KR20010035944A

KR20010035944A - A method of ion implanting

Info

Publication number: KR20010035944A
Application number: KR1019990042749A
Authority: KR
Inventors: 장창호
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1999-10-05
Filing date: 1999-10-05
Publication date: 2001-05-07

Abstract

PURPOSE: A method for implanting ions is provided to improve the productivity and the number of manufacturing process by using the same ion implant mask three or more times. CONSTITUTION: A filed isolation oxide layer is formed on a semiconductor substrate. A photoresist ion implant mask is formed on the filed isolation oxide layer. P type ions are implanted into the deepest portion and a p type well is formed thereby. An n type field of a low density is formed in an intermediate depth portion. A shallow well of n type on a surface is formed on a wafer in order to control a threshold voltage. At this time, an acceleration voltage is controlled under a low voltage.

Description

A method of ion implanting

본 발명은 이온 주입 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 반도체장치 제조에 있어서 반도체 기판에 여러 가지 불순물 층을 형성하기 위해 각각 다른 깊이로 불순물 웰(well)을 형성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an ion implantation method, and more particularly, to a method of forming impurity wells at different depths in order to form various impurity layers on a semiconductor substrate in semiconductor device fabrication.

반도체장치는 반도체 기판 위에 도체, 반도체, 부도체의 여러 가지 물질로 막을 형성하고 각각의 막을 가공하여 전자 전기 소자를 형성하고 이들을 배선으로 연결시켜 이루어지는 매우 정밀하고 복잡한 장치이며 미세한 크기의 소자와 배선들로 이루어지게 된다.A semiconductor device is a very precise and complicated device formed by forming a film of various materials of a conductor, a semiconductor, and a non-conductor on a semiconductor substrate, processing each film to form an electronic and electrical device, and connecting them with wires. Will be done.

MOS(Metal On Silicon)형 반도체장치나 바이폴라 타입의 반도체장치에 있어서도 반도체장치는 기본적으로 반도체의 특성, 특히 다른 타입의 불순물이 포함된 반도체구역간의 접합을 이용하게 된다. 따라서 형성 과정에서 반도체 기판에 불순물을 포함하는 구역 혹은 층을 형성하기 위한 작업을 하게 된다. 경우에 따라서는 반도체 기판인 웨이퍼 자체를 특정 불순물을 일정 농도 첨가한 상태로 형성하기도 하고, 표면에 확산을 통해서 혹은 근래에 많이 개발된 이온 주입을 통해서 불순물 영역을 만들기도 한다.Even in a MOS (Metal On Silicon) type semiconductor device or a bipolar type semiconductor device, the semiconductor device basically utilizes the characteristics of the semiconductor, in particular, the junction between semiconductor regions containing other types of impurities. Therefore, during the formation process, a work for forming a region or a layer containing impurities in the semiconductor substrate is performed. In some cases, the wafer itself, which is a semiconductor substrate, may be formed in a state where a certain impurity is added, or an impurity region may be formed by diffusion on a surface or by ion implantation that has been developed in recent years.

특히 이온 주입을 통한 불순물 영역의 형성은 이온 주입시의 가속 에너지와 이온빔에 의한 전류의 양을 조절함으로써 순서에 관계없이 정확한 농도로 정확한 영역에 해당 타입의 불순물 웰을 조성할 수 있으므로 많이 사용되고 있다. 이러한 이온 주입에 사용되는 장비로 각 종 이온 주입 장비가 있다. 이들 장비는 사용하는 불순물의 종류에 따라, 그리고 사용되는 가속용 에너지 즉, 이온 주입 에너지 범위에 따라, 혹은 이온빔의 양에 따라 나누어지기도 하는데 각각의 특성에 맞게 공간 구성이 되어 있다.In particular, the formation of the impurity region through ion implantation is widely used because the impurity well of the type can be formed in the correct region at the correct concentration regardless of the order by controlling the acceleration energy during ion implantation and the amount of current by the ion beam. Equipment used for such ion implantation includes various ion implantation equipment. These devices are divided according to the type of impurities used, the acceleration energy used, that is, the ion implantation energy range, or the amount of ion beams.

따라서 종래에는 웨이퍼에서 불순물 웰을 형성하는 과정에서 불순물의 종류와 웰의 형성 깊이 및 틸트 각(tilt angle)에 따라 최적화된 이온 주입장비로 바꾸어 가면서 이온 주입을 실시하게 된다. 도1은 종래의 이온 주입시의 공정 단계의 일 예를 흐름도로 구성한 것이다. 우선 기판에 깊은 p형 웰을 형성하기 위해 고전압 이온 주입 장비에 웨이퍼를 적재하고, 웨이퍼를 고진공 상태에 놓이게 하며, 이온 주입 공정을 진행한다. 다음에는 대기압 상태의 위치로 웨이퍼를 복귀시키고 이온 주입에 따른 결정의 손상도를 측정한다. 그리고, 중간 깊이의 n형 웰을 형성시키기 위하여 중전류 이온 주입 장비로 웨이퍼를 이동한다. 여기서 다시 웨이퍼를 적재한 다음 고진공 상태에 놓이도록 조작한다. 이온 주입을 실시하고 반출하는 것은 고전압 이온 주입에서와 같은 흐름이며, 문턱전압 조절을 위한 얕은 층 이온 주입도 같은 단계가 반복하여 적용된다. 따라서 매우 복잡한 중간 단계들을 거쳐야 하는 어려움이 있다. 즉, 이온 주입장비에서는 고도의 진공 분위기에서 이온빔이 형성 가속되어 웨이퍼에 주입되므로 그 경로와 웨이퍼를 놓는 공간이 진공을 유지해야 하고 대기 환경의 반입 웨이퍼가 공정시로 투입되기 위해서는 기압 변환을 위한 중간 단계를 거쳐야 한다.Accordingly, in the process of forming an impurity well from a wafer, ion implantation is performed while changing to an ion implantation device optimized according to the type of impurity, the depth of formation of the well and the tilt angle. 1 is a flowchart illustrating an example of a process step in the conventional ion implantation. First, in order to form a deep p-type well on a substrate, a wafer is loaded in a high voltage ion implantation apparatus, the wafer is placed in a high vacuum state, and an ion implantation process is performed. Next, the wafer is returned to the position at atmospheric pressure and the degree of damage of the crystal due to ion implantation is measured. Then, the wafer is moved to the medium current ion implantation apparatus to form an n-type well of medium depth. Here, the wafer is loaded again and manipulated so as to be in a high vacuum state. Performing and exporting the ion implantation is the same flow as in the high voltage ion implantation, and the same steps are repeatedly applied to the shallow layer ion implantation for threshold voltage regulation. Therefore, there is a difficulty to go through very complicated intermediate steps. That is, in the ion implantation equipment, the ion beam is accelerated to be formed and injected into the wafer in a high vacuum atmosphere. Therefore, the path and the space for placing the wafer must be maintained in a vacuum. You have to go through the steps.

그러므로, 동일한 이온 주입 마스크를 사용하여 동일한 영역에 깊이만 달리 하면서 다른 불순물의 종류로 혹은 농도를 바꾸어 가면서 이온 주입 작업을 할 경우에는 비록 사전에 적절한 조건으로 조작된 최적화된 이온 주입 장비에서 작업이 된다는 점에서는 잇점이 있지만 설비를 옮겨가면서 작업을 하기 위한 과정이 번거롭게 된다. 그리고 이렇게 이온 주입 장비를 바꾸면서 이온 주입 작업을 하는 것이 3회 이상 될 경우에는 그 동선에 따른 시간적 손실이 매우 크게 된다.Therefore, if you use the same ion implantation mask and do ion implantation with different concentrations or concentrations of different impurities in the same area, you can work on optimized ion implantation equipment that has been manipulated in the appropriate conditions in advance. This is an advantage, but the process for doing work as the equipment moves is cumbersome. If the ion implantation operation is performed more than three times while changing the ion implantation equipment, the time loss due to the copper line becomes very large.

본 발명에서는, 동일한 이온 주입 마스크를 가지고 3회 이상 연속하여 이온 주입을 하는 경우에 설비를 옮겨다니면서 공정을 진행함에 따라 고진공의 이온 주입 장비에 공정실에 적재되고 반출되는 과정에서의 공정의 번거로움을 줄일 수 있고 따라서 생산성을 높일 수 있도록 새로운 타입의 이온 주입 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In the present invention, when the ion implantation is performed three or more times with the same ion implantation mask, as the process proceeds while moving the equipment, the cumbersome process of the process of being loaded into the process chamber and carried out in the high vacuum ion implantation equipment It is an object of the present invention to provide a new type of ion implantation method that can reduce the amount and thus increase the productivity.

도1은 종래의 이온 주입시의 공정 단계의 일 예를 나타내는 흐름도이다.1 is a flowchart showing an example of a process step in the conventional ion implantation.

도2에서 도4까지는 본 발명의 일 실시예를 나타내는 공정순서도이다.2 to 4 are process flowcharts showing an embodiment of the present invention.

도5는 본 발명에 따른 이온 주입 방법의 공정 순서도이다.5 is a process flowchart of the ion implantation method according to the present invention.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of symbols for main parts of drawing

10: 반도체 기판 11: 필드 분리산화막10: semiconductor substrate 11: field separation oxide film

13: 이온주입 마스크 15: p형 웰(well)13: ion implantation mask 15: p-type well

17: n형 필드(field) 19: n형 얕은 웰17: n-type field 19: n-type shallow well

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이온 주입 방법은 한 이온 주입 장비의 동일한 공정 위치에서 연속적으로 이온 주입 조건 가운데 적어도 하나가 다른 3개 이상의 이온 주입 단계를 진행하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the ion implantation method of the present invention is characterized in that at least one ion implantation step is performed at least three different ion implantation steps at the same process location of one ion implantation equipment.

따라서, 본 발명에서는 일단 웨이퍼가 로드록 챔버에서의 기압변환 과정을 통해 고진공의 공정실로 투입되면 웨이퍼에 불순물 웰을 형성하는 등의 작업을 위해 필요한 3가지 이상의 이온 주입 작업이 순차적으로 이루어지게 된다. 단, 특정한 순서에 깊이 구애될 필요는 없다.Therefore, in the present invention, once the wafer is introduced into the high vacuum process chamber through the pressure conversion process in the load lock chamber, three or more ion implantation operations necessary for forming impurity wells on the wafer are sequentially performed. However, there is no need to be deeply involved in a particular order.

이온 주입 작업은 그 이온 주입 에너지와 혹은 깊이, 주입된 불순물 이온의 종류 및 주입될 불순물의 양과 주입 각도 등의 조건 가운데 적어도 하나를 달리하여 가면서 연속적으로 이루어지는데 조건을 바꾸기 위해서 이온 주입 장비의 소오스 가스를 교체하거나 인가 전압을 달리하고, 웨이퍼를 놓는 오리엔트 페테스탈이나 척의 각도를 교체하기 위한 시간동안 이온 주입은 중지될 것이다.The ion implantation operation is performed continuously by varying at least one of the conditions such as the ion implantation energy and / or depth, the type of impurity ions implanted, the amount of impurity to be implanted, and the implantation angle. Ion implantation will be stopped for a time to replace or change the applied voltage and to change the angle of the orient pedestal or chuck to place the wafer.

이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 좀 더 살펴보기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도2에서 도4까지는 본 발명의 일 실시예를 나타내는 공정순서도로 3단계의 이온 주입이 하나의 이온 주입 설비의 공정실에서 외부와의 출입 없이 순차적으로 이루어지는 것을 웨이퍼 부분 단면도로 나타낸 것이다. 도2에서는 반도체 기판(10)에 필드 분리산화막(11)을 형성한 상태에서 포토레지스트층 이온주입 마스크(13)를 형성한 상태에서 제일 깊은 곳에 p형 불순물을 주입하여 기반에 p형 웰(15)을 형성하는 단계를 나타낸다. 이를 위해서는 이온 주입 설비의 가속 전압을 고전압으로 하고, 이온 빔과 웨이퍼 사이의 각도를 먼저 확인한다. 도3은 중간 깊이에 저농도 n형 필드(17)를 형성하는 단계를 나타내며 이때는 이온빔의 소오스 가스를 교체하여 n형 불순물을 낼 수 있는 것을 사용하여 운전을 하고 전압을 중간 단계로 바꾸며 필요에 따라 이온빔과 웨이퍼 사이의 각도를 조절한 다음 진행한다. 그리고, 도4는 웨이퍼 표면에 문턱전압(threshold voltage)를 조절하기 위해서 n형으로 얕은 웰(19)을 형성하는 단계를 나타낸다. 이때 가속전압은 낮게 조절하며 전단계인 도3과 같은 n형 불순물을 주입하므로 소오스 가스의 교체는 필요없고 웨이퍼와 이온빔 사이의 각도를 확인하여 실시한다.2 to 4 are wafer cross-sectional views in which a three-step ion implantation is sequentially performed in a process chamber of one ion implantation facility without access to the outside in a process flow diagram illustrating an embodiment of the present invention. In FIG. 2, p-type impurities are implanted in the deepest part of the semiconductor substrate 10 while the photoresist layer ion implantation mask 13 is formed and the p-type well 15 is formed on the semiconductor substrate 10. ) Is formed. To this end, the acceleration voltage of the ion implantation equipment is set to a high voltage, and the angle between the ion beam and the wafer is first checked. Fig. 3 shows the step of forming a low concentration n-type field 17 at an intermediate depth. In this case, the operation is performed by replacing the source gas of the ion beam with an n-type impurity and changing the voltage to an intermediate step. After adjusting the angle between the wafer and the wafer, proceed. 4 shows a step of forming a shallow well 19 in n-type to adjust a threshold voltage on the wafer surface. At this time, the accelerating voltage is adjusted low and the n-type impurity as shown in FIG. 3 is injected. Therefore, the source gas is not replaced and the angle between the wafer and the ion beam is checked.

이상의 예에서 순서는 필요에 따라 바뀔 수 있으며 순서가 공정에 큰 영향을 미치는 것은 아니다. 단, 공정 조건의 변화에는 시간이 필요하므로 가능하면 소오스 가스를 교체하지 않고 사용하도록, 가속 전압의 변화는 큰 것에서 작은 것으로 순차적으로 변화시키도록 순서를 조절하는 것이 바람직하다.In the above example, the order may be changed as necessary and the order does not significantly affect the process. However, since a change in process conditions requires time, it is preferable to adjust the order so that the change in acceleration voltage is changed from large to small in order so that the source gas can be used without replacing the source gas if possible.

도5는 본 발명에 따른 이온 주입 방법의 공정 순서도이다. 도1에서 본 종래의 이온 주입 방법에 비해 단계가 단순화되어 이온 주입 장비로 이동된 웨이퍼는 적재되어 고진공 상태로 전화되고 차례로 p형 깊은 웰을 형성하는 이온 주입, n형 중간 웰을 형성하는 이온 주입, n형 얕은 웰을 형성하는 이온 주입을 차례로 거치고, 대기압 상태로 복귀하여 결정 손상도를 종합적으로 검사한 다음 공정으로 반출된다. 공정 시간을 단축하고 설비에서 적재, 반출, 이동을 반복하는 동안에 발생할 수 있는 사고를 방지할 수 있다.5 is a process flowchart of the ion implantation method according to the present invention. In Fig. 1, compared to the conventional ion implantation method shown in Fig. 1, the wafer moved to the ion implantation equipment is ion implanted to form a p-type deep well, which is loaded into a high vacuum state and subsequently forms a p-type deep well. After the ion implantation to form an n-type shallow well, the cells are sequentially returned to atmospheric pressure, the degree of crystal damage is comprehensively inspected and then taken out to the process. This reduces process time and prevents accidents that can occur while loading, unloading and moving the plant repeatedly.

본 발명에 따르면, 각각의 조건이 다른 이온 주입을 위하여 여러 이온 주입 설비로 옮겨다니면서 기압의 변환과 결정 손상 검사를 일일이 해야 하는 번거로움을 대폭적으로 줄일 수 있다. 그리고 여러 개의 다른 이온 주입 장비를 사용하던 것을 하나의 이온 주입 장비에서 이루게 되므로 설비의 배치공간을 줄일 수 있고 설비비용도 크게 줄일 수 있다. 단, 이온 주입 장비의 조건 조절 범위를 크게 하는 것이 필요하며, 가령 가속 전압을 최대에 맞도록 90kev이상으로 하고, 조건들의 전환을 신속하게 할 수 있는 수단이 갖추어지는 것이 바람직하다.According to the present invention, it is possible to drastically reduce the trouble of having to change the air pressure and inspect the crystal damage as each condition is moved to various ion implantation facilities for different ion implantation. In addition, since the use of several different ion implantation equipments is performed in one ion implantation equipment, it is possible to reduce the installation space of equipment and greatly reduce the installation cost. However, it is necessary to increase the condition adjusting range of the ion implantation equipment, and for example, it is preferable to set the acceleration voltage to 90 kev or more so as to meet the maximum, and to be equipped with a means for quickly switching the conditions.

Claims

In the semiconductor device manufacturing process,

Wherein at least one of the ion implantation conditions continues at least three different ion implantation steps at the same process location of one ion implantation equipment.

The method of claim 1,

The ion implantation apparatus used for the ion implantation is characterized in that the acceleration energy using a maximum capacity of 90KeV or more.