모아의 기웃기웃 · 이해의 작업대
전공정 연재 7 / 10웨이퍼 위 회로 형성 · 이온 주입
실리콘 안에 원하는 깊이로 이온을 어떻게 넣을까?
마스크로 넣을 자리를 고르고, 이온을 가속해 실리콘에 보냅니다. 에너지와 주입량을 바꿔 실리콘 안에서 이온이 어떻게 퍼지는지 살펴보세요.
왜 이온 주입이 필요할까?
실리콘에 붕소나 인을 넣으면 전류가 흐르는 성질이 바뀌어요. 트랜지스터에서 전류가 드나드는 소스·드레인 영역을 만들거나, 전류가 흐르기 시작하는 전압을 조절할 수 있어요.
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마스크를 통과한 이온은 어디에 멈출까?
가린 곳과 열린 곳을 비교해 보세요. 아래에서 이온 종류와 에너지를 바꾸면 단면의 깊이 분포도 바뀝니다.
주입 마스크
실리콘
도펀트
마스크로 넣을 자리를 정해요
포토로 만든 창 아래 실리콘이 드러나고, 양옆은 마스크가 가려요.
에너지와 주입량을 바꿔보세요
붕소를 고르고 10 keV에서 50 keV로 올려 보세요. 다음에는 에너지를 고정한 채 주입량을 두 배로 올려 곡선 높이를 비교해 보세요.
- 평균 깊이 Rₚ
- 깊이 퍼짐 ΔRₚ
- 모형의 최고 농도
현재 주입량기준 1 × 10¹³개/cm²
에너지를 높이면 같은 이온은 대체로 더 깊은 곳까지 가요. 표면에서 수직 방향으로 잰 평균 깊이가 Rₚ, 그 깊이의 표준편차가 ΔRₚ예요. 주입량은 표면 1 cm²에 넣은 이온 수예요. 분포 모양이 같다면 주입량이 두 배일 때 농도도 깊이별로 두 배가 됩니다.
이 곡선은 실리콘 주입 범위표의 Rₚ와 ΔRₚ를 이용한 열처리 전 교육용 모형이에요. 단결정의 채널링, 표면막의 영향, 열처리 중 확산은 모형에서 생략했어요.
실제 박막 트랜지스터 제작에서는?
- p채널 소스·드레인
- 붕소 · 20 keV
- n채널 소스·드레인
- 인 · 50 keV
두 경우 모두 주입량은 2 × 10¹⁵개/cm²였어요. 이 연구에서는 산화막을 통과해 다결정 실리콘에 주입한 뒤 레이저로 열처리했어요. 주입 조건은 이온 종류, 통과하는 막, 원하는 소자 특성에 맞춰 정합니다.