ION Implantation(이온주입 공정) 방식과 원리

이온주입, 즉 이온을 특정물질에 넣는 작업을 의미한다. 작은 물체를 가속시켜 다른 물체에 충돌시키면 발생하는 현상은 크게 3가지이다.

 

튕겨나가거나

붙거나

안을 비집고 들어간다

 

여기서 이온주입은 3번째에 해당하는데 일반적으로 원하는 특성층을 만들기위해 Si Wafer(4족)에 3족이나 5족의 물질들을 이온주입시켜 자유전자를 늘리거나 자유정공을 만들어 이후 반도체를 만들때 특성을 보이기위해 하는 공정의 일부로 쓰인다. 

이온주입 예시

이러한 공정을 진행하기 위해서는 넣은 gas나 물체가 플라즈마 형태로 존재하여 반응성을 높이고 원하는 깊이에 원하는 양을 넣을 수 있는 시간을 장비의 조건에 따른 계산과 실험을 통하여 얻어야한다. 

 

방식은 플라즈마를 형성하여 물체에 직접 쏘는 이온빔 형식이 있고 

 

Plasma sheath를 형성해 소재에 전극을 걸어줌으로써 radical을 잡아당겨 소재에 넣는 방식이있다. 

 

 

이온빔 형식(좌)와 대면적 이온주입 방식(우)

전자의 방식은 부도체에도 사용가능한 방법이지만 공정 면적이 좁아 큰 기판에는 불리하며

 

후자의 방식은 도체에 유리한 방법으로 대면적이 가능하지만 면적이 넓을수록 물리적인 예측이 쉽지않아 원하는 양과 깊이로 이온주입하는것이 어렵다.

 

또한 이온주입 공정은 상식적으로 물체의 내부를 뚫고 지나가는 총탄이나 폭탄과 같은 원리이므로 이를 안정화 시켜줘 원하는 특성을 얻기위해 어닐링과 함께 하거나 공정 후 어닐링 공정이 따로 들어간다.