박막공학 [13] Ion Implantation(이온주입) (2)

 

박막공학 [12] Ion Implantation(이온주입) (1)

 

1. Ion Implantation의 Energy 손실 Mechanism

 

이온의 ‘질량’과 ‘에너지’에 따라 에너지 손실 메커니즘이 달라진다.

 

 이온이 실리콘 내부로 주입될 때 에너지를 잃으면서 감속되는 과정에서 두 가지의 주요 매커니즘이 작동한다.

 

1) Sn​(E); Nuclear Stopping Power

이온과 기판 원자핵의 충돌로 인한 에너지 손실 (결정 손상 유발)

 

 이 매커니즘은 무거운 원소일 때 우세하고, As+가 대표적이다.

2) Se​(E); Electronic Stopping Power

: 이온과 기판 전자 사이의 상호작용으로, 전자 들뜸이나 열이 발생한다.

 

 가벼운 원소일 때 우세하고, H+나 B+가 대표적이다.

 

위의 메커니즘을 ion의 무게에 따라 다시 분류해보자.

 

 

1-1. Ion의 무게에 따른 Stooping의 분류

 

 

1-2. 에너지에 따른 Stopping 비율의 변화

 

 위 그래프를 통해서, 저 에너지에서는 Nuclear Stopping이 지배적이고, 고 에너지에서는 Electronic Stopping이 점점 증가하여 지배적이다.

 

 

1-3. 깊이에 따른 손상 분포

 초기에는 Se​(E)가 Sn​(E)가 우세하기 때문에 전기적 들뜸이 주도적이고, 열이 생성된다. 그러나, 말기에는 에너지가 낮아져 Sn​(E)가 우세하므로 격자 손상이 집중적이다.

 즉, kinetic E를 많이 잃으면 Sn​(E)가 우세하다.

 

 

 따라서, 표면 근처에서는 손상 정도가 작고(Elctronic Stopping), 깊은 지점에서는 손상 정도가 크다(Nuclear Stopping). 참고로 모든 dopant는 Electronic과 Nuclear Stopping E가 동시에 발생한다.

 

 

2. Dopant Activation Annealing 

 고 에너지로 이온 도펀트를 주입하면, Si 격자에서 defect가 발생하고 dopant의 격자 구조가 깨지게 된다. 이를 복구하고, dopant를 활성화하기 위해서 고온 열처리가 필요하다.

 

 

 하지만 이러한 annealing으로 인해 dopant가 확산되어 junction Depth가 증가할 수 있다.

주입량(Qdose)가 커질수록 표면부터 깊은 영역까지 손상이 누적되어 아래쪽 결정질이 비정질화가 발생

 

 

 

2-1. EOR ( End of Range )

주입 깊이의 끝 부분에 해당하는 최대 손상 영역

 

따라서 적절한 Annealing 방식인 RTA(Rapaid Thermal Annealing)을 이용하여 이를 복구하고자 한다.

 

2-2. Implantation Damage의 회복 조건

Q dose와 Temp 사이의 관계를 알아야 annealing 조건을 알 수 있다.

 

- Dose가 낮을수록, 결정화시 필요한 온도의 증가

- Dose가 높을수록, 비정질화가 잘되어 결정 시작 온도가 낮아짐

 

따라서, 온도에 따라 비정질화 임계 dose가 다르고 무거운 이온일수록 적은 양(dose)로도 비정질화가 가능하다. (∵ Nuclear Stopping이 크기 때문)