확산 공정

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 조절하기 쉽습니다.

정확한 도핑 profile을 조절하기 쉽습니다. (확산 방정식 존재)

damage가 없습니다.

Batch process입니다.

PSG, boron skin을 제거할 수 있습니다.

 

 

그러나 고체 용해도에 의해 제한을 받습니다.

표면 농도를 낮추기 위해 긴 drive-in 시간(10h)이 필요합니다.

Lateral diffusion이 증가합니다. 이로 인해 overlapping이 일어날 수 있고 IC 면적에서 손해볼 수 있습니다.

 

 

 

 

1. Predeposition

확산 에너지를 얻어 불특정 랜덤 운동을 시키기 위해 900~1100°c의 고온에서

일정량(도핑하고자 하는 총량)의 원소를 증착시킵니다.

30~60min 진행합니다.

이 과정은 표면 가까이로만 확산이 됩니다.

공정 온도에 따라 최고 doping 농도가 변하게 됩니다.

이는 고체 용해도(solid solubility)와 관련있습니다.

온도를 더 올렸을 때 급격히 감소하는 이유는

실리콘이 녹아버리기 때문입니다.

 

 

 

 

 

2. Drive-in

산화를 시켜 위쪽을 막아줍니다.

이 산화막은 Si 보다 확산 계수가 낮은 물질을 사용해야 합니다.

확산 계수가 낮다는 것은 확산이 잘 이루어지지 않는 다는 것이고

위쪽으로 빠지지 않고 아래쪽으로만 확산 된다는 뜻이기 때문입니다.

주로 SiN, SiO2를 사용합니다.

 

1000~1250°c, 10h로 진행시켜 원하는 깊이까지 불순물을 후 확산시켜 doping profile을 조절시켜 줍니다.