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플라즈마 도핑은 ion-implantation의 결정격자 파괴를 극복하고자 만들어진 도핑 방법입니다. 또한 균일한 도핑이 가능합니다. 그러나 단점이 있어서 개발 중에 있습니다. (하지만 거의 자료가 없는 걸 보아 잘 쓰지 않는 도핑 같습니다.) (단점이 무엇인지도 찾아볼 수 없어 생각해보니 아마 도핑해주는 힘이 약해서 그렇지 않을까 싶습니다.) 아무래도 직접 쏘는 것이 아니라서 격자 구조를 많이 해치지 않죠. 하지만 격자 구조를 많이 해치지 않는다는 것은 그만큼 넣어주는 힘이 약하다는 것이 되겠죠. 또한 이 역시 격자 구조를 완전히 안해치지 않기 때문에 결국 열을 가해주여야 합니다.

도핑공정의 대표주자 Diffusion 공정과 Ion implantation을 비교해보겠습니다. Diffusion Ion implantation 도핑 방법 확산을 이용한 Two step process(Predeposition + Drive-in) Ion implantation + Annealing 장점 확산 방정식을 이용한 정확한 깊이 측정 Throughput 높음(Batch process) Lateral diffusion 감소 Abrupt juncion 형성 가능 정확한 Profile 형성 저농도 doping 형성 가능(저항 형성) 저온 공정 단점 긴 drive-in 시간 필요 Lateral diffusion 큼 고온 공정 고체 용해도에 의해 제한 받음 damage 발생 - Annealing 필요 비싼 ..

도핑 공정에는 크게 확산 공정과 Ion implantation이 있었습니다. 오늘은 Ion implantation에 대해서 알아보겠습니다. Ion implantation은 확산공정의 단점을 보완하기 위해 만들어졌습니다. IC 사이즈가 작아지면서 확산공정의 Lateral diffusion이 문제가 됩니다. 옆으로 퍼지면서 IC 사이즈에서 손해를 보거나 overlapping이 일어나게 됩니다. 따라서 옆으로 퍼지지 않고 깊게 도핑을 해주는 Ion implantation이 나오게 되었습니다. Ion implantation은 강한 에너지와 많은 도즈량을 통해 스캔속도를 낮추고 깊은 접합을 형성할 수 있습니다. 자기장을 통해서 Ion source에서 원하는 Ion들만 선별하고 전기장을 가해주어 Ion을 가속해 w..

도핑이 많이 되었는지 적게 되었는지 구분하는 명명법이 있습니다. 정하기 나름이고 시대에 따라 다르지만 일반적인 명명법을 알아보겠습니다. 또한, 이는 실리콘에서의 명명법입니다. 1014 1014~1016 1016~1019 1019 n-- n- n n+ Si의 ni = 1010/cm3입니다. np = ni2 이기 때문에 n은 1020/cm3 까지 들어가게됩니다.

오늘은 도핑 공정 중에서 확산 공정을 알아보겠습니다. source를 흘려보내서 도핑해주는 공정입니다. 이 source는 기체, 액체, 고체일 수 있습니다. 기체원이 거의 90%입니다. carrier gas(Ar, N2)에 source를 실어서 보내게 됩니다. 액체의 경우 spin-on 방식으로 진행하기도 합니다. 도핑이 잘 되게 하기 위해 고온(500~700°c)에서 흘려주게 됩니다. Furnace(용광로) 설비에서 고온으로 올려주게 되는데 요즘 Furnace 공정이 포토공정 많큼 업무량이 많다고 합니다. 확산 공정은 Two step process로 진행됩니다. 1. Predeposition 2. Drive-in 1. 뿌려 놓고 2. 침투 시키는 것입니다. 이렇게 진행하게 되면 전체 doping양을 조절..

doping 공정은에는 확산 공정, Ion implantation, plasma doping이 있습니다. doping은 원하는 불순물 profile을 만들어주는 것입니다. 가장 많은 소자인 mosfet에 필요한 도핑을 해주기도 하고 PN junction을 만들어주기도 하고 Threshold voltage를 조절하기도 하고 비저항을 조절하기도하고 Ohmic을 형성하기도 합니다. 5족인 donor를 넣어주면 n-type 반도체 3족인 accpetor를 넣어주면 p-type 반도체 입니다. 도핑 농도를 높여 Threshold voltage의 크기를 더욱 크게 할 수 있습니다. 도핑 농도를 높여서 비저항을 낮춰줄 수 있습니다. 도핑 농도에 따라서 원하는 profile을 만들 수 있습니다.

확산과 확산 공정의 차이 확산과 확산 공정은 다릅니다. 확산은 현상인 것이고 이를 이용한 공정은 DNI와 Oxidation 공정이 있습니다. DNI (diffusion & Ion implantation) DNI 공정은 도핑을 해주는 공정입니다. 확산 공정과 이온주입공정을 합쳐서 DNI 공정이라고 말합니다. 두 공정 모두 확산을 통해 도핑을 해줍니다. 도핑을 해주는 방법으로 플라즈마 도핑도 있습니다. Oxidation 공정 (산화 공정) SiO2를 성장하여 절연막을 형성하는 공정입니다. 산화 공정도 확산을 이용한 공정입니다.

Diffusion (확산) 농도 차이에 의해 원자가 이동하는 현상 확산 방정식에 따라 미분방정식의 해를 풀 수 있음 (추후 유도 작성) 확산계수 D 단위 면적당 확산 속도 변수 : 확산 mechanism, 온도, 물질, sub 물질 물질에 따라 천차만별이다. 온도가 올라갈수록 확산 계수가 커진다. EA (Activation energy) 확산 모델 Vacancy Mechanism (공공 매커니즘) Si에서 3~5eV 느린확산 B, P, As Interstitial Mechanism (침입 매커니즘) Si에서 0.5~2eV 느린 확산 Au, Cu (실리콘은 구리 냄새만 맡아도 다 망가진다는 말이 있다.) (아무래도 적은 활성화 에너지로 잘 침입하게 되며 침입 후 격자구조를 무너뜨리기 때문이지 않을까) 이 ..