이온 주입이 하는 일

트랜지스터를 만들려면 실리콘 웨이퍼 위에 전자가 많은 곳(n형)과 정공이 많은 곳(p형)을 원하는 모양대로 그려 넣어야 한다. 그 그림을 그리는 붓이 이온 주입(Ion Implantation)이다. 붕소나 인 같은 원자를 이온으로 만들고 전기장으로 가속해 웨이퍼에 쏘아 넣는다. 이 장에서는 도핑이 왜 필요한지, 오래된 방법인 확산과 비교해 이온 주입이 무엇을 잘하는지, 그리고 이온 주입을 다루는 두 손잡이인 Dose와 Energy를 직접 움직여 본다.

도핑 농도가 실리콘의 저항을 몇 자릿수나 바꾸는지 숫자로 말할 수 있다.
확산과 이온 주입의 농도 분포가 어떻게 다른지, 각각의 장단점을 비교할 수 있다.
Dose와 Energy가 농도 분포의 무엇을 바꾸는지 구분할 수 있다.
빔 전류와 시간으로 Dose를 계산하고, 전하 상태를 빠뜨리면 무엇이 틀리는지 설명할 수 있다.
CMOS 단면에서 이온 주입이 쓰이는 단계를 짚을 수 있다.

순수한 실리콘은 왜 그대로 쓰지 않을까

실리콘 원자는 가장 바깥 껍질에 전자 네 개를 가지고 있고, 결정 안에서 이웃 원자 네 개와 전자를 하나씩 나눠 가지며 공유 결합을 이룬다. 결합에 묶인 전자는 자유롭게 움직이지 못한다. 상온의 열에너지로 결합이 끊어져 자유로워지는 전자는 극히 일부여서, 300 K에서 순수한 실리콘의 자유 전자 농도는 약 10¹⁰ cm⁻³(9.65×10⁹ cm⁻³)에 불과하다. 실리콘의 격자 상수는 0.5431 nm이고 한 변이 이 길이인 정육면체 격자 안에 원자가 8개 들어 있으니, 1 cm³ 안의 실리콘 원자는 약 5×10²² 개다. 원자 5조 개 가운데 전자 하나만 움직이는 셈이다. 그래서 순수한 실리콘은 전기가 잘 통하지 않는다.

여기에 주기율표의 다른 족 원자를 아주 조금 섞으면 사정이 달라진다. 5족인 인(P)이나 비소(As)가 실리콘 자리에 들어가면 결합에 쓰고 남는 전자 하나를 쉽게 내놓는다. 이런 원자를 도너(Donor)라 하고, 전자가 많아진 실리콘을 n형이라 부른다. 3족인 붕소(B)는 결합에 전자 하나가 모자라 빈자리, 곧 정공(Hole)을 만든다. 이런 원자가 억셉터(Acceptor)이고, 정공이 많아진 실리콘이 p형이다. 이렇게 의도적으로 넣는 원자를 도펀트(Dopant), 넣는 일을 도핑(Doping)이라 한다.

그림 1. 도너와 억셉터. 실리콘(회색)은 이웃과 결합 네 개를 이룬다. 5족 원소 인(파랑)은 결합하고 남은 전자(●)를 내놓아 전도에 보태고, 3족 원소 붕소(초록)는 결합 하나를 채우지 못해 정공(○)을 만든다. 실제 결정은 3차원 다이아몬드 구조이며 이 그림은 결합 관계만 평면에 펼쳐 그린 개념도다.

도핑이 얼마나 강력한지는 비저항으로 보면 분명하다. 아래 시뮬레이터는 도핑 농도와 캐리어 이동도의 관계를 정리한 Masetti 모델로 실온(300 K) 실리콘의 비저항을 계산한다. 도펀트가 모두 활성화되었다고 가정한다.

SIMULATOR

도핑 농도로 실리콘의 저항 바꾸기

도펀트

도핑 농도

n형 (P)n형 (As)p형 (B)순수 실리콘

비저항 ρ—

이동도 μ—

도펀트 비율—

순수 Si보다—

해볼 것: ① 농도를 10¹⁵에서 10¹⁹ cm⁻³로 네 자리 올려 보자. 비저항은 네 자리보다 덜 줄어든다. 도펀트가 많아질수록 이온화된 도펀트에 캐리어가 부딪혀 이동도가 떨어지기 때문이다. ② 같은 농도에서 B를 고르면 비저항이 더 크다. 정공의 이동도가 전자보다 낮다. ③ 10¹⁸ cm⁻³도 실리콘 원자 5만 개 가운데 하나꼴이다. 그런데 「순수 Si보다」 칸을 보면 이 적은 양이 비저항을 천만 배 넘게 낮춘다.

10¹⁵ cm⁻³만 넣어도 비저항이 순수 실리콘의 수만 분의 일로 떨어지고, 10¹⁹ cm⁻³ 근처에서는 백만 분의 일 아래로 내려간다. 소자에서는 이 차이를 자리마다 다르게 쓴다. 예를 들어 MIT 강의 자료의 NMOS 공정 흐름은 전류가 드나드는 Source와 Drain을 As 약 30 keV, 약 5×10¹⁵ cm⁻²로 만든다. 3절의 식으로 계산해 보면 이 영역의 농도는 10²⁰ cm⁻³을 훌쩍 넘는다. 반면 트랜지스터가 켜지는 전압을 맞추는 주입에는 그보다 천 배쯤 적은 10¹²대 Dose를 쓴다. 결국 반도체 공정의 상당 부분은 어떤 도펀트를, 얼마나, 어디에, 얼마나 깊이 넣을지의 문제다.

원자를 넣는 두 가지 방법: 확산과 이온 주입

초기의 반도체 공정은 도펀트를 확산(Diffusion)으로 넣었다. 웨이퍼를 고온의 노에 넣고 도펀트가 든 기체나 막을 표면에 공급하면, 도펀트 원자가 표면을 통해 실리콘 안으로 천천히 퍼져 들어간다. 원자가 고체 속을 움직이려면 높은 온도와 긴 시간이 필요하다. 예를 들어 확산만으로 2~3 µm 깊이의 Well을 만들려면 1,050 °C 이상에서 8시간 넘게 열처리해야 한다. 이 방법에서는 농도가 늘 표면에서 가장 높고 안으로 갈수록 낮아진다. 넣는 양과 깊이가 모두 온도와 시간에 함께 묶여 있어서 둘을 따로 맞추기 어렵고, 특히 아주 적은 양을 재현성 있게 넣기가 어렵다.

이온 주입은 발상이 다르다. 도펀트를 이온으로 만들어 전기장으로 가속하고, 질량으로 골라낸 다음 웨이퍼에 쏜다. 들어간 이온의 개수는 빔의 전하, 곧 전류를 재서 센다. 얼마나 깊이 들어갈지는 가속 에너지가 정한다. 그래서 넣는 양과 깊이를 각각 따로 정할 수 있고, 농도의 최댓값을 표면 아래에 둘 수도 있다. 이온 주입이 확산을 밀어낸 이유를 Rubin과 Poate는 한마디로 정밀하고, 믿을 만하고, 재현성이 좋기 때문이라고 정리한다. 아래 애니메이션에서 두 방법의 농도 분포가 만들어지는 과정을 나란히 비교해 보자.

ANIMATION

확산 vs 이온 주입: 농도 분포가 만들어지는 과정

재생

이온 주입 에너지

확산 (열처리 시간에 따라 깊어진다)이온 주입 (에너지가 깊이를 정한다)

해볼 것: ① 확산 쪽은 시간이 지나도 농도가 늘 표면(왼쪽 끝)에서 가장 높다. ② 이온 주입 쪽은 이온이 특정 깊이 근처에 모여 봉우리를 만든다. 에너지를 바꾸면 봉우리 위치가 옮겨 간다. ③ 아래 그래프의 세로축은 로그 눈금이다. 이 그림은 두 분포의 모양을 비교하는 학습용 모델이며, 크기와 깊이는 임의 단위다.

두 방법의 차이를 표로 정리하면 다음과 같다. 이온 주입이 1970년대 이후 도핑의 주된 방법이 된 이유는 표의 앞쪽 세 줄에 있다. 하지만 마지막 줄의 대가도 크다. 빠르게 날아든 이온은 결정의 원자를 밀쳐 내 손상을 남기고, 들어간 도펀트는 그대로는 전기적으로 일하지 않는다. 그래서 이온 주입 뒤에는 거의 반드시 열처리가 따라온다. 이 문제는 5장과 6장에서 자세히 다룬다.

	확산 (Diffusion)	이온 주입 (Ion Implantation)
넣는 양	온도·시간·고용도로 간접 조절	빔 전류를 적분해 직접 센다
깊이	온도·시간에 따라 함께 변한다	가속 에너지로 따로 정한다
농도 분포	표면이 최대, 안으로 갈수록 감소	표면 아래에 봉우리를 둘 수 있다
공정 온도·마스크	고온이라 산화막 등 견디는 막이 필요	상온 근처에서 주입하므로 감광막(PR)을 마스크로 쓸 수 있다
대가	깊이와 양을 따로 정하기 어렵다	결정 손상, 활성화를 위한 열처리, 복잡하고 비싼 장비

이온을 쏘아 반도체를 만든다는 생각

이온 충격으로 반도체 소자를 만드는 방법은 1950년대에 이미 특허로 나왔다. 트랜지스터 발명자 가운데 한 명인 William Shockley가 1954년에 출원해 1957년에 등록한 미국 특허 2,787,564다. 이 특허는 BF₃에서 얻은 붕소 이온을 n형 저마늄에 쏘아 p형 층을 만들고, 약 400 °C에서 10분쯤 가열해 표면 손상을 회복하는 방법을 적고 있다.

양산에 자리 잡기까지는 그로부터 20년 가까이 걸렸다. IBM과 Western Electric이 사내용 장비를 먼저 만들었고, 상용 장비 시장은 1970년대 초에야 열렸다. 주입 뒤 열처리도 처음에는 500~700 °C에서 하다가, 몇 해 뒤에야 900~1,100 °C가 알맞다는 것이 알려졌다. 초기 연구자들은 상온에서 처리할 수 있다는 점에 주목했지만, 이온 주입의 진짜 가치는 800 °C가 넘는 열처리와 결합한 정밀한 도핑에 있었다. 자기 정렬 실리콘 게이트와 결합하면서 As Source/Drain, 문턱 전압 조절, LDD 같은 쓰임새가 열렸다.

두 손잡이: Dose와 Energy

이온 주입 레시피에서 가장 먼저 보는 두 숫자가 Dose와 Energy다. 현장에서도 이 둘은 번역하지 않고 영어 그대로 부른다.

Dose는 웨이퍼 면적 1 cm²에 들어간 이온의 개수다. 단위는 cm⁻²(또는 ions/cm²)이다. 부피 농도(cm⁻³)가 아니라 면적당 개수라는 점에 주의하자. 같은 Dose라도 얇게 몰려 있으면 농도가 높고, 넓게 퍼지면 농도가 낮다.
Energy는 이온이 가속되어 얻은 운동 에너지로, 보통 keV 단위로 쓴다. 전하가 $n$가인 이온을 전압 $V$로 가속하면 $E = n\,qV$이므로, 1가 이온을 30 kV로 가속하면 30 keV, 2가 이온이면 같은 30 kV에서 60 keV가 된다. Energy가 클수록 이온이 깊이 들어간다.

Dose의 크기를 감각적으로 잡아 보자. 실리콘의 (100) 면에는 격자 한 칸(한 변 $a$ = 0.5431 nm인 정사각형)마다 원자가 두 개 있으니, 표면 한 층의 원자 수는 $2/a^2 \approx 6.8\times10^{14}\ \text{cm}^{-2}$이다. Source와 Drain에 쓰는 10¹⁵ cm⁻² 수준의 Dose는 실리콘 원자 한 층보다 많은 이온을 심는 셈이다. Rubin과 Poate도 경제적인 생산성으로 넣을 수 있는 가장 높은 Dose인 약 10¹⁶ cm⁻²가 원자층 약 20층 분량에 불과하다고 적었다. 반대로 문턱 전압 조절에 쓰는 10¹² cm⁻² 수준은 원자 한 층의 수백 분의 일이다. 실제 공정의 Dose는 10¹¹~10¹⁶ cm⁻²의 다섯 자릿수에 걸치고, Energy는 1 keV 미만부터 3,000 keV 이상까지 쓰인다.

이온은 웨이퍼에 들어가 실리콘 원자와 수없이 부딪히며 에너지를 잃고 멈춘다. 하나하나는 제각각 다른 깊이에서 멈추지만, 수많은 이온이 모이면 특정 깊이를 중심으로 종 모양 분포를 이룬다. 이 중심 깊이를 투영 비정(Projected range, $R_p$), 퍼진 정도(표준편차)를 $\Delta R_p$(Straggle)라 부른다. 처음 근사로는 분포를 Gaussian으로 쓸 수 있다. 실제 분포가 Gaussian에서 어떻게 벗어나는지는 3장에서 다룬다.

$$N(x) = \frac{\Phi}{\sqrt{2\pi}\,\Delta R_p}\exp\!\left[-\frac{(x-R_p)^2}{2\,\Delta R_p^{\,2}}\right],\qquad N_p = \frac{\Phi}{\sqrt{2\pi}\,\Delta R_p}\approx \frac{0.4\,\Phi}{\Delta R_p}$$

$N(x)$: 깊이 $x$에서의 도펀트 농도(cm⁻³), $\Phi$: Dose(cm⁻²), $R_p$: 투영 비정, $\Delta R_p$: 표준편차, $N_p$: 봉우리(피크) 농도. Dose는 분포 아래의 넓이, 곧 $\int N\,dx = \Phi$이다.

식이 말해 주는 관계는 간단하다. Dose는 분포의 높이를 정하고, Energy는 분포의 위치와 폭을 정한다. Energy를 올리면 $R_p$와 $\Delta R_p$가 함께 커지므로, 같은 Dose라도 넓게 퍼지면서 피크 농도는 낮아진다. 기판에 원래 들어 있던 반대형 도핑(배경 농도 $N_B$)과 주입한 농도가 같아지는 깊이가 접합 깊이(Junction depth, $x_j$)다. 아래 시뮬레이터로 확인해 보자. $R_p$와 $\Delta R_p$는 SRIM-2013으로 계산된 비정질 실리콘의 표 값을 보간해 쓰고, 표보다 낮은 에너지는 2장의 몬테카를로 모델로 잇는다.

SIMULATOR

Dose와 Energy로 농도 분포 그리기

이온

Dose Energy 기판 배경 농도

R_p—

ΔR_p—

피크 농도—

접합 깊이 x_j—

해볼 것: ① Dose만 바꿔 보자. 봉우리의 위치는 그대로이고 높이만 오르내린다. 그런데 접합 깊이는 조금씩 움직인다. 분포의 꼬리가 배경 농도와 만나는 지점이 달라지기 때문이다. ② Energy를 올리면 봉우리가 깊어지면서 낮고 넓어진다. ③ 같은 Energy에서 B, P, As를 바꿔 보자. 가벼운 이온일수록 깊이 들어간다. ④ 배경 농도를 높이면 접합이 얕아진다. (모델의 가정: Gaussian 분포, 비정질 실리콘, 열처리 전, 채널링 없음)

PREDICT

Dose를 10배로 늘리면?

As 30 keV, Dose 10¹⁴ cm⁻²로 주입하던 레시피에서 Dose만 10¹⁵ cm⁻²로 10배 늘렸다. 기판 배경 농도는 10¹⁷ cm⁻³이다. 농도 분포는 어떻게 바뀔까?

답을 고르면 바뀐 분포가 함께 그려진다.

PREDICT

같은 Energy라면 누가 더 깊이 들어갈까?

붕소(B, 질량 11)와 비소(As, 질량 75)를 똑같이 40 keV로 주입한다. 어느 쪽의 R_p가 더 깊을까?

답을 고르면 두 이온의 분포가 함께 그려진다.

이온을 세는 법: 전류 × 시간

이온 주입이 Dose를 정밀하게 맞출 수 있는 이유는 이온이 전하를 띠고 있기 때문이다. 이온 하나하나를 셀 수는 없지만, 웨이퍼에 도착한 전하의 흐름인 전류는 잴 수 있다. 1가 이온 하나는 기본 전하 $q = 1.602\times10^{-19}$ C를 실어 나르므로, 1 mA의 1가 이온 빔은 1초에 $10^{-3}/1.602\times10^{-19} \approx 6.24\times10^{15}$ 개의 이온을 운반한다. 측정한 전류를 시간에 대해 적분하고 이온 하나의 전하와 면적으로 나누면 Dose가 된다.

$$\Phi = \frac{1}{n\,q\,A}\int I\,dt \;\approx\; \frac{I\,t}{n\,q\,A}$$

$\Phi$: Dose(cm⁻²), $I$: 빔 전류(A), $t$: 주입 시간(s), $n$: 이온의 전하 상태(1가 = 1, 2가 = 2), $q$: 기본 전하, $A$: 빔이 고르게 덮는 면적(cm²).

300 mm 웨이퍼의 면적은 약 707 cm²다. 여기에 10¹⁵ cm⁻²를 넣으려면 이온 7.07×10¹⁷ 개가 필요하고, 1 mA 빔으로는 약 113초가 걸린다. 실제 장비는 빔을 웨이퍼 전체에 고르게 훑어야 하고 웨이퍼를 바꾸는 시간도 들기 때문에 더 오래 걸린다. 그래서 Dose가 높은 공정일수록 빔 전류가 큰 장비가 필요하다. 이 관계가 8장에서 볼 장비 분류(High Current, Medium Current)의 출발점이다.

CHALLENGE

목표 Dose를 맞혀라

빔 전류

직접 입력mA

주입 시간

직접 입력s

문제를 읽고 빔 전류와 시간을 정한 뒤 「주입하기」를 누른다.

전류 × 시간 (전하)—

초당 이온 수—

들어간 Dose—

목표 대비—

점수0 / 0

조건: 들어간 Dose가 목표의 ±5% 안에 들고, 주입 시간이 제한 시간 이하여야 성공이다. 계산한 값은 「직접 입력」 칸에 바로 넣을 수 있다. 막히면 「힌트」를 누르자. 누를 때마다 한 단계씩 더 알려 준다. 빔 전류는 웨이퍼에 도착한 전하의 전류로 측정한다고 가정한다. 웨이퍼 교환 시간과 Scan 효율은 무시한다.

전하 상태를 빠뜨리면 Dose가 정확히 두 배 틀린다

Dose를 재는 장치는 이온의 개수가 아니라 전하를 센다. 같은 1 mA라도 2가 이온(예: P²⁺)이면 이온 수는 절반이다. 그래서 측정한 전하를 이온 하나의 전하, 곧 레시피에 지정된 전하 상태로 나눠 이온 수로 환산한다. 높은 에너지를 얻으려고 2가·3가 이온을 쓰는 일이 흔하다. High Energy 장비는 다가 이온으로 약 4,000 keV까지 낸다. 그래서 전하 상태를 레시피와 실제 빔에서 일치시키는 것이 Dose 정확도의 기본이다. 빔이 지나는 길에서 이온이 잔류 기체와 부딪혀 전하를 잃으면, 전하가 없는 중성 원자는 그대로 웨이퍼에 박히지만 전류로는 세지지 않는다. PR이 덮인 웨이퍼에서 기체가 나와 압력이 오르면 이 때문에 Dose가 맨 웨이퍼와 1% 넘게 달라질 수 있고, 가장 흔한 결과는 과주입이다. 이 문제는 9장의 Faraday Cup과 11장의 이상 분석에서 다시 다룬다.

CMOS 공정 흐름 속 이온 주입

CMOS는 n채널 트랜지스터(NMOS)와 p채널 트랜지스터(PMOS)를 한 웨이퍼에 함께 만든다. 두 트랜지스터는 도핑의 극성이 정반대이므로, 웨이퍼의 어느 부분은 감광막(PR)으로 가리고 나머지 부분에만 이온을 넣는 일을 여러 번 되풀이한다. 아래 단면에서 단계를 하나씩 눌러 보자. 각 단계가 무엇을 위해, 어떤 이온을, 어떤 범위의 Energy와 Dose로, 어디를 가리고 넣는지 볼 수 있다. 예시 수치는 Plummer·Deal·Griffin의 교재를 따른 대학 강의 자료와 공개 특허에서 가져왔다.

EXPLORE

CMOS 단면에서 이온 주입 단계 찾기

그림은 구조를 보여 주는 개념도이며 크기 비율은 실제와 다르다. 단계별 수치는 교육 자료와 특허에 실린 예시이며, 실제 값은 제품과 세대에 따라 크게 다르다.

단계별 근거: Well과 Vt 조절의 이온·Dose·Energy, 확산 Well과 Retrograde Well, Source/Drain 예시, LDD의 목적, Halo의 목적과 각도·Dose·Energy, 단계별로 쓰는 이온 종류와 큰 각도 주입이 가능한 장비.

단계를 다 눌러 보면 한 가지가 분명해진다. 트랜지스터 하나를 완성하는 데에도 이온 주입이 여러 번, 서로 다른 조건으로 들어간다. Well은 깊고 넓게, Vt 조절은 아주 적은 양을 표면 근처에, Source와 Drain은 많은 양을 얕게 넣는다. 그래서 장비도 한 종류로는 부족하다. 깊은 Well에는 높은 Energy를 내는 장비가, Source/Drain처럼 Dose가 큰 공정에는 빔 전류가 큰 장비가 필요하다. 이 구분이 7~8장의 주제다.

또 하나 눈여겨볼 점은 LDD와 Source/Drain이 게이트를 마스크로 쓴다는 것이다. 게이트를 먼저 만들고 그 양옆에 주입하면 Source/Drain이 게이트 가장자리에 정확히 맞춰 정렬된다. 이 자기 정렬(Self-aligned) 방식은 상온 근처에서 직진하는 이온으로 도핑하기 때문에 가능하다. Fair는 이온 주입이 자기 정렬 실리콘 게이트와 결합하면서 비로소 MOS 공정의 핵심 기술이 되었다고 정리한다. 반대로 말하면, 이온이 비스듬히 들어가거나 PR과 게이트에 가려 그림자가 생기면 도펀트가 들어가는 자리가 달라진다. 4장에서 각도와 그림자를 다룬다.

칩 하나에 이온 주입이 몇 번 들어갈까

Rubin과 Poate에 따르면 1970년대의 단순한 NMOS 공정에는 이온 주입이 6~8번 필요했지만, 메모리를 함께 넣은 최신 CMOS는 35번까지 늘었다. 대형 Fab은 한 달에 웨이퍼를 최대 5만 장 처리하고, 웨이퍼마다 주입을 20~30번 거친다. 한 번의 레시피 실수나 장비 이상이 많은 웨이퍼에 퍼질 수 있다는 뜻이다. 게다가 이온 주입은 웨이퍼의 모양이나 색을 바꾸지 않고 전기적 성질만 바꾼다. 그래서 빠지거나 두 번 들어간 주입은 공정을 거의 다 마친 뒤의 전기 특성 검사에서야 드러나기 쉽다. 9장과 11장에서 이것을 미리 잡아내는 모니터링과 이상 분석을 다룬다.

핵심 정리

순수 실리콘의 자유 캐리어는 약 10¹⁰ cm⁻³뿐이다. 5족(P, As)은 전자를 내놓아 n형을, 3족(B)은 정공을 만들어 p형을 만든다.
도핑은 비저항을 여러 자릿수 바꾼다. 다만 농도가 높아질수록 이동도가 떨어져, 농도에 정비례하지는 않는다.
확산은 표면에서 가장 진하고 양과 깊이를 따로 정하기 어렵다. 이온 주입은 Dose를 전류로 세고 깊이를 Energy로 정하며, 피크를 표면 아래에 둘 수 있다.
Dose는 분포의 높이(면적)를, Energy는 위치(R_p)와 폭(ΔR_p)을 정한다. 피크 농도는 약 0.4Φ/ΔR_p다.
Dose = 전류 × 시간 / (전하 상태 × q × 면적). 전하 상태를 빠뜨리면 Dose가 그 배수만큼 틀린다.
CMOS에는 Well, Vt 조절, LDD, Halo, Source/Drain 등 조건이 다른 주입이 여러 번 들어가고, 게이트를 마스크로 쓰는 자기 정렬이 핵심이다. 이온 주입 뒤에는 손상 회복과 활성화를 위한 열처리가 따른다.

확인 퀴즈

1. n형 도핑 농도를 10¹⁵ cm⁻³에서 10¹⁸ cm⁻³로 1000배 올렸다. 비저항은 어떻게 될까?

비저항은 $\rho = 1/(qN\mu)$이다. 농도 $N$이 1000배가 되는 동안 이온화된 불순물에 의한 산란이 늘어 이동도 $\mu$가 수백 분의 일 수준에서 몇 분의 일로 떨어진다. 그래서 비저항은 1000분의 1보다 덜 줄어든다. 시뮬레이터로 돌아가기

2. 확산과 비교한 이온 주입의 특징으로 틀린 것은?

주입은 상온 근처에서 하지만, 이온이 남긴 결정 손상을 회복하고 도펀트를 격자 자리에 넣어 전기적으로 활성화하려면 열처리가 거의 반드시 필요하다. 확산과 이온 주입 비교

3. 다른 조건은 그대로 두고 Energy만 높였다. 가장 먼저 크게 바뀌는 것은?

Energy는 깊이를 정한다. R_p와 ΔR_p가 함께 커지므로, Dose가 같으면 분포가 넓어지면서 피크 농도는 오히려 낮아진다. 시뮬레이터로 돌아가기

4. P²⁺ 이온 빔의 전류를 1 mA로 측정했다. 1초에 웨이퍼에 들어가는 인 이온의 수는?

이온 하나가 기본 전하 2개를 실어 나르므로, 같은 전류에서 이온 수는 1가일 때의 절반이다. $10^{-3}/(2\times1.602\times10^{-19}) \approx 3.12\times10^{15}$ 개/s. 이온을 세는 법

5. LDD와 Source/Drain 주입을 게이트를 만든 뒤에 하는 가장 큰 이유는?

게이트가 이온을 막아 주므로 그 양옆에만 도펀트가 들어가고, Source/Drain이 게이트 가장자리에 정렬된다. 이것이 자기 정렬(Self-aligned) 공정이다. CMOS 공정 흐름