고체확산 보고서

소개글

고체확산 보고서에 대한 보고서 자료입니다.

목차

◎설계

◎설계 제한요인 및 필수포함 사항

◎dopant 선택 및 이유

◎설계 가설

◎공정단계 기술 및 예상결과

◎ 실제 공정 과정 선택

본문내용

은 고용도, 높은 확산계수를 가지는 물질을 선정하면 최적의 Dopant가 될 것이다. 그래서 상기 사항들을 고려하여 선정하면, 3가 이온에서는 Boron(B), 5가 이온에서는 Phosphorus(P) 가 최적의 이온임을 알 수 있다.
다시 말해, B와 P는 고용도가 높기 때문에 고농도 Doping이 가능하고, 확산계수가 크다. 그리고 이온 활성화 에너지가 낮기 때문에 실온에서 많은 수의 전자·정공이 활성화되기 때문이다.
◎설계 가설
1. 기판의 깊이방향의 확산계수만 고려한다. 실제 공정 시 깊이 방향 외에 상하 좌우의 확산이 일어날 수 있기 때문에 꼭 깊이 방향의 확산만 일어난다고 볼 수는 없다. 그래서 확산공정의 결과가 오로지 깊이 방향으로만 이루어 진다고 가정하였다.
2. Si 표면에 정착된 Dopant가 기체나 여타 다른 이물질과 반응하여 제 2상을 만들어 표면Dopant 농도에 영향을 주지 않는다고 가정하였다. 즉, 처음 고착한 Dopant는 모두 확산반응에 참여한다는 가정을 세웠다.
◎공정단계 기술 및 예상결과
■Drive-In 공정 설계
확산공정에 의한 도핑은 두 번에 걸쳐 진행된다. 첫 번째 과정은 Dopant를 기판 표면에 고착시키는 Pre-Deposition 공정과 두 번째 과정은 고착 Dopant를 기판 내부로 확산시키는 Drive-In 공정으로 나뉜다.
우리는 확산 공정의 설계 시, 설계결과의 표면농도와 내부의 Bulk 농도, 그리고 확산깊이를 알고 시작했기 때문에, 실제 설계는 후반부 공정인 Drive-In공정부터 설계 하게 되었다. 설계 공정은 위와 같은 순서로 진행되었기 때문에 확산계수 D 와 공정시간 t가 곱해진 Dt를 구하면 위와 같다.
■공정온도와 공정시간의 선택
Dt를 위에서 구했기 때문에, 확산계수와 시간의 관계를 구하면 확산계수가 증가하면 시간은 짧아 지고, 시간이 길어지면 확산계수는 작아진다. 또한 확산계수는 온도에 대해 다음의 관계를 가진다.
확산계수는 온도에 정의하게 되므로 고온에서는 확산계수가 커지게 될 것이다. 그래서 1000℃, 1100℃, 1200℃ 세가지의 온도를 선정하고 확산계수를 표에서 찾아보았다 그 결과, 확산계수는 위에서 보듯 고온의 1200℃에서는 의 수치를 보인다.
이러한 확산계수의 값에 따라 공정에 걸리는 시간을 계산 한 결과 1000℃ 에서는 확산계수가 작기 때문에 공정시간이 56시간 이상이 나오며 1300℃ 에서는 너무나도 큰 확산계수로 인하여 공정시간이 약 7분가량이 소요되는 것으로 계산하였다.
공정온도를 많이 높이게 되면 확산계수가 커서 공정시간이 단축되겠지만, 고온으로 인해 기판의 강도가 약해지므로 제품의 내구도에 문제가 발생할 위험이 크다. 또한 너무 빠른 확산 시간으로 인해 정확한 도핑 깊이를 제어하기 힘들어 지며, 그로인한 소자의 정확성에 지대한 영향을 미치게 된다. 그래서 우리는 로 정하여 확산계수와 시간을 정하게 되었다.
◎ 실제 공정 과정 선택
확산 공정을 설계함에 있어, RTP를 이용한 확산공정을 선택하였다.
RTP를 이용한 공정은 공정온도에 대한 구배가 적고, 그로인해 확산공정에 정확성을 높일 수 있기 때문에 RTP를 선정하였다. 확산공정을 제외하고도 RTP는 산화막 형성과정, 이온주입 공정 후 Annealing 공정에 사용된다. 또한 CVD 공정에서도 RTP는 유용하게 사용된다.
■ RTP 공정의 선택 이유
다음은 RTP 공정 시 온도 변화에 대한 그래프이다. 위와 같이 공정 전, 안정화 상태에서 공정온도를 수십 초 내에 급격하게 상승시킨 후, 공정을 진행하기 때문에, 느린 온도변화에 따른 확산편차를 줄일 수 있고, 이에 따라 공정시 정확성 향상을 시킬 수 있다.

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