Electrical Properties of Ultra-shallow Junctions using ion Implantation

Fabricated were ultra-shallow $p^+-n$ junctions on n-type Si(100) substrates using decaborane $(B_{10}H_{14})$ ion implantation. Decaborane ions were implanted at the acceleration voltages of 5 kV to 10 kV and at the dosages of $1\times10^{12}\textrm{cm}^2$.The implanted specimens were annealed at $800^{\circ}C$, $900^{\circ}C$ and $1000^{\circ}C$ for 10 s in $N_2$ atmosphere through a rapid thermal process. From the measurement of the implantation-induced damages through $2MeV^4 He^{2+}$ channeling spectra, the implanted specimen at the acceleration voltage of 15 kV showed higher backscattering yield than those of the bare n-type Si wafer and the implanted specimens at 5 kV and 10 kV. From the channeling spectra, the calculated thicknesses of amorphous layers induced by the ioin implantation at the acceleration voltages of 5 kV, 10 kV and 15 kV were 1.9 nm, 2.5 nm and 4.3 nm, respectively. After annealing at $800^{\circ}C$ for 10 s in $N_2$ atmosphere, most implantation-induced damages of the specimens implanted at the acceleration voltage of 10 kV were recovered and they exhibited the same channeling yield as the bare Si wafer. In this case, the calculated thickness of the amorphous layer was 0.98 nm. Hall measurements and sheet resistance measurements showed that the dopant activation increased with implantation energy, ion dosage and annealing temperature. From the current-voltage measurement, it is observed that leakage current density is decreased with the increase of annealing temperature and implantation energy.

이온 주입을 통한 ultra-shallow junction 형성 및 전기적 특성

Decaborane ($B_{10}H_{14}$) 이온 주입법으로 n-type Si (100) 기판에 ultra-shallow $p^{+}-n$ 접합을 형성시켰다. 이온 주입에너지는 5kV와 10kV, 이온 선량은 $1\times10^{12}\textrm{cm}^2$와 $1\times10^{13}\textrm{cm}^2$로 decaborane을 이온 주입시켰다. 이온 주입된 시료들은 $N_2$ 분위기에서 $800^\{\circ}C$, $900^{\circ}C$, $1000^{\circ}C$에서 10초 동안 RTA(Rapid Thermal Annealing) 처리를 하였다. 또한 가속에너지에 따른 결함을 확인하기 위해서 15 kV의 이온 주입 에너지에서 $1\times10^{14}\textrm{cm}^2$만큼 이온 주입하였다. 2 MeV $^4He^{2+}$ channeling spectra에서 15 kV로 주입된 시료가 bare n-type Si와 5 kV, 10 kV의 에너지로 주입된 시료보다 주입시 생긴 결함에 의해 backscattering yield가 더 높게 나타났으며 spectra로부터 얻은 이온 주입으로 인한 비정질층의 두께는 표면으로부터 가속전압이 5kV, 10kV, 15kV일 때 각각 1.9nm, 2.5nm, 4.3nm였다. 10 kV에서 이온 주입된 시료를 $800^{\circ}C$ 열처리 한 결과 결함의 회복으로 인해 bare Si와 비슷한 backscattering yield를 보였으며 이때의 계산된 비정질 층의 두께는 0.98 nm이었다. 홀 측정과 면저항 측정은 dopant의 활성화가 주입된 에너지, 이온 선량, 열처리 온도에 따라 증가함을 보여주었다. I-V 측정 결과 누설 전류 밀도는 열처리 온도가 $800^{\circ}C$에서 $1000^{\circ}C$까지 증가함에 따라 감소하였고 주입에너지가 5kV에서 10kV까지 증가함에 따라 증가하였다.