• 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.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.7 no.4
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• pp.381-389
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• 1998

The time variation of an ion current density has been analyzed based on the plasma particle dynamic model for the plasma immersion ion implantation. The implanted ion current density has its maximum value at a particular time after sheath formation, and decays. The influence of the particle collisions, the capacitive time of the substrate, and the pulse formula has been represented on the implanted ion current.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2001.07c
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• pp.1643-1645
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• 2001

플라즈마 잠김 이온주입 장치를 개조하여 플라즈마 잠김 이온주입 및 증착 장치를 제작하였다. 박막을 증착하기 위하여 마그네트론 스퍼터를 장착하였다. Si 시료에 TiN막을 형성하기 위하여 $PI^3$

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.222-222
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• 1999

플라즈마 이온주입장치는 수십 kV의 음전압 펄스를 타겟에 인가하여 플라즈마 쉬스 전위에 의해 이온을 가속시켜 다차원 형태의 타겟 표면의 내마모성, 강도 및 경도를 쉽고 간단하게 증가시킬 수 있는 신기술 장비이다. 이때 인가되는 음전압 펄스는 펄스회로가 갖는 RC로 인하여 고유한 유한 오름시간의 음전압 펄스가 타겟에 인가되고 펄스 특성에 따라 타겟 주변에 시변환 쉬스가 형성되는데 시변환 쉬스에 대한 정확한 이해를 통해서 시편에 주입되는 이온의 양을 예측할 수 있다. 본 연구에서는 유도 결합형 플라즈마를 이용한 플라즈마 이온주입장치에서 평면 타겟 경우의 펄스 오름시간, 유지시간 및 내림시간 동안에 형성되는 쉬스의 거동 및 타겟의 크기가 쉬스에 미치는 영향을 실험적으로 관찰하고 이론결과와 비교하였다. 기존의 실험에서 펄스 유지시간 이후의 탐침전류 곡선에서 쉬스의 거동처럼 보였던 현상은 ion acoustic wave의 진행으로 보이며 위치에 따른 탐침 전류 곡선의 정확한 해석을 통하여 실제 플라즈마 이온주입장치내에서의 쉬스의 거동을 관찰할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.195-195
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• 2011

플라즈마를 이용한 반도체 이온 주입 공정(Plasma Immersion Ion Implantation)에서 이온 도즈량(DOSE) 측정은 공정 신뢰성 및 재현성 확보를 위해 중요하다. 본 연구에서는 도즈량 측정을 위해 패러데이컵과 같이 측정 장비를 챔버에 직접 삽입 시키지 않고 챔버 외부에서 이온 주입을 위한 바이어스 전극의 직류 펄스 전압 및 전류 신호 측정을 통해 실시간으로 도즈량을 추출하는 방법을 개발하였다. 펄스 전압 신호에서 전압 신호 상승, 하강 시간에 의해 발생된 변위 전류와 플라즈마 발생 소스의 RF잡음등을 제거한 후 이온 포격으로 인한 2차 전자 방출 계수를 고려하여 펄스 동작 기간 추출을 통해 실시간으로 측정하는 알고리즘을 구현하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2006.11a
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• pp.328-329
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• 2006

반도체 소자의 소형화, 고질적화는 junction 깊이 감소와 도핑농도의 증가를 요구한다. 현재 상용화되는 도핑법은 이온빔 주입(Ion Beam Ion Implantation, IBII)인데, 이 방법은 낮은 가속에너지를 가하는 경우 이온빔의 정류가 금속이 감소해 주입 속도가 낮아져 대랑 생산이 어렵고 장비가 고가라는 단점이 있다. 하지만 플라즈마를 이용한 이온주입법 (Plasma Source Ion Implantation, PSII)은 공정 속도가 빠르고 제조비용이 매우 저렴해 새로운 이온주입법으로 주목받고 있다. PSII법에서 플라즈마 특성은 그 결과에 큰 영향을 미치므로 플라즈마 특성의 적절한 제어가 필수적으로 요구된다. 본 연구에서는 공정압력과 RF power를 변화시키며 플라즈마 밀도 측정했다. 그 결과 공정압력이 증가함에 따라서 플라즈마 밀도는 감소되었고 RF power 증가함에 따라서 플라즈마 밀도는 증가되었다.

• Journal of the Korean Magnetics Society
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• v.8 no.1
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• pp.6-12
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• 1998

Fe-N(iron-nitrogen) crystal phases were prepared by nitrogen ion implantation into $\alpha$-Fe foil with Plasma Source Ion Implantation (PSII). Ion implantation time of sample is treated 15 minutes(FeN15) and 30 minutes (FeN30). The nitrogen depth profiles measured by Auger electron spectroscopy (AES) were determined to be about 12000 $\AA$ and 4000 $\AA$ for the samples of FeN15 and FeN30, respectively. The results of vibrating sample magnetometer (VSM) show that the saturation magnetization of the samples of as-implanted FeN15 and FeN30 was higher than that of pure $\alpha$-Fe foil, which may be owing to $\alpha$'-$Fe_8N$ or $\alpha$"-$Fe_{16}N_2$ phases. Accordingly this study shows the possibility of the partial formation of $\alpha$' or $\alpha$" phase in iron nitrogen produced by PSII method.II method.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.22 no.1
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• pp.31-36
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• 2013

For the simplification of doping process in amorphous carbon film, arsenic (As) ions were implanted on the nucleated silicon wafer before the growth process. Then amorphous carbon films were grown at the condition of $CH_4/H_2=5%$ by microwave plasma chemical vapour deposition. Because the implanted seeds were grown at the high temperature and the implanted ions were spread, it was possible to reduce the process steps by leaving out the annealing process. When the implanted amorphous carbon films were electrically characterized in diode configuration, field emission current of $0.1mA/cm^2$ was obtained at the applied electric field of about $2.5V/{\mu}m$. The results show that the implanted As ions were sufficiently doped by the self-annealing process by using the growth after implantation.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.265-265
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• 2014

일반적으로 태양전지 및 반도체 공정에서 불순물 주입 과정인 도핑(Doping)공정은 크게 몇 가지 방법으로 구분해 볼 수 있다. 소성로(Furnace)를 이용하여 열을 통해 불순물을 웨이퍼 내부로 확산시키는 열확산 방법과 진공 챔버 내부에서 전자기장을 걸어 이온을 극도로 가속시켜 진행하는 이온 주입(Ion implantation)이나 이온 샤워(Ion shower)를 이용한 도핑 방법이 있다. 또한 최근 자외영역 파장의 레이저광을 조사하여 광화학 반응에 의해 도펀트 물질를 분해하는 동시에 조사 부분을 용해하여 불순물을 도포하는 기법인 레이져 도핑(Laser doping) 방법이 개발중이다. 그러나 레이져나 이온 도핑 공정기술은 고가의 복잡한 장비가 필요하여 매출 수익성 및 대량생산에 비효율적이며 이온 주입에 의한 박막의 손상을 치료하기 위한 후속 어닐링(Post-annealing) 과정이 요구되는 단점을 가지고 있고 열확산 도핑 방법은 정량적인 불순물 주입 제어가 어렵고 시간 대비 생산량의 한계가 있다. 반면 대기압 플라즈마로 도핑을 할 경우 기존에 진공개념을 벗어나 공정상에서 보다 저가의 생산을 가능케 할 뿐아니라 멀티 플라즈마 소스 개발로 이어진다면 시간적인 측면에서도 단연 단축시킬 수가 있어 보다 대량 생산 공정에 효과적이다. 따라서 본 연구에서는 새로운 도핑 방법인 대기압 플라즈마를 이용한 도핑 공정기술의 가능성을 제안하고자 도핑 공정 시 웨이퍼 내 전류 패스(Current path)에 대한 메카니즘을 연구하였다. 대기압 플라즈마 방전 시 전류가 웨이퍼 내부에 흐를 때 발생되는 열을 이용하여 도핑이 되는 형식이란 점을 가정하고 이 점에 대한 원리를 증명하고자 실험을 진행하였다. 실험 방식은 그라운드(Ground) 내 웨이퍼의 위치와 웨이퍼 내 방전 위치에 따라 적외선 화상(IR image: Infrared image) 화상을 서로 비교하였다. 적외선 화상은 실험 조건에 따라 화상 내 고온의 표식이 상이하게 변하는 경향성을 나타내었다. 이 고온의 표식이 전류 패스라는 점을 증명하고자 시뮬레이션을 통해 자기장의 전산모사를 한 결과 전류 패스의 수직 방향으로 자기장이 형성이 됨을 확인하였으며 이는 즉 웨이퍼 내부 전류 패스에 따라 도핑이 된다는 사실을 명백히 말해주는 것이며 전류 패스 제어의 가능성과 이에 따라 SE(Selective Emitter) 공정 분야 응용 가능성을 보여준다.