1. Киришүү
Иондук имплантация интегралдык микросхемалардын өндүрүшүндөгү негизги процесстердин бири болуп саналат. Ал ион нурун белгилүү бир энергияга (негизинен кеВден МеВге чейинки диапазондо) чейин тездетүү жана андан кийин материалдын бетинин физикалык касиеттерин өзгөртүү үчүн аны катуу заттын бетине киргизүү процессин билдирет. Интегралдык микросхема процессинде катуу материал көбүнчө кремний, ал эми имплантацияланган аралашма иондор көбүнчө бор иондору, фосфор иондору, мышьяк иондору, индий иондору, германий иондору ж.б. материал же PN түйүнүн түзөт. Интегралдык микросхемалардын өзгөчөлүктөрүнүн өлчөмү субмикрондук доорго чейин кыскартылганда, иондорду имплантациялоо процесси кеңири колдонулган.
Интегралдык микросхемалардын өндүрүш процессинде ион имплантациясы, адатта, терең көмүлгөн катмарлар, тескери кошулган скважиналар, босого чыңалууну тууралоо, булак жана дренажды узартуу имплантациясы, булак жана дренаж имплантациясы, полисилликон дарбазасынын допинги, PN түйүндөрүн жана резисторлорду/конденсаторлорду түзүү ж.б.у.с. изоляторлор боюнча кремний субстрат материалдарын даярдоо жараянында, көмүлгөн кычкыл катмары, негизинен, жогорку концентрациядагы кычкылтек ион имплантациялоо менен түзүлөт, же акылдуу кесүү жогорку концентрациялуу суутек ион имплантациялоо менен жетишилет.
Ионду имплантациялоо ион имплантатору тарабынан ишке ашырылат жана анын эң маанилүү процессинин параметрлери доза жана энергия: доза акыркы концентрацияны, ал эми энергия иондордун диапазонун (б.а. тереңдигин) аныктайт. Ар кандай түзмөк дизайн талаптарына ылайык, имплантация шарттары жогорку дозалуу жогорку энергия, орто дозасы орто энергия, орто дозасы аз энергия, же жогорку дозасы аз энергия болуп бөлүнөт. Идеалдуу имплантация эффектин алуу үчүн ар кандай имплантанттар процесстин ар кандай талаптары үчүн жабдылышы керек.
Иондук имплантациядан кийин, көбүнчө ион имплантациясынан келип чыккан тордун бузулушун оңдоо жана ыпластык иондорду активдештирүү үчүн жогорку температурадагы күйдүрүү процессинен өтүү керек. Салттуу интегралдык микросхема процесстеринде, күйдүрүү температурасы допингге чоң таасир этсе да, ионду имплантациялоо процессинин температурасы маанилүү эмес. 14 нмден төмөн технологиялык түйүндөрдө тордун бузулушунун таасирин өзгөртүү үчүн ион имплантациясынын белгилүү процесстери төмөн же жогорку температуралуу чөйрөдө аткарылышы керек.
2. ион имплантациялоо процесси
2.1 Негизги принциптер
Иондук имплантация 1960-жылдары иштелип чыккан допинг процесси болуп саналат, ал көпчүлүк аспектилери боюнча салттуу диффузия ыкмаларынан жогору турат.
Ион имплантациялык допинг менен салттуу диффузиялык допингдин ортосундагы негизги айырмачылыктар төмөнкүлөр:
(1) Кошумча заттардын концентрациясынын бөлүштүрүлүшү ар кандай. Ион имплантациясынын эң жогорку аралашма концентрациясы кристаллдын ичинде, ал эми диффузиянын эң жогорку аралашма концентрациясы кристаллдын бетинде жайгашкан.
(2) Ион имплантациялоо бөлмө температурасында, ал тургай, төмөнкү температурада ишке ашырылган жараян болуп саналат жана өндүрүш убактысы кыска. Диффузиялык допинг жогорку температурада узак дарылоону талап кылат.
(3) Иондук имплантация имплантацияланган элементтерди ийкемдүү жана так тандоого мүмкүндүк берет.
(4) Кошумчалар жылуулук диффузиясынан таасир эткендиктен, кристалдагы ион имплантациясынан пайда болгон толкун формасы кристаллдагы диффузиядан пайда болгон толкун формасына караганда жакшыраак.
(5) Иондук имплантациялоодо, адатта, маска материалы катары фоторезистти гана колдонот, бирок диффузиялык допинг маска катары белгилүү бир калыңдыктагы пленканын өсүшүн же катмарланышын талап кылат.
(6) Иондук имплантация негизинен диффузияны алмаштырды жана бүгүнкү күндө интегралдык микросхемаларды өндүрүүдө негизги допинг процесси болуп калды.
Белгилүү бир энергиясы бар түшкөн ион нуру катуу бутаны (көбүнчө пластинаны) бомбалаганда, иондор менен атомдор максаттуу беттеги ар кандай өз ара аракеттенишүүдө жана энергияны кандайдыр бир жол менен максаттуу атомдорго дүүлүктүрүү же иондоштуруу үчүн өткөрүп беришет. алар. Иондор ошондой эле импульс берүү аркылуу белгилүү бир энергияны жоготуп, акырында максаттуу атомдор тарабынан чачырап же максаттуу материалда токтоп калышы мүмкүн. Эгерде сайылган иондор оор болсо, иондордун көбү катуу бутага сайылат. Тескерисинче, инъекцияланган иондор жеңилирээк болсо, сайылган иондордун көбү максаттуу бетинен секирип кетет. Негизинен, бутага сайылган бул жогорку энергиялуу иондор катуу бутадагы тордун атомдору жана электрондору менен ар кандай даражада кагылышат. Алардын арасында иондор менен катуу максаттуу атомдордун кагылышуусу массасы жакын болгондуктан ийкемдүү кагылышуу катары каралышы мүмкүн.
2.2 Иондук имплантациянын негизги параметрлери
Иондук имплантация - бул ийкемдүү процесс, ал чиптин катуу дизайнына жана өндүрүшүнүн талаптарына жооп бериши керек. Иондорду имплантациялоонун маанилүү параметрлери: доза, диапазон.
Доза (D) кремний пластинкасынын бетинин аянтынын бирдигине инъекцияланган иондордун санын, бир квадрат сантиметрге атомдордо (же квадрат сантиметрге иондорду) билдирет. D төмөнкү формула боюнча эсептөөгө болот:
Бул жерде D - имплантация дозасы (иондордун саны/аянт бирдиги); t - имплантация убактысы; I - нур ток; q – ион көтөргөн заряд (бир заряд 1,6×1019С[1]); жана S - имплантация аймагы.
Иондук имплантациялоо кремний пластинкаларын өндүрүүдө маанилүү технология болуп калганынын негизги себептеринин бири, ал кремний пластинкаларына аралашмалардын бирдей дозасын кайра-кайра имплантациялай алат. Имплантатор бул максатка иондордун оң зарядынын жардамы менен жетет. Оң аралашма иондору ион нурун түзгөндө, анын агымынын ылдамдыгы мА менен өлчөнгөн иондук нур ток деп аталат. Орто жана төмөнкү токтун диапазону 0,1ден 10 мАга чейин, жогорку токтун диапазону 10дон 25 мАга чейин.
Ион нурунун агымынын чоңдугу дозаны аныктоодо негизги өзгөрмө болуп саналат. Эгерде ток көбөйсө, убакыт бирдигине имплантацияланган аралашма атомдорунун саны да көбөйөт. Жогорку ток кремний пластинкасынын түшүмдүүлүгүн жогорулатууга шарт түзөт (өндүрүш убактысынын бирдигине көбүрөөк иондорду инъекциялоо), бирок ал ошондой эле бирдейлик көйгөйлөрүн жаратат.
3. ион имплантациялоочу жабдуулар
3.1 Негизги түзүмү
Иондук имплантациялоочу жабдуулар 7 негизги модулду камтыйт:
① ион булагы жана абсорбер;
② масса анализатору (б.а. аналитикалык магнит);
③ тездетүүчү түтүк;
④ сканерлөөчү диск;
⑤ электростатикалык нейтралдаштыруу системасы;
⑥ процесстик камера;
⑦ дозаны башкаруу системасы.
All модулдар вакуум системасы тарабынан белгиленген вакуумдук чөйрөдө. Ион имплантатынын негизги структуралык схемасы төмөндөгү сүрөттө көрсөтүлгөн.
(1)Ион булагы:
Адатта, соргуч электрод сыяктуу эле вакуумдук камерада. Инъекцияны күтүп жаткан аралашмалар электр талаасы тарабынан башкарылуусу жана ылдамдалышы үчүн ион абалында болушу керек. Эң көп колдонулган В+, Р+, Ас+ ж.б. иондоштуруучу атомдор же молекулалар аркылуу алынат.
Колдонулган ыпластык булактары BF3, PH3 жана AsH3 ж.б. жана алардын структуралары төмөндөгү сүрөттө көрсөтүлгөн. Филамент чыгарган электрондор газ атомдору менен кагылышып, иондорду пайда кылат. Электрондор, адатта, ысык вольфрам жип булагы тарабынан түзүлөт. Мисалы, Бернерс ион булагы, катод жипчеси газ кириши бар жаа камерасына орнотулган. Дога камерасынын ички дубалы анод болуп саналат.
Газ булагы киргизилгенде жиптен чоң ток өтүп, оң жана терс электроддор арасына 100 В чыңалуу берилет, ал жиптин айланасында жогорку энергиялуу электрондорду пайда кылат. Оң иондор жогорку энергиялуу электрондор булак газ молекулалары менен кагылышкандан кийин пайда болот.
Тышкы магнит иондоштурууну жогорулатуу жана плазманы турукташтыруу үчүн жипке параллель магнит талаасын колдонот. Арка камерасында, жипке салыштырмалуу экинчи учунда электрондордун жаралышын жана эффективдүүлүгүн жакшыртуу үчүн электрондорду кайра чагылдырган терс заряддуу рефлектор бар.
(2)Абсорбция:
Ал ион булагынын дога камерасында пайда болгон оң иондорду чогултуу жана аларды ион нуруна айлантуу үчүн колдонулат. Арка камерасы анод болгондуктан жана катод соргуч электроддо терс басымга ээ болгондуктан, пайда болгон электр талаасы оң иондорду башкарып, алардын соргуч электродду көздөй жылып, иондук тешиктен чыгарылышын шарттайт, төмөндөгү сүрөттө көрсөтүлгөн. . Электр талаасынын күчү канчалык чоң болсо, иондор ылдамдангандан кийин ошончолук кинетикалык энергияга ээ болот. Плазмадагы электрондордун интерференциясын болтурбоо үчүн соргуч электроддо басуучу чыңалуу да бар. Ошол эле учурда, басуучу электрод иондорду иондук нурга айлантып, имплантант аркылуу өтүшү үчүн аларды параллелдүү ион нурунун агымына багыттай алат.
(3)Массалык анализатор:
Ион булагынан пайда болгон иондордун көптөгөн түрлөрү болушу мүмкүн. Аноддук чыңалуунун ылдамдануусу астында иондор жогорку ылдамдыкта кыймылдашат. Ар кандай иондор ар кандай атомдук масса бирдиктери жана ар кандай масса-заряд катышы бар.
(4)Ылдамдаткыч түтүк:
Жогорку ылдамдыкты алуу үчүн көбүрөөк энергия талап кылынат. Анод жана масса анализатор тарабынан камсыздалган электр талаасынан тышкары, тездетүү үчүн тездеткич түтүкчөдөгү электр талаасы да талап кылынат. Ылдамдаткыч түтүгү диэлектрик менен обочолонгон бир катар электроддордон турат жана электроддордогу терс чыңалуу катар кошулуу аркылуу ырааттуу түрдө көбөйөт. Жалпы чыңалуу канчалык жогору болсо, иондор алган ылдамдык ошончолук чоң болот, б.а. Жогорку энергия аралашма иондорун кремний пластинасына терең сайып, терең кошулууну түзүүгө мүмкүндүк берет, ал эми аз энергия тайыз кошулууну жасоо үчүн колдонулушу мүмкүн.
(5)Скандоочу диск
Фокусталган ион нурунун диаметри көбүнчө өтө кичинекей. Орто нурлуу токтун имплантаторунун нур тактарынын диаметри болжол менен 1 см, ал эми чоң нурлуу ток имплантердики болжол менен 3 см. Бүт кремний пластинкасы сканерден өтүшү керек. Дозаны имплантациялоонун кайталанышы сканерлөө жолу менен аныкталат. Адатта, импланттарды сканерлөө системаларынын төрт түрү бар:
① электростатикалык сканерлөө;
② механикалык сканерлөө;
③ гибриддик сканерлөө;
④ параллелдүү сканерлөө.
(6)Статикалык электр энергиясын нейтралдаштыруу системасы:
Имплантациялоо процессинде ион нуру кремний пластинкасына тийип, масканын бетинде заряддын топтолушуна алып келет. Жыйынтыгында заряддын топтолушу иондук нурдагы заряддын балансын өзгөртүп, нурдун тагы чоңураак болуп, дозанын бөлүштүрүлүшү бирдей эмес болот. Ал атүгүл үстүнкү оксид катмарын бузуп, аппараттын иштебей калышына алып келиши мүмкүн. Азыр, кремний пластина жана ион нуру, адатта, кремний пластинанын кубатталышын көзөмөлдөй турган плазмалык электрондук душ системасы деп аталган туруктуу жогорку тыгыздыктагы плазма чөйрөсүнө жайгаштырылат. Бул ыкма электрондорду плазмадан (көбүнчө аргон же ксенон) ион нурунун жолунда жана кремний пластинкасынын жанында жайгашкан жаа камерасында бөлүп алат. Плазма чыпкаланат жана оң зарядды нейтралдаштыруу үчүн кремний пластинкасынын бетине экинчилик электрондор гана жете алат.
(7)Процесстин көңдөйү:
Кремний пластинкаларына ион нурларынын инъекциясы процесс камерасында болот. Технологиялык камера имплантациялоочу аппараттын маанилүү бөлүгү болуп саналат, анын ичинде сканерлөө системасы, кремний пластинкаларын жүктөө жана түшүрүү үчүн вакуумдук кулпусу бар терминалдык станция, кремний пластинкасын өткөрүү системасы жана компьютердик башкаруу системасы. Мындан тышкары, дозаларды көзөмөлдөө жана каналдын таасирин көзөмөлдөө үчүн кээ бир түзүлүштөр бар. Эгерде механикалык сканерлөө колдонулса, терминал станциясы салыштырмалуу чоң болот. Технологиялык камеранын вакууму процессте талап кылынган астыңкы басымга көп баскычтуу механикалык насос, турбомолекулярдык насос жана конденсация насосу аркылуу айдалат, бул жалпысынан 1×10-6Торр же андан аз.
(8)Дозалоону көзөмөлдөө системасы:
Ион имплантеринде реалдуу убакыт режиминде дозанын мониторинги кремний пластинкасына жеткен ион нурун өлчөө аркылуу ишке ашат. Ион нурунун ток Фарадей чөйчөгү деп аталган сенсордун жардамы менен өлчөнөт. Жөнөкөй Фарадей системасында ион нурунун жолунда токту өлчөөчү ток сенсору бар. Бирок, бул көйгөй жаратат, анткени ион нуру сенсор менен реакцияга кирип, экинчилик электрондорду чыгарат, бул ката ток окууларына алып келет. Фарадей системасы электрдик же магниттик талаалардын жардамы менен экинчилик электрондорду басып, чыныгы нур токунун көрсөткүчүн ала алат. Фарадей системасы менен өлчөнгөн ток электрондук доза контроллерине берилет, ал токтун аккумуляторунун милдетин аткарат (ал өлчөнгөн нур токту үзгүлтүксүз топтойт). Контроллер жалпы токту тиешелүү имплантация убактысына байланыштыруу жана белгилүү бир доза үчүн талап кылынган убакытты эсептөө үчүн колдонулат.
3.2 Зыяндарды оңдоо
Иондук имплантация атомдорду торчонун структурасынан чыгарып, кремний пластинкасынын торуна зыян келтирет. Имплантацияланган доза чоң болсо, имплантацияланган катмар аморфтук болуп калат. Мындан тышкары, имплантацияланган иондор негизинен кремнийдин торчолорун ээлебейт, бирок торчо боштук орундарында калышат. Бул аралык аралашмалар жогорку температурадагы күйдүрүү процессинен кийин гана активдештирилиши мүмкүн.
Annealing тор кемчиликтерин оңдоо үчүн имплантацияланган кремний пластинасын жылыта алат; ал ошондой эле ыплас атомдорду торчолорго жылдырып, аларды активдештире алат. Решеткадагы кемчиликтерди оңдоо үчүн талап кылынган температура болжол менен 500°C, ал эми ыплас атомдорду активдештирүү үчүн талап кылынган температура болжол менен 950°C. Кошумчалардын активдешүүсү убакытка жана температурага байланыштуу: убакыт канчалык узак жана температура канчалык жогору болсо, аралашмалар ошончолук толук активдешет. Кремний пластиналарды күйдүрүүнүн эки негизги ыкмасы бар:
① жогорку температурадагы меште күйдүрүү;
② тез термикалык күйдүрүү (RTA).
Жогорку температурадагы мешти күйдүрүү: Жогорку температурадагы мешти күйдүрүү - бул кремний пластинасын 800-1000 ℃ га чейин ысытуу жана 30 мүнөт кармап туруу үчүн жогорку температурадагы мешти колдонгон салттуу күйдүрүү ыкмасы. Бул температурада кремний атомдору кайра торчо абалына жылып, ыплас атомдор да кремний атомдорун алмаштырып, торчого кире алат. Бирок, мындай температурада жана убакытта жылуулук менен дарылоо аралашмалардын диффузиясына алып келет, бул заманбап IC өндүрүш өнөр жайы көргүсү келбеген нерсе.
Тез термикалык күйгүзүү: Тез термикалык күйгүзүү (RTA) кремний пластинкаларын температуранын өтө тез жогорулашына жана максаттуу температурада (көбүнчө 1000°C) кыска мөөнөткө карайт. Имплантацияланган кремний пластинкаларын күйдүрүү адатта Ar же N2 менен тез термикалык процессордо жүргүзүлөт. Температуранын тез көтөрүлүү процесси жана кыска мөөнөттүүлүгү тордогу кемчиликтерди оңдоону оптималдаштырууга, аралашмаларды активдештирүү жана ыпластыктын диффузиясын токтотууга жардам берет. RTA ошондой эле убактылуу күчөтүлгөн диффузияны азайтышы мүмкүн жана тайыз кесилиш импланттарында түйүн тереңдигин көзөмөлдөөнүн эң жакшы жолу.
——————————————————————————————————————————————————————————————— ————————————
Semicera камсыз кыла алатграфит бөлүктөрү, жумшак/катуу кийиз, кремний карбид бөлүктөрү, CVD кремний карбид бөлүктөрү, жанаSiC/TaC капталган бөлүктөрүменен 30 күндүн ичинде.
Эгерде сизди жогорудагы жарым өткөргүч өнүмдөр кызыктырса,сураныч, биринчи жолу биз менен байланышуудан тартынба.
Тел: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Посттун убактысы: 31-август-2024