P/Sb 코도펀트를 이용한 n-Si 도핑 제어 연구
- 주제(키워드) n-실리콘 , 코도핑 , 인 , 안티모니 , 활성화율
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 이재진
- 발행년도 2025
- 학위수여년월 2025. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 지능형반도체공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000035069
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 논문은 UHV-CVD 공정을 통해 Si(100) 기판 위에 인(P) 단독 도핑 및 인(P)-안티몬(Sb) 코도핑된 에피택셜 실리콘 박막을 성장시키고, 도핑 조건에 따른 도펀트 분포, 구조적 특성, 전기적 활성화율을 분석하였다. 고농도 도핑 환경에서의 전기적 활성화율 저하 문제를 해결하기 위해, PH3 유량 최적화 및 TESb 도입 순서 및 주입 비율을 변수로 설정하여 P와 Sb의 상호작용 및 활성화 메커니즘을 해석했다. 실험 결과, P 단독 도핑의 경우 활성화율이 약 9.2%로 낮은 반면, P+Sb 코도핑 조건에서는 Sb의 vacancy 포획 효과와 strain 완화 메커니즘에 의해 약 63.9%로 크게 향상되었으며, 시트 저항도 3배 이상 감소하였다. 특히 PH₃→TESb 10/10 min 조건에서 가장 높은 캐리어 농도가 측정되었으며, 이는 P의 substitutional 치환과 Sb의 vacancy 포획 효과가 균형을 이루었기 때문으로 해석된다. SIMS 분석에서는 P가 성장 초반부(기판 계면)에서 높은 농도를 보이며, 성장 후반부(표면)로 갈수록 낮아지는 비대칭적 농도 분포를 나타냈고, Sb는 표면 부근에 농축되는 경향을 보였다. TEM 및 AFM 분석에서도 코도핑 조건에서 평탄한 표면 형상과 양호한 결정성을 확인하였다. 본 연구는 고농도 도핑이 요구되는 차세대 반도체 소자 공정에서 in- situ 코도핑 방식의 유효성을 실험적으로 검증하였으며, P와 Sb의 도핑 농도 및 주입 순서, 비율 조절을 통한 활성화율 향상 메커니즘을 이해하는 데 기여하였다. 이를 통해 Si 기반 박막 및 소자의 고성능화와 dopant control 최적화를 위한 기초 자료를 제공하고자 한다. 주제어: n-실리콘, 코도핑, 인, 안티모니, 활성화율
more목차
제 1 장. 서 론 1
제 2 장. 이론적 배경 3
2.1 n-type dopants in Si 3
2.1.1 P, As, sb 도펀트의 특성 비교 3
2.1.2 고농도에서 전기적 활성화 한계 5
2.2 Dopant activation and diffusion 7
2.2.1 활성화 메커니즘: substitutional vs interstitial 7
2.2.2 확산 경로와 계수 9
2.2.3 Sb의 vacancy 포획 및 P 확산 억제 10
2.3 Effects of Sb co-doping on strain and microstructure 11
2.3.1 도핑에 의한 strain 및 Sb의 완화 효과 11
2.3.2 Sb 도핑이 결정 성장 및 표면 특성에 미치는 영향 12
제 3 장. 실험 방법 및 분석 기법 13
3.1 시료 제작 및 성장 조건 13
3.1.1 전구체의 특성과 선택 13
3.1.2 성장 공정 조건 16
3.2 분석 장비 및 측정 방법 18
3.2.1 SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry) 18
3.2.2 Hall effect measurement 19
3.2.3 TEM (Transmission Electron Microscopy) 20
3.2.4 AFM (Atomic Force Microscopy) 21
제 4 장. 실험 결과 및 고찰 22
4.1 PH3 유량 최적화 실험 22
4.2 TESb 도입 타이밍 최적화 실험 24
4.3 구조 및 조성 분석 26
4.4 전기적 특성 및 활성화율 분석 29
제 5 장. 결 론 31
제 6 장. 향후 과제 33
참 고 문 헌 34
Abstract 37
