1. Kirish
Ion implantatsiyasi integral mikrosxemalar ishlab chiqarishdagi asosiy jarayonlardan biridir. Bu ion nurini ma'lum energiyaga (umuman keV dan MeV oralig'ida) tezlashtirish va undan keyin material sirtining fizik xususiyatlarini o'zgartirish uchun uni qattiq material yuzasiga yuborish jarayonini anglatadi. Integratsiyalashgan sxema jarayonida qattiq material odatda kremniy bo'lib, implantatsiya qilingan nopoklik ionlari odatda bor ionlari, fosfor ionlari, mishyak ionlari, indiy ionlari, germaniy ionlari va boshqalardir. Implantatsiya qilingan ionlar qattiq sirtning o'tkazuvchanligini o'zgartirishi mumkin. material yoki PN birikmasini hosil qiladi. Integral mikrosxemalarning xususiyat o'lchami mikron ostidagi davrga qisqartirilganda, ion implantatsiyasi jarayoni keng qo'llanila boshlandi.
Integral mikrosxemalar ishlab chiqarish jarayonida ion implantatsiyasi odatda chuqur ko'milgan qatlamlar, teskari dopedli quduqlar, pol kuchlanishni sozlash, manba va drenajni kengaytirish, manba va drenaj implantatsiyasi, polisilikon eshik doping, PN birikmalari va rezistorlar / kondansatkichlarni shakllantirish uchun ishlatiladi. Izolyatorlarda silikon substrat materiallarini tayyorlash jarayonida ko'milgan oksid qatlami asosan yuqori konsentratsiyali kislorod ionining implantatsiyasi orqali hosil bo'ladi yoki yuqori konsentratsiyali vodorod ionining implantatsiyasi orqali aqlli kesishga erishiladi.
Ion implantatsiyasi ion implantatori tomonidan amalga oshiriladi va uning eng muhim jarayon parametrlari doza va energiya hisoblanadi: doza yakuniy konsentratsiyani, energiya esa ionlarning diapazonini (ya'ni chuqurligini) belgilaydi. Turli xil qurilma dizayni talablariga ko'ra, implantatsiya shartlari yuqori dozali yuqori energiyali, o'rta dozali o'rta energiyali, o'rta dozali past energiyali yoki yuqori dozali past energiyaga bo'linadi. Ideal implantatsiya effektini olish uchun turli xil implantatorlar turli jarayon talablari uchun jihozlangan bo'lishi kerak.
Ion implantatsiyasidan so'ng, odatda ion implantatsiyasidan kelib chiqqan panjara shikastlanishini tiklash va nopoklik ionlarini faollashtirish uchun yuqori haroratli tavlanish jarayonidan o'tish kerak. An'anaviy integral elektron jarayonlarda, tavlanish harorati dopingga katta ta'sir ko'rsatsa ham, ion implantatsiyasi jarayonining harorati muhim emas. 14 nm dan past bo'lgan texnologik tugunlarda panjara shikastlanishining ta'sirini o'zgartirish uchun ma'lum ion implantatsiyasi jarayonlari past yoki yuqori haroratli muhitda bajarilishi kerak.
2. ion implantatsiyasi jarayoni
2.1 Asosiy tamoyillar
Ion implantatsiyasi 1960-yillarda ishlab chiqilgan doping jarayoni bo'lib, u ko'p jihatdan an'anaviy diffuziya usullaridan ustundir.
Ion implantatsiyasi doping va an'anaviy diffuziya doping o'rtasidagi asosiy farqlar quyidagilardan iborat:
(1) Doplangan hududda nopoklik kontsentratsiyasining taqsimlanishi boshqacha. Ion implantatsiyasining eng yuqori nopoklik kontsentratsiyasi kristalning ichida, diffuziyaning eng yuqori nopoklik kontsentratsiyasi esa kristall yuzasida joylashgan.
(2) Ion implantatsiyasi xona haroratida yoki hatto past haroratda amalga oshiriladigan jarayon bo'lib, ishlab chiqarish vaqti qisqa. Diffuziyali doping uzoqroq yuqori haroratli davolanishni talab qiladi.
(3) Ion implantatsiyasi implantatsiya qilingan elementlarni yanada moslashuvchan va aniq tanlash imkonini beradi.
(4) Nopokliklar termal diffuziyadan ta'sirlanganligi sababli, kristalda ion implantatsiyasi natijasida hosil bo'lgan to'lqin shakli kristaldagi diffuziya natijasida hosil bo'lgan to'lqin shaklidan yaxshiroqdir.
(5) Ion implantatsiyasi odatda niqob materiali sifatida faqat fotorezistdan foydalanadi, ammo diffuzion doping niqob sifatida ma'lum bir qalinlikdagi plyonkaning o'sishi yoki cho'ktirilishini talab qiladi.
(6) Ion implantatsiyasi asosan diffuziyani almashtirdi va bugungi kunda integral mikrosxemalar ishlab chiqarishda asosiy doping jarayoniga aylandi.
Muayyan energiyaga ega bo'lgan ion nurlari qattiq nishonni (odatda gofretni) bombardimon qilganda, nishon yuzasidagi ionlar va atomlar turli xil o'zaro ta'sirlarga duchor bo'ladilar va energiyani qo'zg'atish yoki ionlashtirish uchun maqsadli atomlarga ma'lum bir tarzda o'tkazadilar. ular. Ionlar, shuningdek, momentum uzatish orqali ma'lum miqdordagi energiyani yo'qotishi va nihoyat maqsadli atomlar tomonidan tarqalishi yoki maqsadli materialda to'xtashi mumkin. Agar AOK qilingan ionlar og'irroq bo'lsa, ionlarning aksariyati qattiq nishonga yuboriladi. Aksincha, agar AOK qilingan ionlar engilroq bo'lsa, AOK qilingan ionlarning ko'pchiligi maqsadli sirtdan sakrab tushadi. Asosan, nishonga kiritilgan ushbu yuqori energiyali ionlar qattiq nishondagi panjara atomlari va elektronlari bilan turli darajada to'qnashadi. Ular orasida ionlar va qattiq maqsadli atomlar o'rtasidagi to'qnashuvni elastik to'qnashuv deb hisoblash mumkin, chunki ular massasi yaqin.
2.2 Ion implantatsiyasining asosiy parametrlari
Ion implantatsiyasi qat'iy chip dizayni va ishlab chiqarish talablariga javob berishi kerak bo'lgan moslashuvchan jarayondir. Muhim ion implantatsiyasi parametrlari: doza, diapazon.
Doza (D) kremniy gofret yuzasining birlik maydoniga AOK qilingan ionlar sonini, kvadrat santimetrga atomlarda (yoki kvadrat santimetr uchun ionlar) bildiradi. D ni quyidagi formula bo'yicha hisoblash mumkin:
Bu erda D - implantatsiya dozasi (ionlar soni/birlik maydoni); t - implantatsiya vaqti; I - nur oqimi; q - ion tomonidan olib boriladigan zaryad (bir zaryad 1,6×1019C[1]); va S - implantatsiya maydoni.
Ion implantatsiyasi kremniy gofret ishlab chiqarishda muhim texnologiyaga aylanganining asosiy sabablaridan biri shundaki, u kremniy gofretlariga bir xil miqdordagi aralashmalarni qayta-qayta joylashtirishi mumkin. Implantator bu maqsadga ionlarning musbat zaryadi yordamida erishadi. Ijobiy nopoklik ionlari ion nurini hosil qilganda, uning oqim tezligi mA bilan o'lchanadigan ion nurlarining oqimi deb ataladi. O'rta va past oqimlar diapazoni 0,1 dan 10 mA gacha, yuqori oqimlar esa 10 dan 25 mA gacha.
Ion nurlari oqimining kattaligi dozani aniqlashda asosiy o'zgaruvchidir. Agar oqim kuchaysa, vaqt birligida implantatsiya qilingan nopoklik atomlari soni ham ortadi. Yuqori oqim kremniy gofret hosildorligini oshirishga yordam beradi (ishlab chiqarish birligi uchun ko'proq ionlarni kiritish), lekin u ham bir xillik muammolarini keltirib chiqaradi.
3. ion implantatsiyasi uskunasi
3.1 Asosiy tuzilma
Ion implantatsiyasi uskunasi 7 ta asosiy modulni o'z ichiga oladi:
① ion manbai va absorber;
② massa analizatori (ya'ni analitik magnit);
③ tezlatgich trubkasi;
④ diskni skanerlash;
⑤ elektrostatik neytrallash tizimi;
⑥ texnologik kamera;
⑦ dozani nazorat qilish tizimi.
All modullar vakuum tizimi tomonidan o'rnatilgan vakuum muhitida. Ion implantatorining asosiy strukturaviy diagrammasi quyidagi rasmda ko'rsatilgan.
(1)Ion manbai:
Odatda assimilyatsiya elektrodi bilan bir xil vakuum kamerasida. AOK qilishni kutayotgan aralashmalar elektr maydoni tomonidan boshqarilishi va tezlashishi uchun ion holatida bo'lishi kerak. Eng ko'p ishlatiladigan B+, P+, As+ va boshqalar atomlar yoki molekulalarni ionlash orqali olinadi.
Qo'llaniladigan nopoklik manbalari BF3, PH3 va AsH3 va boshqalar bo'lib, ularning tuzilmalari quyidagi rasmda ko'rsatilgan. Filament tomonidan chiqarilgan elektronlar gaz atomlari bilan to'qnashib, ionlar hosil qiladi. Elektronlar odatda issiq volfram filament manbai tomonidan ishlab chiqariladi. Masalan, Berners ion manbai, katod filamenti gaz kirish joyi bo'lgan yoy kamerasiga o'rnatiladi. Ark kamerasining ichki devori anoddir.
Gaz manbai kiritilganda filamentdan katta oqim o'tadi va musbat va manfiy elektrodlar o'rtasida 100 V kuchlanish qo'llaniladi, bu filament atrofida yuqori energiyali elektronlarni hosil qiladi. Yuqori energiyali elektronlar manba gaz molekulalari bilan to'qnashgandan keyin ijobiy ionlar hosil bo'ladi.
Tashqi magnit ionlanishni oshirish va plazmani barqarorlashtirish uchun filamentga parallel ravishda magnit maydonni qo'llaydi. Ark kamerasida, filamentga nisbatan boshqa uchida, elektronlarning hosil bo'lishi va samaradorligini oshirish uchun elektronlarni qaytaradigan salbiy zaryadlangan reflektor mavjud.
(2)Absorbtsiya:
U ion manbasining kamon kamerasida hosil bo'lgan ijobiy ionlarni yig'ish va ularni ion nuriga aylantirish uchun ishlatiladi. Ark kamerasi anod bo'lgani uchun va katod assimilyatsiya elektrodiga manfiy bosim ostida bo'lganligi sababli, hosil bo'lgan elektr maydoni musbat ionlarni boshqaradi, bu esa quyidagi rasmda ko'rsatilganidek, assimilyatsiya elektrodiga qarab harakatlanishiga va ion tirqishidan chiqarilishiga olib keladi. . Elektr maydon kuchi qanchalik katta bo'lsa, ionlar tezlashgandan keyin shunchalik ko'p kinetik energiya oladi. Bundan tashqari, plazmadagi elektronlarning aralashuvini oldini olish uchun assimilyatsiya elektrodida bostirish kuchlanishi mavjud. Shu bilan birga, bostirish elektrodi ionlarni ion nuriga aylantirishi va ularni parallel ion nurlari oqimiga yo'naltirishi mumkin, shunda u implantatordan o'tadi.
(3)Massa analizatori:
Ion manbasidan hosil bo'ladigan ionlarning ko'p turlari bo'lishi mumkin. Anod kuchlanishining tezlashishi ostida ionlar yuqori tezlikda harakatlanadi. Turli ionlar turli atom massa birliklariga va har xil massa-zaryad nisbatlariga ega.
(4)Tezlatgich trubkasi:
Yuqori tezlikka erishish uchun yuqori energiya talab qilinadi. Tezlashtirish uchun anod va massa analizatori tomonidan taqdim etilgan elektr maydonidan tashqari, tezlatgich trubkasida taqdim etilgan elektr maydoni ham talab qilinadi. Tezlatgich trubkasi dielektrik bilan ajratilgan bir qator elektrodlardan iborat bo'lib, elektrodlardagi salbiy kuchlanish ketma-ket ulanish orqali ketma-ketlik bilan ortadi. Umumiy kuchlanish qanchalik yuqori bo'lsa, ionlar tomonidan olingan tezlik shunchalik katta bo'ladi, ya'ni tashiladigan energiya qanchalik katta bo'ladi. Yuqori energiya nopoklik ionlarini chuqur birikma hosil qilish uchun kremniy gofretga chuqur kiritish imkonini beradi, past energiya esa sayoz birikma hosil qilish uchun ishlatilishi mumkin.
(5)Diskni skanerlash
Fokuslangan ion nuri odatda juda kichik diametrga ega. O'rta nurli oqim implantatorining nur nuqtasi diametri taxminan 1 sm, katta nurli tok implantatori esa taxminan 3 sm. Butun silikon gofret skanerlash bilan qoplanishi kerak. Dozani implantatsiya qilishning takrorlanishi skanerlash orqali aniqlanadi. Odatda, implantatorni skanerlash tizimlarining to'rt turi mavjud:
① elektrostatik skanerlash;
② mexanik skanerlash;
③ gibrid skanerlash;
④ parallel skanerlash.
(6)Statik elektrni zararsizlantirish tizimi:
Implantatsiya jarayonida ion nurlari kremniy gofretga uriladi va niqob yuzasida zaryad to'planishiga olib keladi. Natijada paydo bo'lgan zaryad to'planishi ion nuridagi zaryad balansini o'zgartiradi, bu nurlanish nuqtasini kattalashtiradi va dozaning taqsimlanishi notekis bo'ladi. U hatto sirt oksidi qatlamidan o'tib, qurilmaning ishdan chiqishiga olib kelishi mumkin. Endi silikon gofret va ion nurlari odatda plazma elektron dush tizimi deb ataladigan barqaror yuqori zichlikdagi plazma muhitiga joylashtiriladi, bu silikon gofretning zaryadlanishini nazorat qila oladi. Ushbu usul plazmadan (odatda argon yoki ksenon) elektronlarni ion nurlari yo'lida va kremniy gofreti yaqinida joylashgan yoy kamerasida chiqaradi. Plazma filtrlanadi va faqat ikkilamchi elektronlar musbat zaryadni zararsizlantirish uchun kremniy gofret yuzasiga etib borishi mumkin.
(7)Jarayon bo'shlig'i:
Ion nurlarini kremniy gofretlarga quyish texnologik kamerada sodir bo'ladi. Texnologik kamera implantatorning muhim qismi bo'lib, skanerlash tizimi, kremniy gofretlarni yuklash va tushirish uchun vakuumli qulfga ega terminal stantsiyasi, kremniy gofretni uzatish tizimi va kompyuterni boshqarish tizimini o'z ichiga oladi. Bundan tashqari, dozalarni kuzatish va kanal ta'sirini nazorat qilish uchun ba'zi qurilmalar mavjud. Agar mexanik skanerlash ishlatilsa, terminal stantsiyasi nisbatan katta bo'ladi. Jarayon kamerasining vakuumi ko'p bosqichli mexanik nasos, turbomolekulyar nasos va kondensatsiya pompasi tomonidan jarayon tomonidan talab qilinadigan pastki bosimga pompalanadi, bu odatda taxminan 1 × 10-6 Torr yoki undan kam.
(8)Dozani nazorat qilish tizimi:
Ion implantatorida real vaqtda dozani kuzatish kremniy gofretga yetib boradigan ion nurini o'lchash orqali amalga oshiriladi. Ion nurlarining oqimi Faraday kubogi deb ataladigan sensor yordamida o'lchanadi. Oddiy Faraday tizimida ion nurlari yo'lida oqimni o'lchaydigan oqim sensori mavjud. Biroq, bu muammo tug'diradi, chunki ion nurlari sensor bilan reaksiyaga kirishadi va ikkilamchi elektronlarni ishlab chiqaradi, bu esa noto'g'ri oqim ko'rsatkichlariga olib keladi. Faraday tizimi elektr yoki magnit maydonlar yordamida ikkilamchi elektronlarni bostirib, haqiqiy nur oqimini ko'rsatishi mumkin. Faraday tizimi tomonidan o'lchangan oqim elektron dozani nazorat qilish moslamasiga beriladi, u oqim akkumulyatori sifatida ishlaydi (o'lchangan nur oqimini doimiy ravishda to'playdi). Tekshirish moslamasi umumiy oqimni mos keladigan implantatsiya vaqtiga bog'lash va ma'lum bir doza uchun zarur bo'lgan vaqtni hisoblash uchun ishlatiladi.
3.2 Zararni tuzatish
Ion implantatsiyasi atomlarni panjara tuzilishidan chiqarib tashlaydi va kremniy gofret panjarasiga zarar etkazadi. Implantatsiya qilingan doza katta bo'lsa, implantatsiya qilingan qatlam amorf bo'ladi. Bundan tashqari, implantatsiya qilingan ionlar asosan kremniyning panjara nuqtalarini egallamaydi, balki panjara bo'shlig'i pozitsiyalarida qoladi. Ushbu interstitsial aralashmalar faqat yuqori haroratli tavlanish jarayonidan so'ng faollashishi mumkin.
Tavlama, panjara nuqsonlarini tuzatish uchun implantatsiya qilingan silikon gofretni isitishi mumkin; shuningdek, nopoklik atomlarini panjara nuqtalariga o'tkazishi va ularni faollashtirishi mumkin. Panjara nuqsonlarini tuzatish uchun zarur bo'lgan harorat taxminan 500 ° C ni tashkil qiladi va nopoklik atomlarini faollashtirish uchun zarur bo'lgan harorat taxminan 950 ° C ni tashkil qiladi. Nopoklarning faollashishi vaqt va harorat bilan bog'liq: vaqt qancha uzoq va harorat qanchalik baland bo'lsa, aralashmalar shunchalik to'liq faollashadi. Silikon gofretlarni tavlashning ikkita asosiy usuli mavjud:
① yuqori haroratli pechda tavlanish;
② tez termal tavlanish (RTA).
Yuqori haroratli pechni tavlash: Yuqori haroratli pechni tavlash an'anaviy tavlanish usuli bo'lib, silikon gofretni 800-1000 ℃ ga qizdirish va uni 30 daqiqa ushlab turish uchun yuqori haroratli pechdan foydalanadi. Bu haroratda kremniy atomlari yana panjara holatiga o'tadi va nopoklik atomlari ham kremniy atomlarini almashtirib, panjara ichiga kirishi mumkin. Biroq, bunday harorat va vaqtda issiqlik bilan ishlov berish, iflosliklarning tarqalishiga olib keladi, bu zamonaviy IC ishlab chiqarish sanoati ko'rishni istamaydi.
Tez termal tavlanish: Tez termal tavlanish (RTA) kremniy gofretlarni juda tez harorat ko'tarilishi va maqsadli haroratda (odatda 1000 ° C) qisqa muddatli ishlov beradi. Implantatsiya qilingan silikon gofretlarni tavlash odatda Ar yoki N2 bilan tezkor termal protsessorda amalga oshiriladi. Haroratning tez ko'tarilishi jarayoni va qisqa muddat panjara nuqsonlarini tuzatishni optimallashtirishi, aralashmalarning faollashishi va nopoklik tarqalishini inhibe qilishi mumkin. RTA shuningdek, vaqtinchalik kuchaytirilgan diffuziyani kamaytirishi mumkin va sayoz birikma implantlarida ulanish chuqurligini nazorat qilishning eng yaxshi usuli hisoblanadi.
——————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————— —————————————
Semicera taqdim etishi mumkingrafit qismlari, yumshoq/qattiq namat, kremniy karbid qismlari, CVD silikon karbid qismlari, vaSiC/TaC bilan qoplangan qismlar30 kun ichida.
Agar siz yuqoridagi yarimo'tkazgich mahsulotlariga qiziqsangiz,Iltimos, birinchi marta biz bilan bog'lanishdan qo'rqmang.
Tel: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Yuborilgan vaqt: 2024 yil 31-avgust