KR19990059064A - 반도체 웨이퍼의 소자구동영역내에 존재하는 결함 및 불순물 제거방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼의 소자구동영역내에 존재하는 결함 및 불순물 제거방법에 관한 것으로, 고에너지 및 고조사량 이온주입기로 반도체 웨이퍼 내부에 결함층을 형성하고, 이후에 고온의 필드 산화공정을 실시하므로써, 웨이퍼 제조시와 소자의 제조공정중에 발생하는 결함이나 불순물들을 소자구동영역의 표면으로 방출(out-diffusion)시키고, 또한 벌크(bulk)내의 결함층으로 포획되게하여 소자의 품질 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 웨이퍼의 소자구동영역내에 존재하는 결함 및 불순물 제거방법에 관하여 기술된다.

Description

반도체 웨이퍼의 소자구동영역내에 존재하는 결함 및 불순물 제거방법

본 발명은 반도체 웨이퍼의 소자구동영역내에 존재하는 결함 및 불순물 제거방법에 관한 것으로, 특히 고에너지 및 고조사량 이온주입기로 반도체 웨이퍼 내부에 결함층을 형성하고, 이후에 고온의 필드 산화공정을 실시하므로써, 웨이퍼 제조시와 소자의 제조공정중에 발생하는 결함이나 불순물들을 소자구동영역의 표면으로 방출(out-diffusion)시키고, 또한 결함층으로 포획되게하여 소자의 품질 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 웨이퍼의 소자구동영역내에 존재하는 결함 및 불순물 제거방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라 소자내부에 존재하는 불순물이나 결함을 제거하는 기술이 요구된다. 격자결함이나 불순물들이 소자구동영역에 존재하게 되면 소수 캐리어 수명(minority carrier lifetime)을 감소시키며, 누설전류를 급격히 증가시키는 요인이 된다. 그리고 이러한 격자결함이나 불순물들은 게이트 산화막의 막질과 CMOS소자의 문턱전압의 균일성을 저하시킨다.

현재 사용되고 있는 불순물 및 결함 제거 기술은 고온, 저온 및 고온의 3단계의 열공정을 사용하는 방법과 웨이퍼 뒷부분에 기계적 손상을 가한 후 고온 열처리 하거나, 고에너지 이온 주입에 의해 발생한 격자 결함층을 만들어 사용하는 방법이 있다. 이 방법중 기계적 손상을 가하여 불순물 및 결함을 제거하는 방법은 고온 및 장시간의 공정을 요구하며, 공정이 복잡한 단점을 가지고 있으며, 또한, 불순물의 포획 장소(rap site)로 작용하는 전위들이 공정 중에 포함되어 있는 열공정에 의해 제거되어 불순물들이 다시 웨이퍼의 구동영역으로 되돌아 오는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 고에너지 및 고조사량 이온 주입기로 반도체 웨이퍼 내부에 결함층을 형성하고, 이후에 고온의 필드 산화공정을 실시하므로써, 웨이퍼 제조시와 소자의 제조공정중에 발생하는 결함이나 불순물들을 소자구동영역의 표면으로 방출시키고, 또한 결함층으로 포획되게하여 소자의 품질 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 웨이퍼의 소자구동영역내에 존재하는 결함 및 불순물 제거방법에 관한 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 웨이퍼의 소자구동영역내에 존재하는 결함 및 불순물 제거 방법은 결함 및 불순물이 존재하는 웨이퍼가 제공되는 단계; 이온 주입공정으로 웨이퍼 내부에 결정 결함층을 형성하는 단계; 상기 웨이퍼를 열처리 하여, 이로 인하여 상기 결정 결함층이 게터링층으로 되고, 상기 웨이퍼 내에 존재하는 결함 및 불순물이 외부 확산 및 상기 게터링층으로 포획되어 상기 웨이퍼의 표면부가 무결함층이 되도록 하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

도 1(a) 내지 도 1(c)는 본 발명의 실시예에 의한 반도체 웨이퍼의 소자구동영역내에 존재하는 결함 및 불순물 제거방법을 설명하기 위해 도시한 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 반도체 웨이퍼 2: 필드 산화막

10: 결함 20: 불순물

30: 결정 결함층 40: 게터링층

50: 무결함층

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1(a) 내지 도 1(c)는 본 발명의 실시예에 의한 반도체 웨이퍼의 소자구동영역내에 존재하는 결함 및 불순물 제거방법을 설명하기 위해 도시한 단면도이다.

도 1(a)를 참조하면, 반도체 소자를 제조하기 위한 반도체 웨이퍼(1) 내에는 결함(10)이나 불순물(20)이 다량 존재한다. 고에너지 이온 주입기를 사용하여 도펀트(dopant)로서 붕소(boron) 이온을 1.5 내지 3.0 MeV 의 에너지 및 3E13 내지 3E15 ions/cm²의 도우즈(dose)로 기판 표면으로부터 2 ∼ 3.2 ㎛의 지점에 최고 농도치를 가지도록 이온주입 하여 웨이퍼(1)내부에 붕소 이온에 의해 결정 결함층(30)이 형성된다.

상기에서, 주입된 붕소 이온은 모재내의 원자와의 탄성 및 비탄성 충돌로 무수히 많은 결함을 유발시키고, 질량이 작아 표면으로부터 깊숙한 지점에 존재하게 된다. 이로 인하여 웨이퍼(1) 내부에는 과잉으로 존재하는 비평형 농도의 결정 결함층(30)이 형성된다. 이러한 농도 결함들은 화학적으로 매우 불안정하여 주위의 다른 결함 요소와의 상호 작용을 하여 안정화되려고 한다.

도 1(b)를 참조하면, 필드 산화공정으로 필드 산화막(2)이 형성된다. 필드 산화막(2)은 1000 ∼ 1200℃의 고온에서 2 내지 10시간 정도 필드 산화공정을 실시하여 형성되는데, 이 공정 동안 웨이퍼(1) 제조시 이미 존재하는 결함(10)과 불순물(20) 및 이온주입에 의해 생긴 결함(10)이 웨이퍼(1) 표면을 통해 방출되고, 일부는 벌크내의 결함층(30)에 포획되어 게터링층(40)이 형성된다.

도 1(c)는 필드 산화공정을 완료한 후, 웨이퍼(1)내의 결함(10) 및 불순물(20)이 외부 방출 및 게터링층(40)에 포획되어 웨이퍼(1) 표면으로부터 수 ㎛ 예를들어, 약 2㎛ 이상의 지점까지 결함(10) 및 불순물(20)이 존재하지 않는 무결함층(50)이 형성된다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 반도체 소자 형성 이전에 소자의 구동영역에 존재하는 결함제거가 가능하므로 후속 공정에 영향을 주지 않으며, 소자의 품질 향상 및 신뢰성을 증대시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 결함 및 불순물이 존재하는 웨이퍼가 제공되는 단계;

   이온 주입공정으로 웨이퍼 내부에 결정 결함층을 형성하는 단계;

   상기 웨이퍼를 열처리 하여, 이로 인하여 상기 결정 결함층이 게터링층으로 되고, 상기 웨이퍼 내에 존재하는 결함 및 불순물이 외부 확산 및 상기 게터링층으로 포획되어 상기 웨이퍼의 표면부가 무결함층이 되도록 하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 소자구동영역내에 존재하는 결함 및 불순물 제거방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 이온주입 공정은 도펀트로서 붕소를 1.5 내지 3.0 MeV 의 에너지 및 3E13 ∼ 3E15 ions/cm²의 도우즈로 상기 웨이퍼의 표면으로부터 2 ∼ 3.2 ㎛의 지점에 최고 농도치를 가지도록 실시되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 소자구동영역내에 존재하는 결함 및 불순물 제거방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 웨이퍼 열처리는 1000 ∼ 1200℃의 온도에서 2 내지 10시간 진행되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 소자구동영역내에 존재하는 결함 및 불순물 제거방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 웨이퍼 열처리는 반도체 소자의 제조공정중 필드 산화공정동안에 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 소자구동영역내에 존재하는 결함 및 불순물 제거방법.