 상에 장착된다. 또한, 밸브(35b)를 열어 배수 파이프(34)를 통해 외부로 샘플 및 카세트의 물을 방출한다.
그 다음, 이송 크레인(26)을 사용하여 샘플 및 카세트(25)를 이송 챔버(22) 안으로 이동시켜 장착 테이블(38) 위에 장착한다. 이때, 이송 챔버(22) 내의 압력은 건조 펌프(28)에 의해 미리 0.1 Torr로 낮아진다.
그 다음, 감소된 압력 상태에서 이송 로봇(39)에 의해 샘플이 이송 챔버(23)에서 웨이퍼 홀더(8)로 장착된다. 이후, 종래의 경우 또는 제1 실시예와 같이 감소된 압력 상태에서 샘플 안으로 이온이 주입된다.
본 실시예에 따르면, 샘플은 질소 분위기에서 세정되고, 샘플 표면에 형성된 자연 산화막은 제거되며, 분위기는 샘플 건조시부터 이온 주입 종료시까지 저압 상태로 제어되어, 샘플 표면에 자연 산화막이 다시 형성되지 않는다. 따라서, 주입량의 감소가 효과적으로 방지된다.
구체적으로, 붕소 이온은 500 eV의 가속 전압 및 2×1014cm-2의 도즈량의 조건으로 샘플에 주입되며, SIMS에 의해 평가된 결과로서 카운트가 1.9 내지 2×1014cm-2이었고, 따라서 주입량의 커다란 감소는 관측되지 않았다.
따라서, 주입량의 저하가 효과적으로 방지될 수 있기 때문에, 샘플을 정상 대기압에서 이송하여 이온 주입 장치 안에 장착하는 경우와 달리 주입의 변화를 억제하면서 샘플 표면으로부터 50 nm 이하의 극히 얕은 영역에 이온을 주입할 수 있다.
또한, 후술하는 바와 같이, 샘플 표면 상의 자연 산화막은 또한 열처리 후의 붕소 농도, 즉 활성 붕소의 농도에 영향을 미친다.
붕소 이온이 종래의 이온 주입 장치를 이용하여 500 eV의 가속 전압 및 2×1014cm-2의 도즈량의 조건으로 샘플에 주입되는 경우, 주입량은 1 내지 1.5×1014cm-2이고, 20% 이상의 주입량 저하가 관측될 수 있다. 가속 전압이 1 keV 이하인 경우 주입량의 저하가 발생한다는 것이 확인된다. 확산층의 깊이(접합 깊이)는 소자가 더 작아짐에 따라 더 얕아진다. 얕은 확산층을 형성하기 위해서는 가속 전압을 낮추어야 한다. 그러나, 가속 전압이 낮은 경우, 이온 주입량이 크게 저하되기 때문에 원하는 농도의 얕은 확산층을 형성하기 어렵다.
상기 샘플이 RTA 장치를 사용하여 질소 분위기에서 900℃에서 30초 동안 열처리를 받는 경우, SIMS에 의한 카운트는 7×1013cm-2이 되고, 따라서 붕소 농도의 추가적인 저하가 관측된다.
SIMS에서 전체 붕소 농도, 즉 비활성 붕소 및 활성 붕소의 농도가 측정된다. 본 발명자 등은 홀 효과를 이용하여 활성 붕소의 농도를 측정하였으며, 그 결과 농도는 2×1013cm-2이었고, 또한 활성 붕소의 농도 저하가 크다는 것이 입증되었다.
한편, 본 실시예의 이온 주입 장치의 경우, 동일한 조건으로 열처리가 수행되는 경우에도, 전체 붕소의 농도의 저하는 실질적으로 관측되지 않았으며, 활성 붕소의 농도 저하도 실질적으로 관측되지 않았다.
이것은 이온 주입시의 샘플 표면 상태가 영향을 미치기 때문인 것으로 생각된다. 즉, 종래의 이온 주입 장치에서는 샘플 표면에 자연 산화막이 형성된 상태에서 이온이 주입되기 때문에 이온 주입시에 이온이 자연 산화막의 산소와 충돌하게 되고 열처리시에 산소의 분리 과정에서 유도 결함이 발생하며, 붕소의 활성이 유도 결함에 의해 방해되고 붕소가 산소와 함께 외부로 확산되는 것으로 생각된다.
또한, 자연 산화막의 두께는 샘플 표면의 영역에 따라 변한다. 이것은 이온을 샘플에 균일하게 주입하는 것을 어렵게 하는 하나의 요인으로 생각된다. 자연 산화막의 두께 변화는 예컨대 0.3 nm ± 0.1 nm이다.
본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않는다. 예컨대, 상기 실시예에서 붕소의 이온 주입이 설명되었지만, 본 발명은 인 등과 같은 다른 불순물의 이온 주입에도 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 이용의 일례로서, 도 5에 도시된 바와 같이 크게 축소된 MOS 트랜지스터의 연장부를 가진 소스/드레인 확산층(41)을 형성하기 위한 이온 주입이 주어진다. 구체적으로, 본 발명은 30 nm 이하의 깊이 및 낮은 불순물 농도를 갖는 소스/드레인 확산층(41)에 효과적이다. 이 경우, 소스/드레인 확산층(41)의 접촉 저항의 변화를 효과적으로 억제할 수 있게 된다. 도 5에서, 도면 부호 40은 Si 기판을, 42는 게이트 전극을, 43은 게이트 전극을, 44는 게이트 측벽 절연막(질화막)을 나타낸다. 게이트 전극(43)의 구조는 폴리사이드 게이트 구조 또는 금속 게이트 구조로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 소스/드레인 확산층이 붕소의 이온 주입에 의해 형성되는 경우, 가속 전압을 200 내지 500 eV로, 붕소 이온의 도즈량을 최대 2×1013cm-2으로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 확산층이 비소의 이온 주입에 의해 형성되는 경우, 가속 전압을 3 keV 이하로, 비소 이온의 도즈량을 최대 2×1013cm-2으로 설정하는 것이 바람직하다.
본 발명은 MOS 트랜지스터의 임계 전압을 조정하기 위한 이온 주입에도 이용할 수 있다. 이 경우, 임계 전압(Vth)의 변화가 효과적으로 억제될 수 있다.
또한, 본 발명의 이온 주입 장치는 제2 실시예에서 설명된 구조에 한정되지 않으며, 산화막의 제거시부터 이온 주입 공정의 종료시까지의 기간에 다시 산화막이 형성되지 않는다면 어떠한 구성도 사용할 수 있다.
샘플로서 통상의 Si 기판(Si 웨이퍼), SOI 기판(SOI 웨이퍼), 또는 SiGe 등으로 제조된 다른 반도체 기판(반도체 웨이퍼)이 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은 기술적 영역을 벗어나지 않고 다양하게 변형될 수 있다.
본 발명에 따르면, 이온 주입 공정에서 이온 주입량의 변화를 억제할 수 있는 효과가 있다.

Claims (20)

  1. 여러 종류의 이온을 발생시키기 위한 콘테이너, 상기 콘테이너로부터 여러 종류의 이온을 추출하기 위한 제1 전극, 여러 종류의 이온으로부터 적어도 하나의 원하는 이온을 선택하기 위한 선택기부, 및 원하는 이온을 가속시키기 위한 제2 전극을 포함하는 이온 주입 장치를 사용하여 이온을 주입하는 방법에 있어서,
    상기 제2 전극의 인가 전압을 상기 제1 전극의 인가 전압보다 높게 설정하는 단계를 포함하는 이온 주입 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단계는 상기 제1 전극에 의해 얻어지는 상기 원하는 이온의 최대 가속 에너지가 상기 원하는 이온이 샘플 안으로 주입되기를 원하는 가속 에너지의 절반보다 큰 경우에 상기 제2 전극의 인가 전압을 상기 제1 전극의 인가 전압보다 높게 설정하는 단계인 이온 주입 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2 전극에 의해 가속되는 이온으로 구성된 이온 빔의 최대 전류 밀도가 Dmax이고, 상기 이온 빔의 전류량이 I이고, 상기 이온 빔의 폭이 W이고, I/W2로 표현되는 평균 전류 밀도가 ρ일 때 ρ≥Dmax/2의 관계를 설정하는 단계를 더 포함하는 이온 주입 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 샘플과, 상기 샘플에 가장 가까운 위치에 설정된 상기 원하는 이온 빔을 수렴시키는 기능을 가진 수렴부 중 하나 사이의 간격이 L로 설정되고, 상기 샘플로부터 L/10 만큼 떨어진 위치에 있는 빔의 폭이 Wp로 설정되고, 상기 샘플로부터 L/2 만큼 떨어진 위치에 있는 빔의 폭이 Wh로 설정될 때 Wh/Wp의 값이 실질적으로 1로 설정되도록 상기 제1 및 제2 전극에 인가되는 전압을 설정하는 단계를 더 포함하는 이온 주입 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 원하는 이온을 반도체 기판 안으로 주입하여 확산층을 형성하는 단계를 더 포함하는 이온 주입 방법.
  6. 제2항에 있어서, 상기 원하는 이온을 반도체 기판에 주입하여 30 nm 이하의 깊이의 확산층을 형성하는 단계를 더 포함하는 이온 주입 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 확산층은 MOS 트랜지스터의 소스/드레인층인 이온 주입 방법.
  8. 제2항에 있어서, 상기 원하는 이온은 붕소 이온이고, 상기 원하는 가속 에너지는 500 eV 이하이며, 상기 붕소 이온의 도즈량(dose amount)은 2×1013cm-2이하인 이온 주입 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 원하는 가속 에너지는 200 eV 이상인 이온 주입 방법.
  10. 제2항에 있어서, 상기 원하는 이온은 비소 이온이고, 상기 원하는 가속 에너지는 3 keV 이하이며, 상기 비소 이온의 도즈량은 2×1013cm-2이하인 이온 주입 방법.
  11. 원하는 이온을 샘플에 주입하기 위한 이온 주입 장치 본체, 및 상기 이온 주입 장치 본체에 연결되어 상기 샘플의 표면에 형성된 산화막을 제거하기 위한 산화막 제거 장치를 구비한 이온 주입 장치를 사용하여 이온을 주입하는 방법에 있어서,
    상기 산화막 제거 장치를 사용하여 상기 샘플의 표면에 형성된 산화막을 제거하는 단계; 및
    상기 이온 주입 장치 본체를 사용하여 원하는 이온을 상기 샘플에 주입하는 단계
    를 포함하는 이온 주입 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 산화막의 제거시부터 상기 원하는 이온의 주입 종료시까지의 공정이 저압하에서 실시되는 이온 주입 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 이온 주입 장치 본체는 여러 종류의 이온을 발생시키기 위한 콘테이너, 상기 콘테이너로부터 여러 종류의 이온을 추출하기 위한 제1 전극, 여러 종류의 이온으로부터 적어도 하나의 원하는 이온을 선택하기 위한 선택기부, 원하는 이온을 가속시키기 위한 제2 전극, 및 상기 산화막 제거 장치에 연결되어 가속 이온이 주입되는 샘플을 장착시키기 위한 샘플 챔버를 포함하는 이온 주입 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1 전극에 의해 얻어지는 상기 원하는 이온의 최대 가속 에너지가 상기 원하는 이온이 샘플 안으로 주입되기를 원하는 가속 에너지의 절반보다 큰 경우에 상기 제2 전극의 인가 전압을 상기 제1 전극의 인가 전압보다 높게 설정하는 단계를 더 포함하는 이온 주입 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 산화막의 제거시부터 상기 원하는 이온의 주입 종료시까지의 공정이 저압하에서 실시되는 이온 주입 방법.
  16. 원하는 이온을 샘플에 주입하기 위한 이온 주입 장치 본체; 및
    상기 이온 주입 장치 본체에 연결되어 상기 샘플의 표면에 형성된 산화막을 제거하기 위한 산화막 제거 장치
    를 포함하는 이온 주입 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 이온 주입 장치 본체는 여러 종류의 이온을 발생시키기 위한 콘테이너, 상기 콘테이너로부터 여러 종류의 이온을 추출하기 위한 제1 전극, 여러 종류의 이온으로부터 적어도 하나의 원하는 이온을 선택하기 위한 선택기부, 원하는 이온을 가속시키기 위한 제2 전극, 상기 산화막 제거 장치에 연결되어 가속 이온이 주입되는 샘플을 장착시키기 위한 샘플 챔버, 및 상기 샘플의 표면에 형성된 산화막을 제거하기 위한 산화막 제거 장치를 포함하는 이온 주입 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제1 전극은 상기 콘테이너로부터 여러 종류의 이온을 추출하고, 상기 여러 종류의 이온을 가속시키는 이온 주입 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 산화막 제거 장치는 상기 가속 이온을 상기 샘플에 주입하기 전에 상기 샘플의 표면에 형성된 산화막을 제거하기 위한 세정 챔버, 상기 세정 챔버에서 세정된 챔버를 건조시키기 위한 건조 챔버, 상기 샘플을 상기 샘플 챔버, 세정 챔버 및 건조 챔버로 이송하기 위한 이송부, 및 상기 샘플 챔버, 세정 챔버 및 건조 챔버 내의 압력을 제어하기 위한 압력 제어부를 포함하는 이온 주입 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 세정 챔버는 습식 에칭에 의해 상기 샘플 표면에 형성된 산화막을 제거하는 이온 주입 장치.
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