KR20010002491A - Method for a wafer moving in semiconductor fabricating equipment - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조설비에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이온주입 장비에서의 웨이퍼 구동방법에 관한 것이다.The present invention relates to a manufacturing apparatus for a semiconductor device, and more particularly to a wafer driving method in an ion implantation equipment.
반도체 제조장비 중 도펀트(dopant)나 불순물을 도핑(doping)하거나 얇은 막을 증착하는 모든 설비는 공정 처리중에 웨이퍼(wafer)를 일정 위치에 고정한 상태에서 공정을 처리하거나 웨이퍼 내에 균일한 공정 특성을 얻기 위해 웨이퍼를 일정한 각도로 오리엔트(orient)시키거나, 기울이거나(tilt), 또는 회전(rotation)시키거나 수직/수평 방향으로 웨이퍼를 스캔닝(scanning) 하기도 한다.All of the semiconductor manufacturing equipment doping or doping dopants or impurities or depositing thin films are required to process the process with the wafer held in place during processing or to obtain uniform process characteristics within the wafer. The wafer may be oriented, tilted, rotated, or scanned in the vertical / horizontal direction at a constant angle.
그러나 웨이퍼 대구경화나 집적도 증가시 이러한 웨이퍼의 작동만으로는 웨이퍼 내에서 균일한 공정 특성을 얻는데 한계가 있다. 예를 들어, 이온주입 설비에서 이러한 특성을 개선키 위해 웨이퍼를 회전한다거나, 수회로 나누어 일정한 각도만큼 웨이퍼를 오리엔트시켜 공정을 진행하기도 한다. 이러한 웨이퍼 작동 방법은 그 한계가 있어서 웨이퍼 내에서의 깊이방향으로 주입되는 도펀트(dopant)의 균일성을 확보하는 데에는 아직 개선의 여지가 있는 실정이다. 이러한 문제는 반도체 소자에 형성된 깊은 콘택홀(deep contact hole) 내에 얇은 막을 증착하는 설비에서도 콘택홀의 형체(topology)를 따라서 균일하게 박막이 증착되지 않아 여러 가지 공정 불량을 유발하기도 한다.However, when the wafer is large in size or the degree of integration is increased, the operation of such a wafer alone is limited in obtaining uniform process characteristics in the wafer. For example, in an ion implantation facility, the wafer may be rotated to improve these characteristics, or the process may be performed by orienting the wafer by a predetermined angle in several times. The method of operating such a wafer has a limitation, and there is still room for improvement in securing uniformity of dopants injected in the depth direction in the wafer. Such a problem is that even in a facility for depositing a thin film in a deep contact hole formed in a semiconductor device, a thin film is not uniformly deposited along the topology of the contact hole, thereby causing various process defects.
도 1은 일반적인 이온주입 설비의 웨이퍼 홀더에 웨이퍼가 로딩된 상태를 도시한 측면도이다.1 is a side view illustrating a state in which a wafer is loaded in a wafer holder of a general ion implantation facility.
도 1을 참조하면, 웨이퍼 홀더 테이블(57) 위에 위치한 웨이퍼 홀더(51)에는 다수의 웨이퍼(53)가 로딩(loading)되어 고정되어 있고, 웨이퍼 홀더(51)와 수직 방향에서 이온빔(ion beam)이 조사되어 웨이퍼(53)를 가공하는 것을 나타낸다.Referring to FIG. 1, a plurality of wafers 53 are loaded and fixed to a wafer holder 51 positioned on a wafer holder table 57, and an ion beam is perpendicular to the wafer holder 51. This irradiation shows that the wafer 53 is processed.
도 2는 종래 기술에 의한 웨이퍼 구동방법이다.2 is a wafer driving method according to the prior art.
도 2를 참조하면, 웨이퍼 홀더(51)는 이온빔에 의해 주입되는 도펀트(dopant)가 웨이퍼 내부로 균일하게 주입되도록 우측방향(C)으로 일정속도로 회전(rotation)하면서 이온주입 공정이 진행된다.Referring to FIG. 2, the ion implantation process is performed while the wafer holder 51 is rotated at a constant speed in the right direction C so that a dopant injected by the ion beam is uniformly injected into the wafer.
도 3은 종래 기술에 의해 웨이퍼 홀더(holder)를 기울여 고정시키는 웨이퍼 구동방법이다.3 is a wafer driving method of tilting and fixing a wafer holder according to the related art.
도 3을 참조하면, 웨이퍼 홀더(51)에 고정된 웨이퍼(53)를 가공할 때, 웨이퍼에 대한 이온주입 효율을 높이기 위해 웨이퍼 홀더(51)를 일정 각도(θ)로 기울여서 가공하는 방법이다.Referring to FIG. 3, when the wafer 53 fixed to the wafer holder 51 is processed, the wafer holder 51 is tilted at a predetermined angle θ to increase the ion implantation efficiency of the wafer.
도 4는 종래 기술에 의해 반도체 제조 설비에서 웨이퍼를 구동하였을 때의 웨이퍼 내부의 불순물 분포를 나타낸 프로파일(profile)이다.FIG. 4 is a profile showing impurity distribution in a wafer when the wafer is driven in a semiconductor manufacturing facility by the prior art. FIG.
도 4를 참조하면, 웨이퍼(53), 즉 반도체 기판 표면에 2차에 걸쳐서 이온주입이 된 것을 도시한 불순물 프로파일이다. 이때, 이온주입 에너지 및 투사범위(Rp: Projection Range) 등과 같은 공정조건은 서로 다르다. 도면에서 참조부호 61은 이온주입이 되지 않은 웨이퍼 영역을 가리키고, 63은 이온주입이 된 웨이퍼 영역을 각각 가리킨다.Referring to FIG. 4, an impurity profile showing ion implantation on the surface of the wafer 53, that is, the semiconductor substrate over a second time. At this time, process conditions such as ion implantation energy and projection range (Rp) are different. In the drawing, reference numeral 61 denotes a wafer region in which ion implantation is not performed, and 63 designates a wafer region in which ion implantation is performed.
이때 이온빔에 의해 주입되는 불순물 이온의 농도는 투사범위(1'st Rp 또는 2'nd Rp)를 중심으로 정규분포(gaussian distribution)를 띄기 때문에 그 측면을 절단하여 보면 "3"자와 같이 일직선으로 분포하지 못하고 균일성이 떨어지게 된다.At this time, the concentration of impurity ions implanted by the ion beam has a Gaussian distribution around the projection range (1'st Rp or 2'nd Rp). It is not distributed and uniformity is inferior.
즉, 종래 기술과 같이 반도체 소자의 제조설비에서 웨이퍼를 기울이거나 회전하거나, 고정시키는 방식에서는 웨이퍼에 주입되는 불순물 이온의 농도가 정규분포를 갖기 때문에 이러한 접합면에서 균일한 특성을 얻지 못하는 문제점이 있다. 이러한 문제점은 트랜지스터와 같은 반도체 소자에서 농도의 구배에 따라 소자간 절연 특성을 떨어지는 효과로 나타난다.That is, in the method of tilting, rotating, or fixing a wafer in a semiconductor device manufacturing facility as in the prior art, since the concentration of impurity ions injected into the wafer has a normal distribution, there is a problem in that it is impossible to obtain uniform characteristics at such a bonding surface. . This problem appears as an effect of lowering the insulating properties between devices according to the concentration gradient in a semiconductor device such as a transistor.
따라서, 이러한 문제를 개선하기 위해 후속되는 열처리 공정에서 불순물을 재분포시키기 위해서 높은 온도 또는 긴 시간의 후처리 공정을 수행해야 하는 문제가 생기고, 박막을 증착하는 설비에서 웨이퍼를 고정시킨 채 박막의 증착을 수행하기 때문에 균일한 막질을 얻지 못하고 증착되는 박막에 단차가 생기게 된다.Therefore, in order to improve such a problem, there is a problem that a high temperature or a long post-treatment process must be performed to redistribute impurities in a subsequent heat treatment process, and the thin film is deposited while the wafer is fixed in a film deposition facility. Since the film does not obtain a uniform film quality, a step is caused in the deposited thin film.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 반도체 소자의 제조설비에서 웨이퍼의 구동방법을 개선함으로써 웨이퍼를 처리하는 수단인 불순물, 분자, 플라즈마에 대해 정규분포를 갖지 않고 일직선형의 균일한 분포를 갖는 반도체 제조장비의 웨이퍼 구동방법을 제공하는데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to improve the method of driving a wafer in a semiconductor device manufacturing facility, and has a uniform distribution in a straight line without having a normal distribution of impurities, molecules, and plasma, which are means for processing a wafer. To provide a method of driving a wafer.
도 1은 일반적인 이온주입설비의 웨이퍼 홀더에 웨이퍼가 로딩된 상태를 도시한 측면도이다.1 is a side view illustrating a state in which a wafer is loaded in a wafer holder of a general ion implantation apparatus.
도 2는 종래 기술에 의한 이온주입 설비에서의 웨이퍼 구동방법이다.2 is a wafer driving method in a conventional ion implantation facility.
도 3은 종래 기술에 의해 웨이퍼 홀더(holder)를 기울여 고정시키는 웨이퍼 구동방법이다.3 is a wafer driving method of tilting and fixing a wafer holder according to the related art.
도 4는 종래 기술에 의해 웨이퍼를 구동하였을 때의 웨이퍼 내부의 불술물 분포를 나타낸 프로파일(profile)이다.4 is a profile showing the distribution of impurities in the wafer when the wafer is driven according to the prior art.
도 5는 본 발명에 의해 반도체 소자의 제조설비에서 웨이퍼를 전후 방향으로 움직일 때의 측면도이다.5 is a side view when the wafer is moved in the front-rear direction in the manufacturing apparatus of the semiconductor element according to the present invention.
도 6은 본 발명에 의해 웨이퍼를 전후좌우 방향을 혼합하여 움직일 때의 평면도이다.6 is a plan view when the wafer is moved by mixing the front, rear, left and right directions according to the present invention.
도 7은 본 발명에 의해 웨이퍼를 구동하였을 때의 웨이퍼 내부의 불술물 분포를 나타낸 프로파일(profile)이다.7 is a profile showing the distribution of impurities within the wafer when the wafer is driven by the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100: 웨이퍼 홀더, 102: 웨이퍼,100: wafer holder, 102: wafer,
104: 이온주입 방향, 106: 웨이퍼 구동방향,104: ion implantation direction, 106: wafer driving direction,
108: 웨이퍼의 이온주입 영역, 110: 이온주입이 안된 영역,108: ion implantation region of the wafer, 110: ion implantation region,
112: 이온주입 부분의 경계면.112: interface of the ion implantation portion.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 반도체 제조장비에서 웨이퍼를 가공할 수 웨이퍼 홀더(holder)로 웨이퍼를 로딩(loading)하는 단계와, 상기 웨이퍼 홀더를 임의 방향, 일정각도로 움직이는 단계와, 상기 웨이퍼 홀더에 위치한 웨이퍼를 가공하는 단계를 구비하는 것을 반도체 제조장비의 웨이퍼 구동방법을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention, the step of loading a wafer (wafer holder) to the wafer holder (machinable) for processing the wafer in the semiconductor manufacturing equipment, the step of moving the wafer holder in any direction, a certain angle, It provides a wafer driving method of the semiconductor manufacturing equipment comprising the step of processing the wafer located in the wafer holder.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 임의 방향은 전후, 좌우 또는 이를 혼합하는 방향인 것이 적합하고, 상기 일정각도는 전후 방향에서 -60도∼60도까지인 것이 적합하다.According to a preferred embodiment of the present invention, the arbitrary direction is suitable for the front and rear, left and right or the direction of mixing them, and the predetermined angle is suitable for -60 degrees to 60 degrees in the front and rear direction.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 웨이퍼 홀더는 -60도 또는 60도에서 연속적으로 움직이는 속도가 0도에서 연속적으로 움직이는 속도보다 더 느린 것이 적합하다.Further, according to a preferred embodiment of the present invention, it is suitable that the wafer holder has a slower moving speed at -60 degrees or 60 degrees than a continuously moving speed at 0 degrees.
본 발명에 따르면, 웨이퍼를 처리하는 이온주입 설비에서 웨이퍼에 이온주입된 불순물의 프로파일을 정규분포로 만들기 않고 일직선형의 균일한 분포로 만듦으로써 후속되는 열처리 공정의 온도 및 처리시간을 줄여서 반도체 소자의 특성 및 신뢰성을 개선할 수 있다. 또한 제한된 동일시간 및 온도에서 열처리를 수행하더라도 이온주입영역과 이온주입이 되지 않은 접합면에서 좀더 균일한 경계면의 특성을 구현할 수 있다.According to the present invention, in the ion implantation apparatus for processing a wafer, the profile of impurities implanted in the wafer is made into a uniform linear distribution without making a normal distribution, thereby reducing the temperature and processing time of the subsequent heat treatment process to reduce the temperature of the semiconductor device. Characteristics and reliability can be improved. In addition, even if heat treatment is performed at the same time and temperature for a limited time, more uniform interface characteristics can be realized at the junction between the ion implantation region and the ion implantation.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
당 명세서에서 말하는 반도체 소자 제조설비는 가장 넓은 의미로 사용하고 있으며 이온주입 설비와 같은 특정 반도체 소자 제조설비만을 한정하는 것이 아니다. 본 발명은 그 정신 및 필수의 특징을 이탈하지 않고 다른 방식으로 실시할 수 있다. 예를 들면, 상기 바람직한 실시예에 있어서는 이온주입 설비를 중심으로 설명하였지만, 이는 웨이퍼를 고정시킨 채, 분자나 플라즈마와 같은 웨이퍼 가공수단으로 웨이퍼를 처리하는 다른 반도체 소자의 제조설비에 적용해도 무방하다. 또한, 본 발명에서 말하는 웨이퍼 홀더(wafer holder)는 챔버(chamber)에서 웨이퍼를 탑재하는 서셉터(seceptor) 등으로 치환할 수도 있는 것이다. 따라서, 아래의 바람직한 실시예에서 기재한 내용은 예시적인 것이며 한정하는 의미가 아니다.The semiconductor device manufacturing equipment used in this specification is used in the broadest sense and is not limited to the specific semiconductor device manufacturing equipment such as ion implantation equipment. The invention can be practiced in other ways without departing from its spirit and essential features. For example, in the above preferred embodiment, the description has been made mainly on the ion implantation facility, but this may be applied to the manufacturing facilities of other semiconductor devices that process the wafer with wafer processing means such as molecules or plasma while the wafer is fixed. . In addition, the wafer holder referred to in the present invention may be replaced with a susceptor for mounting a wafer in a chamber. Therefore, the content described in the following preferred embodiments is exemplary and not intended to be limiting.
도 5는 본 발명에 의해 반도체 소자의 제조설비에서 웨이퍼를 전후로 움직일 때의 측면도이다.5 is a side view when the wafer is moved back and forth in the manufacturing apparatus of the semiconductor device according to the present invention.
도 5를 참조하면, 기존의 웨이퍼 홀더가 일정각도로 고정되거나 회전하는 방식과는 달리 웨이퍼(102)가 로딩된 웨이퍼 홀더(wafer holder, 102)가 전후로 일정각도인 -60도에서 60도까지 움직이면서 반도체 소자를 가공하게 된다. 이때, 반도체 소자를 가공하는 수단이 이온빔(ion beam, 104)인 경우에는, 이온주입되는 불순물의 농도는, 실제 불순물 이온주입 농도= (이온주입되는 도즈량) * cosθ가 되고, 이온주입 에너지 역시 (이온주입 에너지) * cosθ가 된다. 이때, 웨이퍼 홀더(100)가 일정한 속도로 전후로 움직이지 않고 각도(θ)에 따라 움직이는 속도를 달리할 경우, 종래 기술에서 설명된 이온주입 영역과 이온주입이 되지 않는 경계의 접합면에서 나타나는 정규분포를 깨뜨리고 이를 일직선의 분포로 만들 수 있다.Referring to FIG. 5, unlike a method in which a conventional wafer holder is fixed or rotated at a predetermined angle, the wafer holder loaded with the wafer 102 moves from -60 degrees to 60 degrees at a predetermined angle back and forth. The semiconductor device is processed. At this time, when the means for processing the semiconductor element is an ion beam 104, the concentration of the impurity implanted is ion impurity ion implantation concentration = (the amount of ion implantation) * cosθ, and the ion implantation energy is also (Ion implantation energy) * cos θ becomes. At this time, when the wafer holder 100 does not move back and forth at a constant speed but varies according to the angle θ, the normal distribution appears at the junction between the ion implantation region described above and the boundary where the ion implantation is not performed. Can be broken down into a straight line distribution.
가령, 움직이는 각도가 60도가 되는 지점에서 100KeV의 에너지로 이온주입을 하였다면 실제로 웨이퍼에 이온주입되는 에너지는 100KeV * cos60。가 되어 50KeV가 되기 때문에 전후로 움직이는 최대각도인 60도 근방에서 웨이퍼 홀더(100)의 움직임을 느리게 하고, 수직에 가까운 0도 근방에서 빠르게 하면 접합 경계면에서의 정규분포를 무너뜨리고 일직선에 가까운 분포를 형성할 수 있다.For example, if ion implantation is performed at 100KeV energy at a moving angle of 60 degrees, the energy implanted into the wafer becomes 100KeV * cos60。 and becomes 50KeV. Slowing the motion and increasing it near zero degrees near normal can break the normal distribution at the junction boundary and form a near-normal distribution.
도 6은 본 발명에 의해 웨이퍼를 전후좌우 방향으로 혼합하여 움직일 때의 평면도이다.Fig. 6 is a plan view when the wafer is mixed and moved in the front, rear, left and right directions according to the present invention.
도 6을 참조하면, 웨이퍼 홀더(100)를 전후로 움직이면서 시계방향으로 웨이퍼 홀더(100)를 회전할 경우이다. 여기서 참조부호 A가 수직면에 대해 60도인 경우엔, 참조부호 B는 -60도가 되고, 그 중간 지점이 수직면에 0도가 되는 지점이 된다. 따라서, 이러한 A지점과 B지점이 시간이 흐름에 따라서 우측으로 회전하는 경우이다. 그러므로 웨이퍼 홀더(100)로 로딩되어 고정된 웨이퍼(102) 내부에 이온빔을 조사할 경우엔 조사된 경계면에서 정규분포가 아닌 일직선의 불순물 농도 프로파일(profile)을 얻는 것이 가능하다.Referring to FIG. 6, the wafer holder 100 is rotated clockwise while the wafer holder 100 is moved back and forth. Here, when the reference sign A is 60 degrees with respect to the vertical plane, the reference sign B is -60 degrees, and the intermediate point is a point at which 0 degrees is on the vertical plane. Therefore, this point A and B is a case that rotates to the right over time. Therefore, when irradiating an ion beam inside the wafer 102 loaded and fixed to the wafer holder 100, it is possible to obtain a straight impurity concentration profile rather than a normal distribution at the irradiated interface.
도 7은 본 발명에 의해 반도체 소자의 제조설비에서 웨이퍼를 구동하였을 때의 웨이퍼 내부의 불순물 분포를 나타낸 프로파일(profile)이다.FIG. 7 is a profile showing impurity distribution in the wafer when the wafer is driven in the manufacturing apparatus of the semiconductor device according to the present invention.
도 7을 참조하면, 종래 기술의 도 4와 서로 대비되는 웨이퍼 내부의 불순물 농도 프로파일로서 웨이퍼(102)에서 이온주입 수행된 영역(108)과 되지 않은 영역(110)의 경계면(112)에서 정규분포를 갖지 않고 일직선에 가까운 불순물 농도 프로파일을 갖게 됨을 알 수 있다. 이것은 제조설비에서 웨이퍼를 기울이거나, 회전만 시키지 않고, 전후 방향으로 속도를 달리하면서 움직임으로 달성됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 7, a normal distribution at an interface 112 between an ion implanted region 108 and a non-ion implanted region 110 in the wafer 102 as an impurity concentration profile in the wafer as compared to FIG. 4 of the related art. It can be seen that it has an impurity concentration profile close to a straight line without having. It can be seen that this is achieved by the movement of the wafer in the manufacturing equipment, at different speeds, without tilting or rotating the wafer.
상술한 웨이퍼 구동 방법을 DRAM을 제조하는 이온주입 설비에 적용할 경우, 이온주입을 진행한 후에 850℃의 온도조건으로 수십∼수백분간 퍼니스(furnace)에서 열처리(annealing)를 수행하는 대신에 약 1000℃의 온도조건으로 수십초간 열처리(Rapid Thermal Process)를 하는 것으로 대체가 가능하여 반도체 소자가 높은 온도조건에서 오랫동안 방치되어 특성이 열화되는 문제점을 개선할 수 있다. 또한, 상술한 웨이퍼 구동방법을 이용한 이온주입 방법을 MOS 트랜지스터 제조공정중, 폴리실리콘으로 된 게이트 패턴을 형성후, 채널영역에 대한 이온주입 공정에 적용하면, 초기 공정의 웰(well)을 형성하고 진행하는 문턱전압 조절용 이온주입보다 불순물 분포면에 있어 더 우수한 효과를 얻을 수 있다.When the above-described wafer driving method is applied to an ion implantation facility for manufacturing DRAM, about 1000 instead of performing annealing in a furnace for several tens to several hundred minutes at a temperature of 850 ° C. after ion implantation is performed. It can be replaced by a heat treatment (Rapid Thermal Process) for several tens of seconds under the temperature condition of the temperature can improve the problem that the semiconductor device is left for a long time under high temperature conditions deterioration characteristics. In addition, if the above-described ion implantation method using the wafer driving method is applied to the ion implantation process for the channel region after forming the gate pattern made of polysilicon during the MOS transistor manufacturing process, wells of the initial process are formed. Better effect can be obtained in terms of impurity distribution than ion implantation for adjusting threshold voltage.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속한 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함이 명백하다.The present invention is not limited to the above embodiments, and it is apparent that many modifications can be made by those skilled in the art within the technical spirit to which the present invention belongs.
따라서, 상술한 본 발명에 따르면, 웨이퍼를 처리하는 이온주입 설비에서 이온주입된 불순물의 프로파일을 정규분포로 만들기 않고 일직선형의 균일한 분포로 만듦으로써, 첫째, 후속되는 열처리 공정의 온도 및 처리시간을 줄여서 반도체 소자의 특성 및 신뢰성을 개선할 수 있고, 이온주입되는 접합 경계면의 균일한 불순물 프로파일로 인해 반도체 소자의 전기적인 특성을 개선할 수 있다.Therefore, according to the present invention described above, by making the profile of the ion implanted impurities in the ion implantation equipment for processing the wafer into a uniform linear distribution without making a normal distribution, first, the temperature and processing time of the subsequent heat treatment process In addition, the characteristics and reliability of the semiconductor device may be improved, and the electrical characteristics of the semiconductor device may be improved due to the uniform impurity profile of the junction interface into which the ion is implanted.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100458521B1 (en) * | 2000-10-13 | 2004-12-03 | 재단법인 포항산업과학연구원 | The fabrication apparatus and method of reverse angle structure |
-
1999
- 1999-06-15 KR KR1019990022311A patent/KR20010002491A/en not_active Application Discontinuation
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |