반도체 8대 공정 - Doping 공정 (4)

지난 시간의 내용과 이어집니다.

 

SPR에 의한 방법은 SIMS 측정법과는 다르게 전기적인 저항을 측정하여 도펀트의 농도 프로파일을 얻어냅니다. 도핑된 실리콘을 표면과 매우 작은 각도(~1도 수준)로 갈아주게 되면 깊이 방향으로 경사진 면이 나타나게 됩니다. 이 경사진 면을 일정한 거리만큼 이동하면서 2개의 탐침으로 저항을 측정하게 됩니다. 측정된 깊이에 따른 전기 저항은 저항-비저항-도펀트 농도 실험치에 의한 상관관계를 통해 깊이에 따른 도펀트 농도로 환산됩니다. 표면으로부터 작은 각도로 연마하는 이유는 깊이 방향으로 정밀하게 측정을 하기 위함이지만 최근의 나노 수준의 도핑 깊이를 커버하기에는 무리가 있습니다. 하지만 SIMS와는 다르게 전기저항 측정을 통해 결과를 얻어내기 때문에 활성화된 도펀트만 프로파일링 할 수 있다는 장점이 있습니다.

이러한 도핑 농도 프로파일 방법은 실제의 소자 내에서 도펀트 분포를 측정하는 것이 아니기 때문에 간접적으로 평가 분석하는 방법입니다. SIMS와 SRP 방법 모두 실리콘 웨이퍼에 도핑 조건에 따른 상대적인 비교의 방법으로 사용하고 있습니다. 하지만 최근 스케일이 작아지고 복잡해지는 구조의 소자 형태에서 정확한 측정을 통한 프로파일링이 불가능합니다. 따라서 주로 시뮬레이션의 결과와 위의 결과를 비교 분석하면서 문제 원인 파악이나 공정 조건 평가의 방향을 검증하는 방법을 사용하고 있습니다.

 

 

이온 주입 공정 (Implantation)

 

이온 주입기 (Ion Implanter)

 

확산 공정은 도핑 농도와 접합 깊이를 제어할 수 없고, 등방성 도핑이며 표면 저농도 도핑이 어려운 문제점이 있습니다. 이 문제점을 극복하기 위해 도입된 방법이 입자가속기의 원리를 이용하여 불순물을 주입하는 방법인 이온 주입 (Ion Implantation) 방법입니다. 

 

이온 주입기는 PF3, PH3, AsH3 등의 가스를 이온화시키고 원하는 불순물 이온만을 추출하는 이온 소스부, 추출된 이온을 원하는 에너지로 가속시키는 빔라인(bean line)부, 그리고 웨이퍼에 이온이 주입되는 곳인 엔드스테이션(End station) 부로 구성됩니다. 이온소스부에서는 주입된 불순물 가스를 고진공 조건(10^(-7)~10^(-5) torr)에서 플라즈마화 시키고 이중 양이온만 추출합니다. 추출된 양이온 중 원하는 불순물(B+, BF+2, P+, As+ 등)은 Analyzer Magnet을 이용하여 분리합니다.

 

 

이온 주입기의 질량 분석기(Mass Analzer)에 대하여 다음 시간부터 이어서 소개하겠습니다.