반도체 8대 공정 - Doping 공정 (1)

이제 반도체 공정의 거의 끝을 향해 달려가고 있습니다. 오늘부터는 Doping 공정에 대하여 알아보겠습니다.

 

1. Doping 공정

 

1) 확산 공정 : 불순물을 후속 열공정을 통해 실리콘 내부로 확산시키는 공정

2) 이온주입 공정 : 입자가속기의 원리를 이용하여 불순물을 주입하는 공정

 

 

2. 동작, 특성

 

1) 확산 공정 방식

 

(1) Pre-deposition : 도펀트를 실리콘의 표면 쪽에 증착하듯이 많은 양을 주입하는 것

(2) Drive-in : 주입된 도펀트가 소자의 깊이 방향으로 확산되어 계산된 거리만큼 들어가게 되고, 표면으로부터 깊이 방향으로 도펀트 농도의 분포를 가지게 됨

 

2) 이온주입 공정 : 원하는 이온을 정확한 에너지로 정확한 양을 웨이퍼상에 마스크로 가려지지 않은 부위에 주입할 수 있어, 확산 방식의 도핑과 비교할 때보다 정확한 소자 제작이 가능

 

 

3. 문제점, 장단점

 

1) 이온 주입에 의해 발생하는 부작용

채널링

- 이온주입 각도에 따라 원자들과 충돌이 없이 이온이 깊이 들어가는 현상

- 그림자 효과를 개선하기 위해 웨이퍼를 0도, 90도, 180도, 270도로 회전하면서 이온주입

 

 

4. 최신 기술, 해결 방안

 

1) 이온 주입에 의한 손상 해결

 

(1) 채널링 방지 -> 7도 Tilting

: 이온 주입 방향을 웨이퍼 표면 수직 방향과 약간 틀어지게 하여 격자와의 충돌이 더 많이 일어날 수 있도록 하는 방법

 

(2) 열처리(annealing)

: 이온 주입 시 격자가 깨져 비정질화된 영역이 다시 결정화되게 함

 

2) 에피택시 공정

- 단결정의 기판 위에 막을 성장하는데, 성장된 막이 기판의 결정 구조 및 결정 방향이 동일하게 단결정 막을 성장하는 것

- 에피택시 성장의 목적에 따라 동종에피와 이종에피의 방법으로 막 성장

- SEG 공정 : 원하는 영역만 선택적으로 에피성장을 시키는 방법

 

 

진성 반도체 Si는 부도체에 가까운 특성을 나타냅니다. 이러한 실리콘에 전기적 특성을 부여하기 위해서는 붕소(B), 인(P) 또는 비소(As)를 불순물로 주입시켜 가각 P형, N형 반도체로 만들어주어야 합니다. 확산 공정을 통해 불순물을 주입하는 Pre-deposion 과정과 불순물을 전기적으로 활성화시키고(activation), 원하는 Juction 깊이를 갖도록 확산시키는 Drive-in 후속 열처리 과정으로 구성됩니다. 이 두 과정은 별도의 과정이 아니라 동시에 진행되는 과정으로 이해하는 것이 좋습니다.

 

 

그러면 확산 공정에 대한 대략적인 내용은 알아보았고, 자세한 내용은 다음 게시물부터 알아보겠습니다.

확산 원리부터 알아보도록 하겠습니다.