Ion Implantation(이온주입)공정에 대해 알아보자(1)

"Ion Implantation"

 

 

Ion Implantation(이온주입)이란 반도체 물질의 전기적인 특성을 수정하기 위해 반도체 물질의 결정 구조 속으로 도펀트를 주입하는 공정을 의미한다.

 

기판에 도펀트를 주입할 때, 고압의 이온충돌이 필요하다.

 

 

이온주입 공정과 확산 공정과의 차이점은 커버하는 영역을 예로 들 수 있는데, 이온주입은 확산에 비해 좁은 영역(정밀한 부분)의 전기적인 특성을 수정할 때 이온주입 공정을 사용한다.

 

 

이온주입의 장점

1) 불순물 농도의 정교한 제어

2) 저온에서 공정이 진행

3) 도펀트 침투 깊이를 제어할 수 있다

 

이온주입의 단점

도펀트를 주입할 떄, 기판의 결정구조가 손상이 된다.

 

 

 

이온주입기의 구조

 

 

이온주입기의 구조는 크게 5가지로 나눌 수 있다.

 

1) Ion source(이온 소스)

2) Ion extraction, Ion seperation magnet(이온 추출과 자기장을 이용한 분리)

3) Ion acceleration(이온 가속)

4) Scanning system(스캐닝 시스템)

5) Process Chamber(공정 반응실)

 

 

1) 이온 소스

이온은 챔버안의 필라멘트에서 나오는 전자와 공급가스와의 충돌로 생성이 된다.

 

2) 추출과  분리

추출된 이온들이 이온 분석기를 통과할 때 자기장에 의해 경로가 다르게 설정이 된다. 즉, 자기장의 세기로 이온을 골라낸다.

 

3) 이온 가속

이온 분석기를 통과한 이온이 전기장에 의해 가속이 된다.

 

4) 스캐닝 시스템

전기장에 의해 가속된 이온을 X, Y축 조절을 해서 웨이퍼에 전사한다.

 

5) 공정 반응실

웨이퍼에 이온빔을 전사하는 과정이 일어나는 곳을 말한다.

 

 

 

채널링과 어닐링

 

 

채널링

 

도펀트들이 기판의 방향에 따라 격자와 충돌하지 않고 나아가는 현상으로, 결정축이나 결정면에 평행한 방향에서 깊이 투과가 일어난다.

 

방지 방법 : 웨이퍼 틸트

→ 웨이퍼를 기울여서 도펀트가 원하는 것 이상으로 깊게 주입되지 않도록 하는 방법.

 

어닐링

 

실리콘 격자에 주입된 이온들은 틈새 위치에 들어가 있어서 전기적으로 비활성화 상태이다. 이러한 이온들은 결정 격자 위치로 이동시켜 전기적으로 활성화시키고 결정라인의 손상을 수리하기 위해 기판에 열을 가한다.

 

즉, 이온 주입에 의해 손상된 기판을 열을 가해 기판을 복원시키는 과정이다.

→ RTA(Rapid Thermal Annealing)