KR20070003036A - Method of implanting partially manufacturing three dimension transistor - Google Patents

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KR20070003036A
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진승우
이민용
노경봉
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주식회사 하이닉스반도체
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    • H01L21/265Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation

Abstract

A nonuniform ion implantation method in a three-dimensional transistor fabrication is provided to enhance distribution characteristics of a predetermined device by controlling a scanning speed in X and Y axes. A wafer includes a predetermined lower structure for forming a three dimensional transistor. The wafer includes a first region and a second region. An ion implantation process is performed on the resultant structure(120). At this time, scanning speeds in X and Y axes are different from each other according to the first and second regions. The predetermined lower structure includes a trench or a step type profile. The trench is formed by recessing partially a substrate.

Description

3차원 트랜지스터 제조를 위한 불균일 이온주입 방법{Method of implanting partially manufacturing three dimension transistor}Non-uniform ion implantation method for manufacturing three-dimensional transistors {Method of implanting partially manufacturing three dimension transistor}

도 1은 일반적인 3차원 트랜지스터에서의 오버레이 스플릿에 따른 셀의 문턱전압 산포특성을 나타내 보인 그래프이다.FIG. 1 is a graph illustrating threshold voltage distribution characteristics of a cell according to an overlay split in a typical 3D transistor.

도 2는 본 발명에 따른 3차원 트랜지스터 제조를 위한 불균일 이온주입 방법을 설명하기 위해 나타내 보인 순서도이다.Figure 2 is a flow chart shown to explain a non-uniform ion implantation method for manufacturing a three-dimensional transistor according to the present invention.

도 3a 및 도 3b는 도 2의 순서도의 각 단계들을 보다 상세하게 설명하기 위해 나타내 보인 도면들이다.3A and 3B are diagrams illustrating the steps of the flowchart of FIG. 2 in more detail.

도 4는 본 발명에 따른 3차원 트랜지스터 제조를 위한 불균일 이온주입 방법에 의해 만들어진 소자의 셀 문턱전압 산포특성을 종래의 경우와 비교하기 위하여 나타내 보인 그래프이다.4 is a graph showing the cell threshold voltage distribution characteristics of the device made by the non-uniform ion implantation method for manufacturing a three-dimensional transistor according to the present invention compared with the conventional case.

-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-Explanation of symbols on the main parts of the drawing

200 : 웨이퍼 220 : 제1 영역200: wafer 220: first region

230 : 제2 영역230: second area

본 발명은 반도체소자의 제조방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 3차원 구조의 트랜지스터를 갖는 웨이퍼 내에 불균일한 이온주입 공정을 수행하여 소자의 산포특성을 향상시키기 위한 3차원 트랜지스터 제조를 위한 3차원 트랜지스터 제조를 위한 불균일 이온주입 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to performing a non-uniform ion implantation process in a wafer having a transistor having a three-dimensional structure. A non-uniform ion implantation method for manufacturing a transistor.

최근, 디램(DRAM) 셀(CELL)이 고집적화 됨에 따라 트랜지스터의 크기가 작아지고있다. 트랜지스터의 크기가 작아지게 되면 반도체소자, 특히 플래너(planner) 게이트(gate)를 갖는 반도체소자의 경우에는 소스/드레인 간의 채널 길이가 짧아지게 되어 트랜지스터의 단 채널(Short channel) 효과가 심화된다. 단 채널 효과가 심화되면 문턱전압(threshold voltage)이 감소되고 이에 따라, 디램(DRAM; Dynamic Random Access Memory)소자의 경우 쓰기회복시간(tWR; time Write Recovery)이 감소하고, 리프레시(refresh)특성이 저하되는 등의 문제가 발생한다는 것은 잘 알려져 있다.Recently, as the DRAM cell CELL is highly integrated, the size of the transistor is decreasing. As the size of the transistor becomes smaller, in the case of a semiconductor device, especially a semiconductor device having a planner gate, the channel length between the source and the drain is shortened, thereby intensifying the short channel effect of the transistor. However, when the channel effect is intensified, the threshold voltage is reduced. Accordingly, in the case of a dynamic random access memory (DRAM) device, a write write time (tWR) is reduced and a refresh characteristic is reduced. It is well known that problems such as deterioration occur.

상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 최근에는 플래너 게이트 대신 소자의 집적도를 감소시키지 않고 유효채널길이를 증가시키고자 하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 본 명세서에서는 이와 같이 소자의 집적도를 감소시키지 않고 유효채널길이를 증가시킨 구조의 트랜지스터를 3차원 트랜지스터라 명명하기로 한다. 상기 3차원 트랜지스터의 일 예로서 리세스게이트 구조를 갖는 트랜지스터가 있다. 이 리세스게이트 구조는, 반도체 기판의 일부를 리세스(recess) 하여 리세스게이트용 트렌치(trench)를 형성하고, 리세스게이트용 트렌치 위에 리세스게이트용 트렌치와 중첩되도록 게이트가 형성된 구조이다. 또 다른 예로는 스텝게이트를 갖는 트 랜지스터로서, 기판을 계단형 프로파일을 갖도록 형성한 후에, 이 계단형 프로파일에 중첩되도록 게이트가 형성된 구조이다.In order to solve the above problem, a recent research has been actively conducted to increase the effective channel length without reducing the density of devices instead of the planar gate. In this specification, a transistor having a structure in which the effective channel length is increased without reducing the integration degree of the device will be referred to as a three-dimensional transistor. An example of the three-dimensional transistor is a transistor having a recess gate structure. The recess gate structure is a structure in which a portion of the semiconductor substrate is recessed to form a trench for a recess gate, and a gate is formed so as to overlap the recess gate trench on the recess gate trench. Another example is a transistor having a step gate, in which a gate is formed to overlap the stepped profile after the substrate is formed to have a stepped profile.

이와 같은 3차원 트랜지스터의 경우, 게이트가 트랜치 또는 계단형 프로파일에 얼마나 정확하게 얼라인(align)시키는가에 따라 소자의 여러 특성들이 변화될 수 있다. 그러나 통상의 플래너게이트 구조에 비하여 얼라인이 용이하지 않다는 것은 쉽게 예상할 수 있다. 문제는 게이트가 정확하게 얼라인되지 않게 되면, 이미 수행된 문턱전압 조절을 위한 이온주입에 의한 균일한 소자특성을 얻지 못하게 되며, 더욱이 후속의 여러 단위공정에 의해서도 문턱전압의 균일성(uniformity)은 더욱 더 떨어지게 된다.In the case of such a three-dimensional transistor, various characteristics of the device may vary depending on how accurately the gate aligns with the trench or stepped profile. However, it can be easily expected that the alignment is not easy as compared with the conventional planar gate structure. The problem is that if the gates are not correctly aligned, the uniform device characteristics by ion implantation for the threshold voltage adjustment already performed will not be obtained, and the uniformity of the threshold voltage will be further increased by the subsequent unit processes. Will fall further.

도 1은 일반적인 3차원 트랜지스터에서의 오버레이 스플릿에 따른 셀의 문턱전압 산포특성을 나타내 보인 그래프이다.FIG. 1 is a graph illustrating threshold voltage distribution characteristics of a cell according to an overlay split in a typical 3D transistor.

도 1을 참조하면, 소자의 문턱전압 특성을 보면 대략 0.75V에서 대략 1.9V에 이르기까지 넓은 범위내의 문턱전압 산포특성을 나타낸다는 것을 알 수 있다. 이는 3차원 트랜지스터의 오버레이 스플릿(overlay split), 즉 정확하지 못한 얼라인에 의한 것이다.Referring to FIG. 1, it can be seen that the threshold voltage characteristics of the device exhibit a threshold voltage distribution characteristic in a wide range ranging from about 0.75V to about 1.9V. This is due to the overlay split, or incorrect alignment, of the three-dimensional transistor.

따라서 기존의 통상적인 문턱전압 조절용 이온주입에 의해서는 이와 같은 미스얼라인에 의한 소자의 특성열화를 극복하기에 한계가 있으며, 3차원 트랜지스터에 적합한 문턱전압 조절용 이온주입방법에 대한 개발이 시급히 요구되고 있다.Therefore, there is a limit to overcome the deterioration of device characteristics due to the misalignment by conventional ion implantation for conventional threshold voltage, and it is urgently needed to develop an ion implantation method for threshold voltage control suitable for three-dimensional transistors. have.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 웨이퍼 내에 불균일한 이온주입 공정을 수행하여 소자의 산포특성을 향상시키기 위한 3차원 트랜지스터 제조를 위한 불균일 이온주입 방법을 제공하는데 있다.The present invention is to solve the above problems, the technical problem to be achieved by the present invention is to perform a non-uniform ion implantation method for manufacturing a three-dimensional transistor for improving the scattering characteristics of the device by performing a non-uniform ion implantation process in the wafer To provide.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 트랜지스터 제조를 위한 불균일 이온주입 방법은, 3차원 트랜지스터 형성을 위한 하부구조를 갖는 웨이퍼의 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 복수개의 영역들 내에 서로 다른 농도의 불순물 이온을 주입하는 불균일 이온주입 방법에 있어서, 상기 웨이퍼에 주사되는 이온빔은 X방향으로 스캐닝 되고 상기 웨이퍼는 Y방향으로 스캐닝 되는 X스캔 및 Y스캔을 사용하되, 상기 X스캔 및 Y스캔 중 적어도 어느 하나의 스캔 속도를 상기 제1 영역과 제2 영역에서 다르게 하여 상기 제1 영역 및 제2 영역에 다른 농도의 불순물 이온을 주입시키는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, a non-uniform ion implantation method for manufacturing a three-dimensional transistor according to an embodiment of the present invention, including a first region and a second region of the wafer having a substructure for forming a three-dimensional transistor In the non-uniform ion implantation method of implanting different concentrations of impurity ions into a plurality of regions, the ion beam scanned on the wafer is scanned in the X direction and the wafer is scanned in the Y direction, using X scan and Y scan, The scanning speed of at least one of the X scan and the Y scan is different in the first region and the second region so that impurity ions having different concentrations are implanted into the first region and the second region.

상기 3차원 트랜지스터 형성을 위한 하부구조는, 반도체 기판의 일부가 리세스된 트렌치를 갖거나, 계단형 프로파일을 갖는 구조를 포함할 수 있다.The substructure for forming the 3D transistor may include a structure in which a portion of the semiconductor substrate has a recessed trench or a stepped profile.

상기 3차원 트랜지스터 형성을 위한 하부구조는, 상기 트렌치와 중첩하도록 게이트전극막이 배치되는 리세스게이트 구조를 포함할 수 있다.The lower structure for forming the 3D transistor may include a recess gate structure in which a gate electrode layer is disposed to overlap the trench.

상기 3차원 트랜지스터 형성을 위한 하부구조는, 상기 계단형 프로파일의 반도체 기판 위에 게이트전극막이 배치되는 스텝게이트 구조를 포함할수 있다.The lower structure for forming the 3D transistor may include a step gate structure in which a gate electrode layer is disposed on the stepped profile semiconductor substrate.

상기 불순물 이온은, 상기 복수개의 영역들 내에 다른 각도로 주입되도록 웨이퍼를 틸트 및 회전하여 수행할 수 있다.The impurity ions may be performed by tilting and rotating the wafer to be implanted at different angles in the plurality of regions.

상기 틸트 및 회전은, 바이모드 이상의 멀티모드를 갖도록 할 수 있다.The tilt and rotation can be made to have a multi-mode than the bi-mode.

상기 제1 영역 및 제2 영역 중 상대적으로 이온주입 농도가 높은 영역에서는 상기 X스캔 및 Y스캔의 스캐닝 속도를 상대적으로 감소시킬 수 있다.In the region where the ion implantation concentration is relatively high among the first region and the second region, the scanning speed of the X scan and the Y scan may be relatively reduced.

상기 제1 영역 및 제2 영역 중 상대적으로 이온주입 농도가 낮은 영역에서는 상기 X스캔 및 Y스캔의 스캐닝 속도를 상대적으로 증가시킬 수 있다.In the region where the ion implantation concentration is relatively low among the first region and the second region, the scanning speed of the X scan and the Y scan may be relatively increased.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 도면에서 여러층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. In the drawings, the thickness of layers, films, panels, regions, etc., are exaggerated for clarity. Like parts are designated by like reference numerals throughout the specification.

도 2 와 도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 반도체소자 제조를 위한 3차원 트랜지스터 제조를 위한 불균일 이온주입 방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면들이다. 도 2는 본 발명에 따른 3차원 트랜지스터 제조를 위한 불균일 이온주입 방법을 설명하기 위해 나타내 보인 순서도이고, 도 3a 및 도 3b는 도 2의 순서도의 각 단계들을 보다 상세하게 설명하기 위해 나타내 보인 도면들이다. 2, 3A and 3B are views illustrating a non-uniform ion implantation method for manufacturing a 3D transistor for manufacturing a semiconductor device according to the present invention. FIG. 2 is a flowchart illustrating a non-uniform ion implantation method for manufacturing a 3D transistor according to the present invention, and FIGS. 3A and 3B are views illustrating the steps of the flowchart of FIG. 2 in more detail. .

먼저 도 2와 도 3a 및 도 3b를 참조하면 3차원 트랜지스터에 대한 이온주입 맵(map)을 형성한다(단계 100). 이온주입 맵은, 웨이퍼(200) 내에 주입된 문턱전압의 분포에 따라 복수개의 영역으로 구분된다. 예컨대 후속공정에 의해 문턱전압이 높아지는 영역을 제1 영역(220)으로 설정하고, 제1 영역(220)에 비해 상대적으로 문턱전압이 낮아지는 영역을 제2 영역(230)으로 설정할 수 있다. 제1 영역(220) 및 제2 영역(230)은 웨이퍼(200)의 중앙에 형성된 원형의 경계선(210)을 기준으로 구분될 수 있다. 예컨대 경계선(210)의 내측에 제1 영역(220)이 위치하고 경계선의 외측에 제2 영역(230)이 위치할 수 있고, 경계선의 내측에 제2 영역(230)이 위치하고 경계선의 외측에 제1 영역(230)이 위치 할 수도 있다는 것은 당연하다.First, referring to FIGS. 2, 3A, and 3B, an ion implantation map for a 3D transistor is formed (step 100). The ion implantation map is divided into a plurality of regions according to the distribution of the threshold voltage injected into the wafer 200. For example, the region where the threshold voltage increases by the subsequent process may be set as the first region 220, and the region where the threshold voltage is lower than the first region 220 may be set as the second region 230. The first region 220 and the second region 230 may be divided based on a circular boundary line 210 formed at the center of the wafer 200. For example, the first region 220 may be positioned inside the boundary line 210 and the second region 230 may be positioned outside the boundary line, and the second region 230 may be positioned inside the boundary line and the first region outside the boundary line. Naturally, region 230 may be located.

이와 같은 이온주입 맵은 테스트(test) 웨이퍼(wafer)에 대해 후속공정을 모두 수행한 후에 나타나는 문턱전압 변화를 분석하여 만들 수 있다. 본 발명에서는 이온주입 맵을 제1 영역(220) 및 제2 영역(230)으로 구분하였지만 적어도 2개 이상의 복수개의 영역들로 구분될 수 있다는 것은 당연하다. 또한 웨이퍼(200)의 중앙에 형성된 원형의 경계선(210)이 웨이퍼(200)의 상부쪽으로 치우칠 수 있고, 또는 웨이퍼(200)의 하부쪽으로 치우칠 수도 있다. Such an ion implantation map can be made by analyzing a threshold voltage change after performing all subsequent processes on a test wafer. In the present invention, although the ion implantation map is divided into the first region 220 and the second region 230, it is obvious that the ion implantation map may be divided into at least two or more regions. In addition, the circular boundary line 210 formed at the center of the wafer 200 may be biased toward the upper side of the wafer 200, or may be biased toward the lower side of the wafer 200.

다음에 반도체 기판에 3차원 트랜지스터 형성을 위한 하부구조를 형성한다(단계 110). 일 예로서 리세스게이트 구조를 갖는 트랜지스터가 있다. 이 리세스게이트 구조는, 반도체 기판의 일부를 리세스(recess) 하여 리세스게이트용 트렌치(trench)를 형성하고, 리세스게이트용 트렌치 위에 리세스게이트용 트렌치와 중첩되도록 게이트가 형성된 구조이다. 또 다른 예로는 스텝게이트를 갖는 트랜지스터로서, 기판을 계단형 프로파일을 갖도록 형성한 후에, 이 계단형 프로파일에 중첩되도록 게이트가 형성된 구조이다.Next, a substructure for forming a 3D transistor is formed on the semiconductor substrate (step 110). An example is a transistor having a recess gate structure. The recess gate structure is a structure in which a portion of the semiconductor substrate is recessed to form a trench for a recess gate, and a gate is formed so as to overlap the recess gate trench on the recess gate trench. Another example is a transistor having a step gate, in which a substrate is formed to have a stepped profile, and then a gate is formed so as to overlap the stepped profile.

다음에 이온빔의 속도를 다르게 하여 상기 리세스게이트용 트렌치가 형성된 반도체 기판에 대한 불균일 이온주입공정을 수행한다(단계 120). 불균일 이온주입 공정은, 이온주입 맵을 근거로 제1 영역(220)에는 높은 도즈량으로 불순물 이온이 주입되도록 하고 제2 영역에는 낮은 도즈량으로 불순물 이온이 주입되도록 한다. 이를 위하여, X스캔과 Y스캔을 사용하되, X스캔과 Y스캔의 스캐닝 속도를 조절하면서 이온주입 공정을 수행한다. Next, a non-uniform ion implantation process is performed on the semiconductor substrate on which the recess gate trench is formed by varying the speed of the ion beam (step 120). The heterogeneous ion implantation process allows impurity ions to be implanted into the first region 220 at a high dose amount and impurity ions to be implanted into the second region at a low dose based on the ion implantation map. To this end, X scan and Y scan are used, but the ion implantation process is performed while controlling the scanning speed of the X scan and the Y scan.

X스캔과 Y스캔은, 서로 다른 방향으로 이동하면서 스캐닝 된다. 예컨대 웨이퍼(200)가 X축 방향으로 이동하며 스캐닝 하면 이온빔은 Y축 방향으로 이동하며 스캐닝 한다. 이 경우 X축과 Y축은 직각일 수도 있고 아닐 수 도 있다. 또한 X스캔 및 Y스캔 중 적어도 어느 하나의 스캐닝 속도를 제1 영역(220)과 제2 영역(230)에서 다르게 하여 제1 영역(220) 및 제2 영역(230)에 다른 도즈량으로 불순물 이온을 주입시킨다. The X scan and the Y scan are scanned while moving in different directions. For example, when the wafer 200 moves in the X-axis direction and scans, the ion beam moves in the Y-axis direction and scans. In this case, the X and Y axes may or may not be perpendicular. In addition, the scanning speed of at least one of the X scan and the Y scan is different in the first region 220 and the second region 230 so that the impurity ions have different dose amounts in the first region 220 and the second region 230. Inject.

일 예로서, 후속의 공정을 수행한 다음에 제1 영역(220)에 형성된 문턱전압이 제2 영역(230)에 형성된 문턱전압 보다 상대적으로 높을 경우, 제1 영역(220)의 문턱전압을 낮추기 위해서, 이온빔을 Y축 방향의 상(241), 하(242)로 반복 이동시키면서 a부터 d영역 까지 스캐닝하되, a부터 b영역에서는 스캐닝의 속도를 빠르게 하여 낮은 도즈량으로 불순물 이온이 주입되도록 하고, b부터 c영역에서는 스캐닝의 속도를 a부터 b영역에서보다 상대적으로 느리게 하여 많은 도즈량으로 불순물 이온이 주입되도록 한다. 이어서 c부터 d영역에서는 다시 스캐닝의 속도를 빠르게 하여 낮은 도즈량으로 불순물 이온이 주입되도록 한다. 이와 같이 제1 영역(220)인 b부터 c영역과, 제2 영역(230)인 a부터 b영역 및 c부터 d영역에서 이온빔(240)의 스캐닝 속도를 다르게 하여 불균일한 이온주입 공정을 수행하였기 때문에 제1 영역(220)과 제2 영역(230)에서의 문턱전압을 균일하게 조절할 수 있다.For example, when the threshold voltage formed in the first region 220 is relatively higher than the threshold voltage formed in the second region 230 after performing a subsequent process, the threshold voltage of the first region 220 is lowered. For this purpose, the ion beam is scanned from the a to d region while repeatedly moving the ion beam to the upper 241 and the lower 242 in the Y axis direction. In the regions b to c, the scanning speed is relatively slower than that in the regions a to b so that impurity ions are implanted at a large dose. Subsequently, in the areas c to d, the scanning speed is increased again so that impurity ions are implanted at a low dose. As described above, the non-uniform ion implantation process was performed by varying the scanning speeds of the ion beams 240 in the regions b through c, which are the first region 220, and regions a through b, which are the second region 230, and regions c through d, respectively. Therefore, the threshold voltages in the first region 220 and the second region 230 may be uniformly adjusted.

반대의 예로서, 후속의 공정을 수행한 다음에 제1 영역(230)에 형성된 문턱전압이 제2 영역(220)에 형성된 문턱전압 보다 상대적으로 낮을 경우, 이온빔을 Y축 방향의 상(241), 하(242)로 반복 이동시키면서 a부터 d영역 까지 스캐닝하되, a부터 b영역에서는 스캐닝의 속도를 느리게 하여 높은 도즈량으로 불순물 이온이 주입되도록 하고, b부터 c영역에서는 스캐닝의 속도를 a부터 b영역에서보다 상대적으로 빠르게 하여 낮은 도즈량으로 불순물 이온이 주입되도록 한다. 이어서 c부터 d영역에서는 다시 스캐닝의 속도를 느리게 하여 높은 도즈량으로 불순물 이온이 주입되도록 한다. 이와 같이 제1 영역(230)인 b부터 c영역과, 제2 영역(220)인 a부터 b영역 및 c부터 d영역에서 이온빔(240)의 스캐닝 속도를 다르게 하여 불균일한 이온주입 공정을 수행하였기 때문에 제1 영역(230)과 제2 영역(220)에서의 문턱전압을 균일하게 조절할 수 있다.As an opposite example, when the threshold voltage formed in the first region 230 is relatively lower than the threshold voltage formed in the second region 220 after performing a subsequent process, the ion beam is imaged in the Y axis direction 241. , Scanning from a to d region while repeatedly moving to 242, but slowing down the scanning speed in a to b region so that impurity ions are implanted at a high dose amount, and scanning speed is increased from a to b region. The impurity ions are implanted at a lower dose by making them relatively faster than in the region b. Subsequently, in the areas c to d, the scanning speed is slowed again so that impurity ions are implanted at a high dose. As described above, the non-uniform ion implantation process was performed by varying the scanning speeds of the ion beams 240 in the regions b through c, which are the first region 230, and regions a through b, which are the second region 220, and regions c through d, respectively. Therefore, the threshold voltages in the first region 230 and the second region 220 may be uniformly adjusted.

불균일 이온주입 공정은, LDD(Lightly Doped Drain)형성공정, 소스/드레인 불순물 영역 형성공정 및 비대칭 정션 형성공정에 적용할 수 있다. 이 경우 이온주입 공정에서 문턱전압 조절을 위한 이온으로는 11B, 49BF2,30BF, 31P, 75AS, 115In 및 122SB를 사용할 수 있다. The heterogeneous ion implantation process can be applied to a lightly doped drain (LDD) formation process, a source / drain impurity region formation process, and an asymmetric junction formation process. In this case, 11B, 49BF 2 , 30BF, 31P, 75AS, 115In, and 122SB may be used as ions for adjusting the threshold voltage in the ion implantation process.

불균일한 이온주입 공정을 수행하기 위해 사용하는 X스캔과 Y스캔은, 서로 다른 방향으로 이동하면서 스캐닝 된다. 예컨대 웨이퍼(200)가 Y축 방향으로 이동하며 스캐닝 하면 이온빔은 X축 방향으로 이동하며 스캐닝 한다. 이 경우 X축과 Y축은 직각일수도 있고 아닐 수 도 있다.The X scans and the Y scans used to perform the heterogeneous ion implantation process are scanned while moving in different directions. For example, when the wafer 200 moves in the Y-axis direction and scans, the ion beam moves in the X-axis direction and scans. In this case, the X and Y axes may or may not be perpendicular.

X스캔과 Y스캔을 하는 동안에 웨이퍼(200)는, 경사각도로 이온이 주입되도록 틸트(tilt)하여 배치하거나, 또는 0~180ㅀ 사이의 각도를 갖도록 회전시켜서 배치할 수 있다. 웨이퍼(200)를 틸트하여 이온주입공정을 수행할 경우에는 양방향모드(Bi-mode)를 사용하거나, 이를 세 번 이상 반복하여 수행하는 멀티모드(Multi-mode)를 사용할 수 있다.During the X scan and the Y scan, the wafer 200 may be tilted so that ions are implanted at an inclined angle, or rotated so as to have an angle between 0 ° and 180 °. When the ion implantation process is performed by tilting the wafer 200, a bi-mode may be used, or a multi-mode may be repeatedly performed three or more times.

도 4는 본 발명에 따른 3차원 트랜지스터 제조를 위한 불균일 이온주입 방법에 의해 만들어진 소자의 셀 문턱전압 산포특성을 종래의 경우와 비교하기 위하여 나타내 보인 그래프이다. 가로축은 셀(cell) 트랜지스터의 문턱전압을 나타내고, 세로축은 문턱전압의 분포를 나타낸다.4 is a graph showing the cell threshold voltage distribution characteristics of the device made by the non-uniform ion implantation method for manufacturing a three-dimensional transistor according to the present invention compared with the conventional case. The horizontal axis represents threshold voltages of cell transistors, and the vertical axis represents distribution of threshold voltages.

도 4를 참조하면, 그래프 410은, 불균일 이온주입을 수행하기 전의 그래프로서, 소자의 문턱전압 특성을 보면 대략 0.75V에서 대략 0.83V에 이르기까지 넓은 범위내의 문턱전압 산포특성을 나타낸다는 것을 알 수 있다. 반면에 그래프 420은, 불균일 이온주입을 수행한 후의 그래프로서, 소자의 문턱전압 특성을 보면 대략 0.79V에서 대략 0.83V에 이르기까지 문턱전압의 산포특성이 개선되었다는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4, the graph 410 is a graph before performing non-uniform ion implantation, and it can be seen that the threshold voltage characteristics of the device exhibit threshold voltage distribution characteristics in a wide range from about 0.75V to about 0.83V. have. On the other hand, graph 420 is a graph after performing non-uniform ion implantation, and it can be seen that the dispersion characteristics of threshold voltages improved from about 0.79V to about 0.83V when the threshold voltage characteristics of the device were examined.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 3차원 트랜지스터 제조를 위한 불균일 이온주입 방법을 적용하게 되면, 불균일한 문턱전압의 분포를 갖는 웨이퍼에 대해 X스캔과 Y스캔의 스캐닝 속도를 조절해 가며 불균일한 이온주입공정을 수행하기 때문에 소자의 산포특성을 향상시킬 수 있다. As described so far, when the non-uniform ion implantation method for manufacturing a three-dimensional transistor according to the present invention is applied, the scanning speed of the X scan and the Y scan is uneven while controlling the wafer having a nonuniform threshold voltage distribution. Since the ion implantation process is performed, the scattering characteristics of the device can be improved.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량형태 또한 본 발명의 권리보호 범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of protection of rights.

Claims (8)

3차원 트랜지스터 형성을 위한 하부구조를 갖는 웨이퍼의 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 복수개의 영역들 내에 서로 다른 농도의 불순물 이온을 주입하는 불균일 이온주입 방법에 있어서,In the non-uniform ion implantation method of implanting impurity ions of different concentrations into a plurality of regions including a first region and a second region of the wafer having a substructure for forming a three-dimensional transistor, 상기 웨이퍼에 주사되는 이온빔은 X방향으로 스캐닝 되고 상기 웨이퍼는 Y방향으로 스캐닝 되는 X스캔 및 Y스캔을 사용하되, 상기 X스캔 및 Y스캔 중 적어도 어느 하나의 스캔 속도를 상기 제1 영역과 제2 영역에서 다르게 하여 상기 제1 영역 및 제2 영역에 다른 농도의 불순물 이온을 주입시키는 것을 특징으로 하는 3차원 트랜지스터 제조를 위한 불균일 이온주입 방법.The ion beam scanned on the wafer is scanned in the X direction and the wafer is scanned in the Y direction using X scan and Y scan, wherein the scan speed of at least one of the X scan and the Y scan is set to the first region and the second scan. Non-uniform ion implantation method for manufacturing a three-dimensional transistor, characterized in that to implant different concentrations of impurity ions in the first region and the second region in different regions. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 3차원 트랜지스터 형성을 위한 하부구조는, 반도체 기판의 일부가 리세스된 트렌치를 갖거나, 계단형 프로파일을 갖는 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 트랜지스터 제조를 위한 불균일 이온주입 방법.The substructure for forming the 3D transistor comprises a structure in which a portion of the semiconductor substrate has a recessed trench or a stepped profile. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 3차원 트랜지스터 형성을 위한 하부구조는, 상기 트렌치와 중첩하도록 게이트전극막이 배치되는 리세스게이트 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 트랜지스터 제조를 위한 불균일 이온주입 방법.The lower structure for forming the 3D transistor has a recess gate structure in which a gate electrode layer is disposed to overlap the trench, wherein the method for implanting a 3D transistor is non-uniform. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 3차원 트랜지스터 형성을 위한 하부구조는, 상기 계단형 프로파일의 반도체 기판 위에 게이트전극막이 배치되는 스텝게이트 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 트랜지스터 제조를 위한 불균일 이온주입 방법.The lower structure for forming the 3D transistor has a step gate structure in which a gate electrode film is disposed on the stepped profile semiconductor substrate. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 불순물 이온은, 상기 복수개의 영역들 내에 다른 각도로 주입되도록 웨이퍼를 틸트 및 회전하여 수행하는 것을 특징으로 하는 3차원 트랜지스터 제조를 위한 불균일 이온주입 방법The impurity ion is a non-uniform ion implantation method for manufacturing a three-dimensional transistor, characterized in that for performing the tilt and rotation of the wafer so as to be implanted at different angles in the plurality of regions 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 틸트 및 회전은, 바이모드 이상의 멀티모드를 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 3차원 트랜지스터 제조를 위한 불균일 이온주입 방법.The tilt and rotation is a non-uniform ion implantation method for manufacturing a three-dimensional transistor, characterized in that to have a multi-mode of bi-mode or more. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 영역 및 제2 영역 중 상대적으로 이온주입 농도가 높은 영역에서는 상기 X스캔 및 Y스캔의 스캐닝 속도를 상대적으로 감소시키는 것을 특징으로 하는 3차원 트랜지스터 제조를 위한 불균일 이온주입 방법.Non-uniform ion implantation method for manufacturing a three-dimensional transistor, characterized in that for reducing the scanning speed of the X scan and Y scan in the region of relatively high ion implantation concentration of the first region and the second region. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 영역 및 제2 영역 중 상대적으로 이온주입 농도가 낮은 영역에서는 상기 X스캔 및 Y스캔의 스캐닝 속도를 상대적으로 증가시키는 것을 특징으로 하는 3차원 트랜지스터 제조를 위한 불균일 이온주입 방법.Non-uniform ion implantation method for manufacturing a three-dimensional transistor, characterized in that for increasing the scanning speed of the X scan and Y scan in the region of relatively low ion implantation concentration of the first region and the second region.
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