KR950013430B1 - 평행주사 이온 주입을 이용한 반도체 장치의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

평행주사 이온 주입을 이용한 반도체 장치의 제조방법

제 1 도는 종래의 반도체 장치에서 이온 주입방법을 도시하는 도면.

제 2 도는 종래의 반도체 장치에서 다른 이온 주입방법을 도시하는 도면.

제 3a 도는 제 3c 도는 제 2 도와 같은 종래의 이온 주입방법의 개념을 도시하는 도면.

제 4 도는 본 발명에 따른 반도체 장치에서 이온 주입방법을 도시하는 도면.

제 5 도 및 제 5b 도는 제 4 도와 같은 본 발명의 이온 주입방법의 개념을 도시하는 도면.

본 발명은 반도체 장치의 제조 공정 상의 이온 주입방법에 관한 것으로, 특히 이온빔을 주사하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 이온 주입 공정은 반도체 장치의 제작시 기판에 불순물을 넣어주기 위해 사용되는 것으로서, 진공중에서 행해지는 건식 공정이다. 반도체 웨이퍼 표면에 이온빔이 고르게 퍼지도록 하기 위해서 다음과 같이 3가지 방법이 주로 이용되고 있다. 즉, 웨이퍼를 고정시키고 평면상의 두 방향으로 이온빔을 움직이는 X-Y주사법과, 이온빔을 평면상의 한 방향으로만 움직이고 상기 방향에 직교하는 방향으로 웨이퍼를 움직이는 혼합 주사법과, 이온빔을 고정시키고 평면상에서 직교하는 방향으로 웨이퍼를 움직이는 기계적 주사법이 그것이다. 상기 X-Y주사법 및 혼합 주사법의 경우 편향판 사이에 삼각파의 전압을 걸어서 이온빔을 움직인다. 한편 상기 X-Y주사법에는 0°경사 이온 주입방법과 대칭 이온 주입방법이 있다.

제 1 도는 종래의 0°경사 이온 주입방법을 나타낸 것으로서, 모오스트랜지스터의 소오스 및 드레인을 형성하는 경우를 예로들어 설명한다. 상기 도면에 도시한 바와 같이 제1방향으로 신장되고 제2방향으로 평행하게 배열되도록 게이트(3)가 형성된 반도체 웨이퍼(1)의 표면에 상기 제2방향에 따르는 축에 수직하게 이온빔(9)을 주사시켜 소오스(5) 및 드레인(6)을 형성한다. 상기한 방법의 경우, 웨이퍼가 단결정 임에 기인하는 채널링(channeling) 현상이 발생하기 쉽다. 즉, 단결정은 규칙적인 격자 구조를 가지므로 이온빔이 인덱스가 낮은 결정 방법으로 주사될 경우, 원자가 없는 빈 공간이 있는 방향을 따라 웨이퍼 깊숙히 이온들이 들어가게 된다. 그 결과 원하는 얕은 접합(shallow-junction)을 형성할 수 없게 된다.

제 2 도는 종래의 대칭 이온 주입방법을 나타낸 것으로서, 상기 제 1 도와 같은 웨이퍼를 사용하였다. 상기 제 2 도에서는 상기 웨이퍼 표면의 수직 방향으로부터 소정의 경사를 가지는 이온빔(13,15)을 상기 제1방향을 대칭축으로 하여 주사시킨다. 상기 제1방향을 대칭축으로 하여 주사되는 이온빔(13,15)의 각 θ1 및 θ2는 7°정도로 한다.

제 3 도는 상기 제 2 도와 같이 이온빔을 주사하는 개념을 설명하기 위한 도면이다. 상기 제 2 도와 같은 명칭에 해당하는 것은 같은 번호를 사용하였다. 상기 제 3a 도에 도시된 바와같이 게이트 열을 대칭축으로 하여 그 일측 상부로부터 제1이온빔(13)을 주사시키고 타측 상부로 제2이온빔(15)를 주사시킨다. 즉, 이온빔을 주사할 시, 먼지 X방향에서 X'방향으로 웨이퍼 평면과 수직하는 면으로부터 각도 θ1을 이루도록 제1이온빔(13)을 주사하고, 두번째로 X'방향에서 X방향으로 웨이퍼 평면과 수직하는 면으로부터 각도 θ2를 이루도록 제2이온빔(15)를 주사한다. 상기와 같은 주사 방법의 경우, 제1이온빔(13) 주입시 또는 제2이온빔(15) 주입시 이온빔이 게이트(3)에 가려져 소오스(5) 또는 드레인(6)에 이온이 주입되지 않는 영역이 발생한다. 여기서 제 3b 도와 같이 제1이온빔 (13)이 소오스(5)측에서 드레인(6)측으로 주사되고, 제 3c 도와 같이 제2이온빔(15)이 드레인(6)측에서 소오스(5)측으로 주사된다고 가정한다. 그리고 상기 제1이온빔(13)은 θ1의 각도를 가지며 주사되고, 상기 제2이온빔(15)은 θ2의 각도를 가지며 주사된다고 가정한다.

먼저 제 3b 도는 참조하여 제 1이온빔(13)의 주사과정을 살펴보면, 소오스(5)에서 드레인(6) 방향으로 θ1의 각도를 유지하여 제1이온빔(13)이 주사된다. 상기 제 3b 도와 같이 제1 이온빔(13)이 주사되는 경우 상기 제1이온빔(13)이 θ1의 각도로 주사되므로, 소오스(5)의 영역에는 측면 확산(loateral diffusion)에 의해 게이트와 소오스 오버랩(overlap)이 커지고 드레인(6)의 영역에는 게이트(3)의 그림자 효과(shadow effect)에 의해 게이트와 드레인영역이 오버랩되지 않아 채널 저항 증가로 인한 문제점이 야기될 수 있다. 따라서 상기 게이트(3)의 그림자 효과에 의해 상기 드레인(6)영역에는 채널이 형성되지 않게 된다. 이런 문제점을 해소하기 위하여 제 3c 도와 같이 상기 제1이온빔(13)의 주사방향과 반대 방향으로 제2이온빔(15)를 주사한다. 상기 제 3c 도와 같이 제2이온빔(15)이 주사되는 경우 상기 제2이온빔(15)이 θ2의 각도로 주사되므로, 드레인(6)의 영역에는 측면 확산(lateral diffusion)에 의해 게이트와 드레인영역이 오버랩되어 그림자 효과(shadow effect)는 제거되지만, 불순물의 측면확대에 의해 게이트와 소오스/드레인 간의 오버랩되는 부분이 상대적으로 증가되므로, 동일한 게이트 길이(gate length)로 트랜지스터를 제조할시 유효 채널 길이가 짧게되는 현상(shot channel effect)로 인한 문제점이 발생된다.

상기한 바와같은 유효채널 길이가 짧아지는 현상, 채널링 현상 및 그림자 효과는 반도체 장치의 고집적화 및 미세화에 따라 더욱 더 큰 문제로 야기되고 있다.

따라서 본 발명의 목적은 평행주사 이온 주입을 이용한 반도체 장치의 제조방법에 있어서, 유효채널 길이가 짧아지는 현상, 채널링 현상 및 그림자 효과를 동시에 방지하기 위한 이온빔 주사 방법을 제공함에 있다.

상기와 같이 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 제1방향으로 신장되고 제2방향으로 평행하게 배열된 게이트를 구비하는 반도체 웨이퍼의 표면을 제1방향과 수직한 면과 소정 각도 경사지게 하고, 상기 제1방향을 따라서 이온을 주입시키는 이온 주입 공정을 적어도 1회 이상 실시함을 특징으로 한다.

이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제 4 도는 본 발명에 따른 이온 주입방법을 나타낸 것으로서, 모오스트랜지스터의 소오스 및 드레인을 형성하는 경우를 예로들어 설명한다. 상기 도면에 도시한 바와같이 제1방향으로 신장되고 제2방향으로 평행하게 배열되도록 게이트(21)가 형성된 반도체 웨이퍼(17)의 표면을 상기 제1방향과 수직한 면과 θ3 각도로 경사지게 하고, 상기 제1방향을 따라서 이온빔(15)을 주사시킴에 의해 소오스(26) 및 드레인(27)을 형성한다. 상기 도면에서(19)와 (23)은 각각 게이트 절연막 및 층간 절연막을 나타낸다.

제 5a 도는 상기 제 4 도에 도시된 바와 같은 본 발명의 이온 주사 방법을 설명하기 위한 도면이다. 상기 제 4 도와 같은 명칭에 해당하는 것은 같은 번호를 사용하였다. 상기 제 5a 도에 도시된 바와같이 채널 길이 방향과 수직한 제1방향을 따라서 이온빔(25)을 주사시킨다. 즉, 본 발명에서는 게이트(21)열을 축으로 하여 Y방향(또는 Y'방향)에서 Y'방향(또는 Y방향)으로 θ3의 각도를 유지하며 이온빔(25)을 주사한다. 그러면 소오스(26) 및 드레인(27)의 영역은 게이트(21)열에 의한 그림자 효과, 유효채널 길이가 짧아지는 현상 및 채널링 현상이 제거되어 정상적인 채널을 형성할 수 있게 된다.

제 5b 도는 상기 제 5a 도와 같은 방법으로 이온빔(21)을 주사할 시, 게이트(21) 열을 중심축으로 하여 Y'방향에서 Y방향으로 이온빔(25)을 주사하는 경우의 상태를 도시하는 도면이다. 상기 제 5b 도에서 이온빔(25)의 주사 방향은 θ3의 각도를 유지하며 게이트(21)의 21a에서 21b측으로 주사된다. 이때 이온빔(25)의 주사 방향이 게이트(21) 열을 중심축으로 수행되므로, 게이트(21)에 가려져 이온빔(21)이 주입되지 않는 영역이 트랜지스터의 동작과 무관한 부분인 절연막 상부에 형성되며, 따라서 트랜지스터 동작상의 열화가 발생되지 않게 된다. 즉, 이온빔(21) 주사시 그림자 효과를 근본적으로 제거하므로, 소오스(26) 및 드레인(27)의 영역에 주입되는 불순물의 농도가 상대적으로 낮아지는 문제점을 해소할 수 있게 된다. 따라서 상기 이온빔(25)의 주사가 게이트(21)의 열을 따라 실행되면, 소오스(26) 및 드레인(27)의 영역은 측면 확산에 의해 정상적으로 채널영역이 형성됨을 알 수 있다. 이때 주사되는 이온빔(25)이 θ3의 각도를 유지되며 주사되므로, 게이트(21)의 21a에 의해 31a영역에 주입되는 불순물의 농도가 높게 형성되며 21b의 그림자 효과에 의해 31b영역에 주입되는 불순물의 농도는 낮게 형성된다. 이때 트랜지스터를 제조할시 길게 형성되는 게이트(21) 열의 21a 및 21b의 영역위치에서는 제 5b 도에 도시된 바와같이 소오스(26) 및 드레인(27)의 영역과는 무관한 절연막 상부에 존재하게 된다. 따라서 상기 게이트(21)의 그림자 효과에 의해 불순물의 농도가 낮아지는 영역에는 채널이 형성되지 않으므로, 트랜지스터의 동작에는 문제가 발생되지 않음을 알 수 있다.

상기와 같이 본 발명에서는 게이트(21)을 따라 θ3의 각도로 이온빔(25)을 1회 주사하여 이온 주입 과정을 수행할 수 있게 된다. 상기 제 5b 도에서는 Y'방향에서 Y방향으로 이온빔(25)을 주사하는 실시예를 도시하였지만, 게이트(21)의 방향을 따라 Y방향에서 Y'방향으로 이온빔(25)을 주사하여도 동일한 효과가 발생됨을 알 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 모오스트랜지스터의 소오스 및 드레인영역을 형성하는 경우에 대해 설명하였으나, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다른 실시예도 가능하다.

상술한 바와같이 본 발명은 웨이퍼를 소정 각도 경사지게 하여 채널링을 방지함과 동시에 게이트의 신장 방향에 따르는 축에 수직한 방향으로 이온빔을 주사시켜 그림자 효과를 방지할 수 있다. 그 결과 원하는 깊이와 폭을 갖는 불순물 확산영역을 형성할 수 있다. 뿐만 아니라 종래의 대칭 이온 주입방법의 경우 2회의 이온 주입 공정이 필요하였으나, 본 발명에서는 1회의 이온 주입 만으로도 소기의 목적을 달성할 수 있어 공정이 용이해지는 효과도 있다.

Claims (2)

1. 평행주사 이온 주입을 이용한 반도체 장치 제조방법에 있어서, 제1방향으로 신장되고 제2방향으로 평행하게 배열된 게이트를 구비하는 반도체 웨이퍼의 표면에 이온을 주사할 시, 상기 주사되는 이온빔을 상기 제1방향의 수직한 면과 상기 웨이퍼의 결정학적인 축의 채널링 임계 각 이상의 각도로 경사지게 하고, 상기 제1방향을 따라서 이온빔을 주사시키는 이온 주입 공정을 적어도 1회 이상 실시함을 특징으로 하는 평행주사 이온을 이용한 반도체 장치의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 소정각도가 7°임을 특징으로 하는 평행주사 이온 주입을 이용한 반도체 장치의 제조방법.