반도체 8대공정(5-2)-이온 주입 공정

반도체 이온 주입 공정은 일반적으로 도핑 목적으로 반도체 장치의 제조에 사용되는 기술입니다. Doping은 전기 특성을 변경하기 위해 반도체 재료(ex. 실리콘 등)에 특정 불순물을 도입하는 과정입니다. 오늘은 이온 주입 공정에 대해 알아보겠습니다.

 

1 . 이온 생성

이온 주입에서 원하는 dopant 원자(예를 들어 붕소, 인, 비소 등)를 함유하는 가스가 이온화됩니다. 가스는 가열되어 전기장을 통과하여 이온을 생산하며, 이온은 전자를 얻거나 손실한 원자이며, 따라서 순 전하를 갖습니다.

 

dopant 가스 선택

첫 번째 단계는 반도체 장치의 원하는 전기 특성을 기반으로 적절한 dopant 재료를 선택하는 것입니다. 일반적인 dopant는 다음을 포함합니다. 붕소(b) p 형 도핑의 경우 (반도체에서 "구멍"을 생성) 인 (P) 및 비소 (AS) N형 도핑의 경우 (재료에 자유 전자를 추가) 이 dopant는 일반적으로 붕소의 경우 bf₃ 또는 인의 경우 ph₃와 같은 기체 형태로 제공됩니다.

 

2 . 이온화

dopant 가스가 선택되면, 다음 단계는 가스의 원자를 이온화하는 것입니다. 이온화는 원자 또는 분자가 전자가 되기 위해 전자를 얻거나 잃는 과정입니다 (이온). 이것은 일반적으로 플라즈마 또는 고 에너지 전기장을 사용하여 이루어집니다. dopant 가스를 이온화하는 몇 가지 방법이 있습니다.

 

플라즈마 소스 : 플라즈마 생성기 (무선 주파수 또는 DC 플라즈마 소스와 같은)는 가스 분자를 흥분시켜 이온화를 유발합니다. 이는 가스 원자가 일부 전자가 벗겨져 양으로 하전 된 이온을 생성한다는 것을 의미합니다.

 

전자 충격 이온화 : 경우에 따라 고 에너지 전자 beam이 dopant 가스를 향하여 가스 분자와의 충돌을 일으킨다. 이러한 충돌은 원자 나 분자 밖으로 전자를 노크하여 이온화로 이어질 수 있습니다.

 

스퍼터링 : 특정 이온 공급원에서, 고 에너지 입자 (전자 또는 다른 이온과 같은)가 고체 물질과 충돌하여 원자를 녹아웃 할 때 이온이 생성되어 이온화됩니다.

 

3 . 이온 추출 : 이 전기장은 이온의 "진공"역할을하여 플라즈마을 피하고 공정의 다음 부분으로 이동하는 데 도움이됩니다.

 

4 . 가속

추출 후, 이온은 전기장 을 사용하여 높은 에너지로 가속됩니다. 이 가속도는 두 전극 사이에 전압 차이를 적용하여 달성됩니다. 하전 된 이온은이 전기장에서 힘을 경험하여 목표 반도체 웨이퍼를 향해 이동할 때 운동 에너지를 얻습니다.

이온의 에너지는 이온이 이식 중에 반도체 재료를 얼마나 깊이 침투하는지를 제어하기 때문에 주요 매개 변수입니다. 에너지가 높을수록 이식이 더 심해지고 에너지가 낮아져 얕은 이식이 발생합니다.

 

5 . beam 모양 및 제어

가속 후, 이온 beam은 자기 및 전기장 을 사용하여 형성되고 집중됩니다. 이 필드는 이온 beam을 반도체 웨이퍼의 특정 영역으로 지시하는 데 도움이됩니다. 이 단계의 정확도는 dopant 이온이 반도체 재료에 필요한 곳에 정확히 이식되도록하기 때문에 중요합니다.

 

6 . Impantation

이온 beam은 반도체 재료의 표면에 첨부되며, 여기서 이온은 격자 구조에 침투하여 내장됩니다. 침투 깊이는 이온의 에너지를 조정하여 제어됩니다. 이식의 용량 및 에너지는 물질에서 dopant 원자의 농도와 깊이를 결정합니다.

 

7. Annealing

이식 후, 반도체 웨이퍼는 일반적으로 열 annealing 공정에 적용됩니다. 이 과정은 이식 공정으로 인한 격자 구조의 손상을 복구하고 dopant 원자를 활성화시켜 반도체의 전기적 특성을 효과적으로 변경할 수 있도록합니다.

 

이온 주입의 이점으로는 정밀도인데, dopant의 도핑 농도 및 깊이를 정확하게 제어 할 수 있으므로 매우 특정한 전기 특성을 가진 장치를 만드는 데 중요합니다. 또한 다른 도핑 방법과 달리, 이온 임플란트는 dopant가 제어 된 방식으로 전달되기 때문에 오염 위험을 줄입니다. 그리고 웨이퍼를 가로 질러 dopant 분포의 높은 균일성을 달성 할 수 있습니다.

 

이온 임플란트는 전도도, 임계 값 전압 및 전류 흐름과 같은 전기 특성을 제어하는 ​​데 정확한 도핑이 필수적인 통합 회로, 트랜지스터, 다이오드 및 기타 반도체 장치의 생산에 널리 사용됩니다. 요컨대, 이온 임플란트는 dopant를 반도체 재료에 주입하는 정확하고 제어된 방법으로, 고성능 반도체 생성을 가능하게합니다.