이온주입량이 Si기판의 전기적 성질에 미치는 영향에 대한 연구

Abstract

국 문 요 약

반도체의 발전으로 인하여 이온주입법은 지속적으로 발전되어지고 다각도적인 시선으로 실험이 이루어지고 있다. 반도체 제조사들은 반도체 제조공정상의 문제로 인하여 반도체 품질 저하를 막고자 daily monitoring를 통하여 반도체 제조공정상의 불량을 줄이고 노력한다. 이러한 monitoring방법으로는 이온 주입 후 wafer 표면의 damage정도를 확인 할 수 있는 TW(thermal wave)와 주입된 이온으로 인해 wafer의 표면 저항의 변화인 Rs(sheet resistance)를 4point probe를 통해서 확인 한다. 이런 monitoring 방법을 사용하면서 반도체 제조사는 monitoring에 사용되는 wafer의 단가를 줄이고자 monitoring으로 사용한 wafer를 이온 주입된 깊이를 고려하여 연마 후 재사용하는 reclaim wafer로 monitoring를 한다. 본 연구에서는 reclaim wafer에 대한 평가와 ion implanting 시 Rs에 영향을 미치는 요소에 대해 몇 가지 실험을 해보았다. 첫 번째로 P+ (phosphorus single charge)이온을 dose량 1.0E15/㎠, beam energy 100keV, beam current 10㎃, tilt 0°의 조건으로 monitoring wafer( size : 150mm, 두께: 525㎛, 결정성 : 100, p-type substrate)에 이온 주입 후 열처리하여 4point probe를 이용하여 측정한 결과 Rs의 평균값은 68.42[Ω/□] 산포는 0.7%가 나왔다. 위의 조건으로 진행 된 wafer의 추정되는 junction depth는 약 0.8Åm이기에 depletion등을 고려하여 2배가 넘는 2Åm를 연마하여 세정한 reclaim wafer에 같은 조건으로 이온 주입 후 Rs의 평균값은 65.68[Ω/□] 산포는 0.74%로 이전 보다 낮은 결과가 나왔다. 이는 그전에 이온주입, RTP, 세정 등의 공정으로 인하여 wafer내의 다른 변수가 생긴 걸로 추정된다. 그렇기에 계산적인 판단으로 wafer를 연마 후 재사용하기엔 4point probe로만 측정 하기하여 사용하기에는 한계가 있고, SIMS나 SRP등을 사용해서 정확한 원인규명을 하고 사용 할 필요가 있다. 두 번째로는 wafer 사용되는 불순물 인(phosphorus)으로 ion beam 주입 시에는 붕소(boron)와는 다르게 buffer oxide를 사용하지 않지만 monitor wafer에 270Å butter oxide를 생성 후 이온 주입 시 예상대로 Rs의 결과는 72.48[Ω/□] 산포는 0.23%로 Rs는 상승하였으며, 산포에 큰 영향을 미치는 걸 확인했다. 세 번째로는 이온 주입기(ion implanter)의 냉각용도로 사용되는 초순수(DI(deionized) water)의 저항치를 9㏁, 5㏁, 2.5㏁로 가변하며 4가지의 조건으로 이온주입을 하였을 시 초순수의 저항치가 하락할수록 Rs의 결과는 약 0.5~1.7%로 낮아지는 것을 확인 하였고 이온의 가속에너지와 dose량이 낮을수록 Rs의 값이 크기 때문에 더 큰 폭으로 영향을 받는 다는 것을 알 수 있었다.|Abstract A study on the effect of the ion implantation magnitude on the electrical properties of the Si substrate

Hyo-Nam, Kim Dept. of Electronic Engineering The Graduate School of Engineering Hanyang University of Korea Advised by Prof. Tae-Whan Kim

Ion implantation is a constantly evolving and experimenting with various angles gaze has been made due to the development of the semiconductor. Recently much Semiconductor manufacturers effort has been directed to prevent process problem through daily monitoring. There are two methods that can be used when checking the daily monitoring. One is TW(thermal wave) check and the other Rs(sheet resistance) check. The reduce costs of monitoring wafer, semiconductor manufacturers recycle polished wafer. In this study, evaluation of the wafer and the elements affecting the sheet resistance when ion implanting. This study compared the result of new wafer and reclaim wafer and oxide growing wafer implanted P+ equal recipe( dose 1.0E15/㎠, beam energy 100keV, beam current 10㎃, tilt 0°). Result of new wafer sheet resistance and coefficient of variation are 68.42[Ω/□] and 0.7%. Implanted new monitoring wafer grind 2Åm due to junction depth is 0.8Åm. Result of reclaim wafer sheet resistance and coefficient of variation are 65.68[Ω/□] and 0.74% this results were lower than new monitoring wafer. it is assumed that changing in resistance caused by varying processes like ion implantation damage, RTP, cleaning. It is difficult to prove of reclaim wafer 4point. So needs more experiments like SIMS, SRP before application of using reclaim wafers. Oxide of 270 Å m grown on the wafer after implants wafers. That Result of oxide growing wafer sheet resistance and coefficient of variation are 72.48[Ω/□] and 0.23%. Rs(sheet resistance) have risen and this result testified to be very influential on the coefficient of variation. 9㏁, 5㏁ and 2.5㏁ were variable resistance of DI(DI(deionized) water) that is used for the cooling of ion implanter and implanted for four recipe. As a result of varying DI water resistance, Rs(sheet resistance), the more DI water resistance is falling lower. While Beam energy and dose have lower and this result testified to be very influential on the Rs(sheet resistance).; Abstract A study on the effect of the ion implantation magnitude on the electrical properties of the Si substrate

Hyo-Nam, Kim Dept. of Electronic Engineering The Graduate School of Engineering Hanyang University of Korea Advised by Prof. Tae-Whan Kim

Ion implantation is a constantly evolving and experimenting with various angles gaze has been made due to the development of the semiconductor. Recently much Semiconductor manufacturers effort has been directed to prevent process problem through daily monitoring. There are two methods that can be used when checking the daily monitoring. One is TW(thermal wave) check and the other Rs(sheet resistance) check. The reduce costs of monitoring wafer, semiconductor manufacturers recycle polished wafer. In this study, evaluation of the wafer and the elements affecting the sheet resistance when ion implanting. This study compared the result of new wafer and reclaim wafer and oxide growing wafer implanted P+ equal recipe( dose 1.0E15/㎠, beam energy 100keV, beam current 10㎃, tilt 0°). Result of new wafer sheet resistance and coefficient of variation are 68.42[Ω/□] and 0.7%. Implanted new monitoring wafer grind 2Åm due to junction depth is 0.8Åm. Result of reclaim wafer sheet resistance and coefficient of variation are 65.68[Ω/□] and 0.74% this results were lower than new monitoring wafer. it is assumed that changing in resistance caused by varying processes like ion implantation damage, RTP, cleaning. It is difficult to prove of reclaim wafer 4point. So needs more experiments like SIMS, SRP before application of using reclaim wafers. Oxide of 270 Å m grown on the wafer after implants wafers. That Result of oxide growing wafer sheet resistance and coefficient of variation are 72.48[Ω/□] and 0.23%. Rs(sheet resistance) have risen and this result testified to be very influential on the coefficient of variation. 9㏁, 5㏁ and 2.5㏁ were variable resistance of DI(DI(deionized) water) that is used for the cooling of ion implanter and implanted for four recipe. As a result of varying DI water resistance, Rs(sheet resistance), the more DI water resistance is falling lower. While Beam energy and dose have lower and this result testified to be very influential on the Rs(sheet resistance).