• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.219-219
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• 1999

플라즈마 이온 주입은 진공 chamber 내에 주입하려는 이온이 포함된 플라즈마를 발생시킨 후 처리하고자 하는 시편에 negative high voltage pulse를 인가함으로써 시편 주위에 형성되어 있는 이온들을 시편에 주입하는 방법이다. 이러한 플라즈마 이온 주입 방법은 금속의 내마모성, 내부식성, 강도 및 경도를 증가시키고, 고분자 화합물의 표면 개질에 있어서 친수성 또는 소수성과 같은 표면 처리를 쉽고 간단하게 처리할 수 있다. 그리고 반도체 공정의 shallow junction doping을 효과적으로 처리할 수 있으며 특히, 대면적의 시편에 균일하게 이온을 주입할 수 있다. 플라즈마 이온 주입 방법에서 중요한 요소는 dose, 즉 이온 주입한 양과 처리하려는 시편에 주입되는 이온의 에너지이다. 여기서, 플라즈마내에 생성된 이온들의 비율을 정확히 안다면 시편에 주입되는 이온의 양과 주입되는 이온의 에너지를 충분히 예견할 수 있다. 질소 플라즈마의 경우에는 N+와 N2+가 생성되므로, 시편에 주입된 질소 이온의 실질적인 이온당 질소 원자수는 1$\times$N+% + 2$\times$N+%가 되고, N2+의 경우는 N+ 주입 에너지의 1/2 로 시편내에 주입되게 된다. 또한 질소 플라즈마의 경우 N2+ 이온이 상대적으로 N+이온보다 많다면 N+가 많은 경우보다 이온 주입 깊이는 얕아지게 된다. 본 실험에서는 Dycor M-100 residual gas analyzer와 potical emission spectrometer (Ocean Optics SQ 2000)를 사용하여 압력과 RF power를 변화시키며 플라즈마내에 생성되어지는 질소 이온의 비율을 측정하였다. 또한 Langmuir probe를 이용하여 속도차에 의한 각 이온들의 존재비율을 계산하였다. 여기에서 질소 가스의 압력이 낮을수록 N+보다 N2+의 존재비율이 높음을 보였다. 이것은 압력이 낮은 영역에서 일반적으로 전자의 평균온도가 높기 때문으로 여겨진다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.184-184
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• 1999

반도체소자의 고집적, 미세화에 따라 MOSFET 소자에서의 고농도, 미세접합이 요구되고 있다. 이러한 고농도, 미세접합을 형성하기 위하여 기존의 저에너지 이온주입법을 대체 또는 병행할 목적으로 플라즈마 이온주입방법이 활발히 연구되고 있다. 본 연구에서는 플라즈마 이온주입방법을 이용하여 (100) 실리콘 기판에 보론을 주입후 열처리하여 형성된 p+층의 도펀트의 활성화와 이온주입으로 인한 실리콘 기판의 손상을 고찰하였다. 본 실험에서 (100)실리콘 기판에 도핑할 소스 가스로 BF3을 주입하고, D.C. pulse 플라즈마 도핑시스템을 사용하여 플라즈마 내의 보론이온을 웨이퍼 홀더에 -1~-5kV의 인가된 음전압에 의해 가속시키어 실리콘 웨이퍼에 주입하였다. 주입에너지 -1kV, -3kV, -5kV와 1$\times$1015, 3$\times$1515의 dose로 주입된 실리콘 기판을 급속가열방식(RTP)을 사용하여 $600^{\circ}C$~110$0^{\circ}C$의 온도구간에서 10초와 30초로 열처리하여 도펀트의 활성화와 미세접합을 형성한 후 SIMS, four-point probe, Hall 측정, 그리고 FT-IR을 이용하여 플라즈마 이온주입된 도펀트의 거동과 활성화율을 관찰하였고 FT-IR과 TEM의 분석을 통하여 이온주입으로 인한 실리콘 기판의 손상을 고찰하였다. SIMS, four-point probe, Hall 측정, 그리고 FT-IR의 분석으로 열처리 온도의 증가에 따라 도펀트의 활성화율이 증가하였고, 이온주입 에너지와 dose 그리고 열처리 시간의 증가에 따라서 주입된 도펀트의 활성화는 증가하였다. 그리고 주입에너지와 dose 그리고 열처리 시간의 증가에 따라서 주입된 도펀트의 활성화는 증가하였다. 그리고 주입에너지와 dose를 증가시키면 접합깊이가 증가함을 관찰하였다. 이온주입으로 인한 기판손상의 분석을 광학적 방법인 FT-IR과 미세구조를 분석할 수 있는 TEM을 이용하여 분석하였다. 이온주입으로 인한 dislocation이나 EOR(End Of Range)과 같은 extended defect가 없었고, 이온주입으로 인한 비정질층도 없는 p+층을 얻을수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.81-81
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• 1999

고에너지 이온 주입에 의해 형성되는 결함의 거동을 DLTS(deep level transient spectroscopy)를 통해 조사하였다. 이온 주입에 이용된 기판들은 서로 다른 산소 농도를 가지고 있었으며, B 이온의 주입 농도는 각각 5X10E13 ~ 4X10E14으로 주입 에너지는 1.5MeV였다. 이온 주입에 의해 형성된 buried layer 내의 boron의 농도는 SIMS(secondary ion mass spectroscopy)를 이용하여 측정하였으며, 열처리에 따른 이차 결함의 생성은 TEM(transmission electron microscopy) 및 BMD(bulk micro defect)를 조사함으로써 알 수 있었다. 이온 주입에 의해 형성된 일차 결함의 제거 및 silicon 내부에서의 금속 gettering을 위하여 furnace 및 RTA (rapid thermal annealing)를 이용한 열처리를 행하였다. 이온주입 초기 상태 및 산소의 농도 또는 이온주입의 농도에 따른 결함을 살펴보기 위하여 DLTS를 이용하였으며, 또한 열처리에 따른 이러한 초기 결함들의 거동을 조사하여 TEM 및 BMD 결과와 비교, 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.42-42
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• 1999

본 연구에서는 극 저 에너지 이온 주입에 관한 연구를 위하여 새로이 제안된 PLDAM(phenomenological local damage accumulation model)을 효과적인 분자동역학 이온 주입 분포 계산 방법(highly efficient molecular dynamics (MD) schemes)에 적용하여 극 저 에너지 이온 주입에 관하여 연구하였다. PLDAM은 셀에 축적된 에너지와 이온 발생 순서(history of recoil event) 및 열 전도를 고려하여 실리콘 자기 이완과 재결합을 고려하고 있다. 효과적인 분자동역학 이온 주입방법으로는 MDRANGE code를 사용하였다. 국부적인 격자결함을 고려하지 않은 MDRANGE의 결과는 불순물 분포의 실험치와 꼬리 부분에서 많은 차이를 보여주었다. 그러나 본 연구에서 사용된 국부적인 격자결함 축적을 고려한 MDRANGE의 결과는 극 저 에너지 이온 주입 실험치와 잘 일치하였다. 또한 본 연구에서는 <100> 실리콘 기판 위의 0.1$\mu\textrm{m}$$\times$0.1$\mu\textrm{m}$ 영역에 도즈에 해당하는 이온만큼을 주입하여 불순물 분포를 계산하였다. 붕소와 비소의 경우에, 도즈와 이온주입 에너지가 증가하에 따라서 국부적으로 축적된 격자결함이 불순물의 분포에 미치는 영향이 커지는 것을 알 수 있었다. 특별히 이온 주입 에너지와 함께 무관하게 도즈 1014/cm2 이상에서는 국부적으로 축적된 격자 결함이 불순물의 분포에 크게 영향을 미치는 것으로 나타났다.

• Journal of Energy Engineering
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• v.18 no.2
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• pp.125-131
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• 2009

Physical characteristics of metals such as hardness, wear-resistance and corrosion-resistance can be artificially controlled by ion implantation. The interaction between ion and solid surface was modeled in molecular scale and simulated by the molecular dynamics method in order to understand the ion implantation mechanism. From the microscopic point of view, the molecular behaviors were observed for improving characteristics of ion implantation. For these purposes, the implantation mechanism and the influences of incident energy, surface temperature and molecular weight were discussed in this study. As the results, the penetration probability was even decreased if incident energy was exceeded any values in the case of high temperature of solid surface. Moreover, it was confirmed that ion implantation into solid surface with amorphous state could be more effective for some conditions.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.4 no.1
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• pp.109-117
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• 1995

고에너지 이온주입시 격자결함의 생성 및 열처리 거동이 double crystal X-ray와 단면 TEM을 사용하여 연구되었다. 3MeV P+ 이온주입한 실리콘의 DCXRD 분석 결과조사량 증가에 따라 모재 내의 변형량은 증가하였다. HRTEM 분석 결과 고에너지 이온주입시 결함은 표면 부근에 희박하고 Rp 부근에 집중되어 있었다. 또한 이온주입 상태의 결함층은 dark band의 형태로 존재하였으며 열처리시 이차결함은 이곳으로부터 생성됨이 관찰되었다. 3MeV P+,$1X1015extrm{cm}^2$의 조건으로 이온주입된 실리콘 시편의 열처리에 따른 X-ray rocking curve 분석을 통하여 열처리 온도가 $550^{\circ}C$에서 $700^{\circ}C$로 증가함에 따라 모재 내부의 최대 변형량이 7X10-4에서 2.9X10-4으로 감소함이 관찰되었다. 특히 $550^{\circ}C$ 열처리한 시편의 경우 표면으로부터$-1.5mu$m 영역에 작은 변형층이 넓게 잔존하였으며 열처리온도를 $700^{\circ}C$로 증가한 경우 제거되었다. 이온주입시 생성된 일차결함들은 $700^{\circ}C$ 열처리시 $60^{\circ}$ 전위와 <112> 막대 모양 결함, $1000^{\circ}C$ 열처리시 <110>방향의 전위루프로 열처리 조건에 따라 여러 가지 모양의 이차결함으로 변화하였다. 고에너지 이온주입에 의해 발생한 이차결함은 고온에서도 안정하여 고온 열처리에 의한 제거가 용이하지 않았다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.482.2-482.2
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• 2014

최근 고효율 실리콘 태양전지 제작을 위해 다양한 연구가 진행되고 있다. 이온주입법을 이용한 PN 접합 형성은 기존의 확산법에 비해 표면과 실리콘 기판 내부에서 도펀트 조절이 용이하다는 장점에 의해 주목 받고 있다. 하지만, 이온주입법으로 도펀트를 주입할 경우, 도펀트와 기판의 충격으로 비정질 상과 결정 결함이 형성된다. 결정 결함은 생성된 전자와 정공의 재결합 준위로 작용하기 때문에 적절한 이온주입 조건과 후 열처리를 통해 높은 특성을 갖는 PN접합층을 형성하여야 한다. 본 실험에서는 보론 도핑된 p형 실리콘 기판에 인을 주입하였다. 인 이온 주입 시 가속전압과 열처리 조건을 달리하여 전기적 특성을 관찰하였으며, 태양전지 에미터층으로의 적용 가능성을 조사해 보았다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.3 no.3
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• pp.341-345
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• 1994

As+ 와 P+ 이온들이 주입된 실리콘에서 주입 이온들의 확산 및 실리콘의 재결정화에 열처리가 미치는 영향에 대해서 조사하였다, 여기서 이온 주입량은 실리콘 표면영역을 비정질화하기에 충분한 양 이었다. 이온 주입 시실리콘 내부에 생성된 손상들을 제거하기 위해 온도와 시간을 변화시켜 가며 시편 을 전기로 속에서 열처리하였다. 그러나 이때 야기된 도우펀트들의 과도적인 확산에 의해서 접합깊이는 예측한 것보다 더욱 깊은 곳에서 나타나다. 이러한 과도적인 확산은 주로 이온 주입으로 인해 야기된 시편들이 손상들을 제거하기 위한 열처리 과정동안 일어난 것으로 생각된다. 이것은 SIMS와 SUPREM IV simulation 에 의해서 확인할 수 가 있었다. As+ 와 P+ 이온이 주입된 실리콘의 결정성 회복을 Raman 분광법을 이용하여 조사하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.374-374
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• 2012

반도체 소자의 크기가 100 nm 이하로 감소되면 통상적인 이온 주입 조건인 이온 에너지, 조사량 및 이온 주입 각도뿐만 아니라 Dose Rate 및 모재 온도가 Dopant Profile을 조절하는 데에 있어서 매우 중요한 인자로 작용한다. 본 연구에서는 Ribbon-beam 및 Spot-beam을 사용하여 활성화 열처리 후 Dopant Profile을 분석하였다. 이온 주입은 모든 시편에서 $BF_2$를 가속 에너지 10 keV 및 조사량 $2{\times}10^{15}/cm^2$로 고정하였다. 이온 주입 후 도펀트 활성화는 100% 질소 분위기 하에서 $850^{\circ}C$-30s 조건으로 RTA 열처리를 수행하였다. Boron 및 Fluorine의 Profile은 SIMS 분석을 통하여 구하였다. Spot-beam은 Ribbon-Beam에 비하여 Dose Rate 및 Cooling Efficiency가 높기 때문에 이온 주입 후 더욱 많은 양의 Primary-defect를 발생시키고 이에 따라 두꺼운 비정질 충을 형성한다. $BF_2$ 이온 주입 된 시편에서 B 및 F의 농도 Peak-height는 a/c 계면에 위치하는 것을 관찰하였다. 또한 B 및 F의 농도 Peak-height는 Silicon 모재의 온도가 증가할수록 증가하는 것을 관찰하였다. Silicon 모재의 온도가 증가함에 따라 Active-area의 면저항이 변화하지 않는 상태에서 Vt (Threshold Voltage)가 급격히 감소함을 관찰 하였다. 비정칠 층의 두께가 증가할수록 a/c 계면 하단에 잔존하는 Residual-defect의 양이 감소하고 이는 측면확산을 감소시키는 역할을 한다는 것이 관찰되었다.

• ETRI Journal
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• v.10 no.4
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• pp.140-145
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• 1988

엘립소메츠리를 이용하여 $B^+$ 및 $As^+$ 이온이 주입된 실리콘층의 굴절률과 소멸계수를 도우즈 및 열처리 조건의 함수로 조사하였다. $B^+$ 이온주입된 실리콘의 경우 n은 $10^13$ 도우즈 이상에서 증가하고, k는 도우즈 증가에 따라 단조 증가를 나타내었다. RTA 열처리가 furnace 열처리 보다 결정성 회복이 우수하였으며, 등온 열처리 시 약 30분이상에서 거의 완전하게 재결정됨을 볼 수 있었다. $As^+$ 이온주입의 경우 $10^15$이상에서 복소굴절률의 변화를 나타내었으며, 열처리에 대해 k가 n보다 민감하였다.