여러분들 오늘은 이온주입 공정 이후 평가에 대한 내용을 다루어보도록 하겠습니다. 합격하신 분들 모두 열심히 공부하셔서 K-반도체에 기여하는 인재가 되길 기원하겠습니다!
[질문 1] 이온주입 공정 이후 평가 방법에 대해서 설명하세요.
이온주입 공정은 Dopant를 주입하여, Si Wafer의 전기적 특성을 가지도록 하기 위함입니다. 즉, 이온주입 공정이 끝나면 (후속 열처리 포함) 전기적 성질을 가지게 되고 우리는 원하는 Spec 내에 공정이 잘 진행되었는지 평가합니다. 대표적인 평가 방법은 확산층의 저항을 측정하는 4 Point Probe, Therma Wave, 이차 이온질량 분광법인 SIMS가 있습니다. 4-Point Probe는 간격이 일정한 Probe Tip 4개를 Wafer에 Contact 시켜일정한 전류를 Forcing 해주고, Voltage Drop을 측정하여 V=IR로 계산함으로써 Sheet Resistance를 평가할 수 있습니다. Therma Wave 측정은 Implant 된 영역은 Damage로 인해 반사율이 달라지는데 반사율을 측정하여 Dose와 Dose Uniformity를 측정할 수 있습니다. 마지막으로 SIMS 측정을 통해 Depth Dopant Profile 깊이 Profile과 Dopant Concentration을 측정할 수 있습니다.
[질문 2] 4-Point Probe 평가 방법에 대해서 설명하세요.
4-Point Probe 평가를 통해 확산층의 저항을 측정할 수 있습니다. 간격이 일정한 Probe Tip 4개를 Wafer에 Contact 시키고 양 Side Pin1, Pin4에 Current를 Forcing 해주고, Pin2, Pin3의 Voltage Drop을 측정하여 저항을 계산하는 방법입니다.
4-Point Probe 측정은 PCM 평에서 Sheet Resistance를 측정하는 방법으로 하단 링크를 참고하시면 됩니다.
SIMS는 Secondary Ion Mass Spectrometry로, 깊이 방향으로의 Dopant의 분포특성과 농도를 정확하게 분석할 수 있습니다. 정밀한 분석 방법 중의 하나로 깊이 방향에 따라서 농도가 어느 정도인지, 동일한 원소가 분포되어 있는지, 어떤 특성을 가지고 있는지 정밀하게 볼 수 있습니다. 약 10KeV의 고에너지를 가지는 아르곤이나 산소의 Ion Beam을 Target Surface에 조사하여, Sputtering에 의해 표면에서 튀어나온 원자를 Detect하여 분석합니다.
[세부 사항] Secondary Ion Mass Spectrometry
5~20KeV의 에너지로 가속시켜 기판과 충돌하여 Sputtering이 일어납니다. 그 충격에 의해 표면에서 튀어나온 원자들을 Detect하여 Count하는 것이 SIMS의 기본원리 입니다. SIMS는 일반적으로 성분분석을 위해 사용합니다. Primary Ion, 초기 가속된 이온은 기판 표면에 충격을 가해서 표면에 있는 분자 혹은 원자들이 튀어나오게 되는데, 이떄 충돌에너지는 표면에서 폭발과 같습니다. 일반적으로 충돌하는 이온은 양이온이므로 전자가 표면에 가까이 오게 되고 이때 전자는 샘플 표면에 존재하는 샘플 성분을 가지고 튀어나가게 됩니다. 그럼 이 튀어나오는 원자들은 전자와 함께 튀어나가기 때문에 Negative Charge를 띠게 됩니다. 이를 Detect 하는 것입니다.
그래서 SIMS의 Mehcanism을 Surface Negative Ionization이라고 합니다. SIMS는 정밀 분석이라고 말씀드렸습니다. 오직 시료의 표면 가까이의 10~20Angs 정도 내의 Secondary Ion을 생성하고 충분한 에너지를 갖기 때문에 표면의 원자들 사이의 결합에너지를 극복해 결합을 결합을 끊어버립니다.
양이오은 시료 표면에 부분적으로 박혀있고, 양이온은 샘플의 전자를 당겨 Dipole을 형성합니다. 이 Dipole들은 표면에 전계를 형성하고 이 전계는 다시 샘플로부터 전자를 추출합니다. 그리고 Sputter된 원자들은 표면에 있는 Excess Electron을 데리고 함께 (Negative Ion) 튀어나가게 되는 것입니다. 이 음이온들은 무조건 -1가 음이온들이기 때문에 여분의 전자는 반발력으로 서로 밀어내기 때문입니다.
이러한 Negative Ion을 Detect 하는 방법에 대해서 말씀드리겠습니다. 생성된 Negative Ion은 Ion Energy Analyzer를 거쳐 예측한 Target 원자들이 가지는 Ion Energy 범위를 제외하고 필터링 합니다. 이후, Mass Analyzer를 거쳐, 분석하고자 하는 성분이 'A'라고 할 때, 이 부분에서 Magnetic Field를 인가하여 'A-1', 'A+1' 같은 질량의 이온들을 걸러냅니다.
위 그림과 같이 음이온이 시료 표면에서 나오면 Ion Energy Analyzer를 거치고 Mass Analyzer에서 분석하고자 하는 이온의 Mass를 Detect 합니다. 공정엔지니어는 공정을 수행하면서 제품이나, Chip의 Spec과 Profile에 대해서 이미 숙지한 상태입니다. 그래서 어떤 Dopant Type이 주입되었고, 얼마만큼의 깊이로 분포되었고, 하부막은 어떤 Layer이고 이와 같은 내용들을 이미 숙지한 상태이기 때문에 Mass Analyzer에서 Detect되어야 하는 Negative Ion의 Mass는 이미 정해져 있다는 것입니다.
SIMS를 정리하자면 Sample 표면에 이온을 가속시켜 강력한 충격을 줌으로써 Surface Negative Ion을 만들어라 그 질량에 따라 성분을 분석하는 방법입니다.
최근댓글