1. Įvadas
Jonų implantavimas yra vienas iš pagrindinių integrinių grandynų gamybos procesų. Tai reiškia procesą, kai jonų pluoštas pagreitinamas iki tam tikros energijos (paprastai diapazone nuo keV iki MeV), o po to įpurškiamas į kietos medžiagos paviršių, siekiant pakeisti medžiagos paviršiaus fizines savybes. Integrinio grandyno procese kieta medžiaga dažniausiai yra silicis, o implantuoti priemaišų jonai dažniausiai yra boro jonai, fosforo jonai, arseno jonai, indžio jonai, germanio jonai ir kt. Implantuoti jonai gali pakeisti kietosios medžiagos paviršiaus laidumą medžiaga arba suformuoti PN sandūrą. Kai integrinių grandynų funkcijų dydis buvo sumažintas iki submikronų eros, jonų implantavimo procesas buvo plačiai naudojamas.
Integrinių grandynų gamybos procese jonų implantavimas dažniausiai naudojamas giliai užkastiems sluoksniams, atvirkštinio legiravimo šuliniams, slenkstinės įtampos reguliavimui, šaltinio ir kanalizacijos išplėtimo implantavimui, šaltinio ir nutekėjimo implantavimui, polisilicio užtvaro legiravimui, PN jungčių ir rezistorių/kondensatorių formavimui ir kt. Ruošiant silicio substrato medžiagas ant izoliatorių, palaidotas oksido sluoksnis daugiausia susidaro implantuojant didelės koncentracijos deguonies jonus, arba išmanus pjovimas pasiekiamas implantuojant didelės koncentracijos vandenilio jonus.
Jonų implantaciją atlieka jonų implantatorius, o svarbiausi jo proceso parametrai yra dozė ir energija: dozė lemia galutinę koncentraciją, o energija – jonų diapazoną (ty gylį). Pagal skirtingus prietaiso projektavimo reikalavimus, implantavimo sąlygos skirstomos į didelės dozės didelės energijos, vidutinės dozės vidutinės energijos, vidutinės dozės mažos energijos arba didelės dozės mažos energijos. Norint pasiekti idealų implantavimo efektą, skirtingi implantatoriai turi būti įrengti skirtingiems proceso reikalavimams.
Po jonų implantacijos paprastai reikia atlikti aukštos temperatūros atkaitinimo procesą, kad būtų atitaisyti jonų implantacijos sukelti gardelės pažeidimai ir suaktyvinti priemaišų jonai. Tradiciniuose integrinių grandynų procesuose, nors atkaitinimo temperatūra turi didelę įtaką dopingui, paties jonų implantavimo proceso temperatūra nėra svarbi. Technologiniuose mazguose, mažesniuose nei 14 nm, tam tikrus jonų implantavimo procesus reikia atlikti žemoje arba aukštoje temperatūroje, kad būtų pakeistas grotelių pažeidimo poveikis ir kt.
2. jonų implantacijos procesas
2.1 Pagrindiniai principai
Jonų implantavimas yra septintajame dešimtmetyje sukurtas dopingo procesas, daugeliu aspektų pranašesnis už tradicinius difuzijos metodus.
Pagrindiniai skirtumai tarp jonų implantacijos dopingo ir tradicinio difuzinio dopingo yra šie:
(1) Priemaišų koncentracijos pasiskirstymas legiruotoje srityje yra skirtingas. Didžiausia jonų implantacijos priemaišų koncentracija yra kristalo viduje, o didžiausia difuzijos priemaišų koncentracija yra kristalo paviršiuje.
(2) Jonų implantavimas yra procesas, atliekamas kambario temperatūroje arba net žemoje temperatūroje, o gamybos laikas yra trumpas. Difuzinis dopingas reikalauja ilgesnio apdorojimo aukštoje temperatūroje.
(3) Jonų implantacija leidžia lanksčiau ir tiksliau pasirinkti implantuojamus elementus.
(4) Kadangi priemaišas veikia šiluminė difuzija, bangos forma, susidaranti implantuojant jonus į kristalą, yra geresnė nei bangos forma, susidariusi difuzijos kristale.
(5) Implantuojant jonus, kaip kaukės medžiaga paprastai naudojamas tik fotorezistas, tačiau difuziniam legiravimui reikia užauginti arba nusodinti tam tikro storio plėvelę kaip kaukę.
(6) Jonų implantavimas iš esmės pakeitė difuziją ir tapo pagrindiniu dopingo procesu šiandien gaminant integrinius grandynus.
Kai krintantis jonų pluoštas su tam tikra energija bombarduoja kietą taikinį (dažniausiai plokštelę), jonai ir atomai tiksliniame paviršiuje patirs įvairią sąveiką ir perduoda energiją tiksliniams atomams tam tikru būdu, kad sužadintų arba jonizuotų. juos. Jonai taip pat gali prarasti tam tikrą energijos kiekį per impulso perdavimą ir galiausiai būti išsklaidyti tikslinių atomų arba sustoti tikslinėje medžiagoje. Jei įšvirkščiami jonai yra sunkesni, dauguma jonų bus įšvirkščiami į kietą taikinį. Priešingai, jei įšvirkšti jonai yra lengvesni, daugelis įšvirkštų jonų atsimuš nuo tikslinio paviršiaus. Iš esmės šie didelės energijos jonai, įšvirkšti į taikinį, skirtingais laipsniais susidurs su gardelės atomais ir elektronais kietajame taikinyje. Tarp jų susidūrimas tarp jonų ir kietųjų taikinių atomų gali būti laikomas elastingu susidūrimu, nes jų masė yra artima.
2.2 Pagrindiniai jonų implantavimo parametrai
Jonų implantavimas yra lankstus procesas, kuris turi atitikti griežtus lusto projektavimo ir gamybos reikalavimus. Svarbūs jonų implantavimo parametrai yra: dozė, diapazonas.
Dozė (D) reiškia jonų, įpuršktų silicio plokštelės paviršiaus ploto vienetui, skaičių atomais kvadratiniame centimetre (arba jonais kvadratiniame centimetre). D galima apskaičiuoti pagal šią formulę:
kur D yra implantavimo dozė (jonų skaičius ploto vienetui); t – implantacijos laikas; I yra spindulio srovė; q – jono nešamas krūvis (vienas krūvis yra 1,6×1019C[1]); ir S yra implantacijos sritis.
Viena iš pagrindinių priežasčių, kodėl jonų implantavimas tapo svarbia silicio plokštelių gamybos technologija, yra ta, kad ji gali pakartotinai implantuoti tą pačią priemaišų dozę į silicio plokšteles. Implantatorius šį tikslą pasiekia naudodamas teigiamą jonų krūvį. Kai teigiami priemaišų jonai sudaro jonų pluoštą, jo srautas vadinamas jonų pluošto srove, kuri matuojama mA. Vidutinių ir žemų srovių diapazonas yra nuo 0,1 iki 10 mA, o didelių srovių diapazonas yra nuo 10 iki 25 mA.
Jonų pluošto srovės dydis yra pagrindinis kintamasis apibrėžiant dozę. Jei srovė didėja, per laiko vienetą implantuojamų priemaišų atomų skaičius taip pat didėja. Didelė srovė padeda didinti silicio plokštelių išeigą (per gamybos laiko vienetą įpurškiama daugiau jonų), tačiau tai taip pat sukelia vienodumo problemų.
3. jonų implantavimo įranga
3.1 Pagrindinė struktūra
Jonų implantavimo įrangą sudaro 7 pagrindiniai moduliai:
① jonų šaltinis ir absorberis;
② masės analizatorius (ty analitinis magnetas);
③ akceleratoriaus vamzdelis;
④ nuskaitymo diskas;
⑤ elektrostatinės neutralizacijos sistema;
⑥ proceso kamera;
⑦ dozės kontrolės sistema.
AVisi moduliai yra vakuuminėje aplinkoje, kurią nustato vakuuminė sistema. Pagrindinė jonų implantatoriaus struktūrinė schema parodyta paveikslėlyje žemiau.
(1)Jonų šaltinis:
Paprastai toje pačioje vakuuminėje kameroje kaip ir siurbimo elektrodas. Priemaišos, kurios laukia įpurškimo, turi egzistuoti jonų būsenoje, kad jas valdytų ir pagreitintų elektrinis laukas. Dažniausiai naudojami B+, P+, As+ ir kt., gaunami jonizuojant atomus ar molekules.
Naudojami priemaišų šaltiniai yra BF3, PH3 ir AsH3 ir kt., o jų struktūros parodytos paveikslėlyje žemiau. Kaitinamojo siūlelio išskiriami elektronai susiduria su dujų atomais, sudarydami jonus. Elektronus paprastai generuoja karšto volframo gijų šaltinis. Pavyzdžiui, Berners jonų šaltinis, katodo siūlas yra sumontuotas lankinėje kameroje su dujų įvadu. Vidinė lanko kameros sienelė yra anodas.
Kai įvedamas dujų šaltinis, per kaitinamąjį siūlą praeina didelė srovė, o tarp teigiamų ir neigiamų elektrodų įjungiama 100 V įtampa, kuri aplink siūlą generuos didelės energijos elektronus. Teigiami jonai susidaro po to, kai didelės energijos elektronai susiduria su šaltinio dujų molekulėmis.
Išorinis magnetas taiko magnetinį lauką lygiagrečiai siūleliui, kad padidintų jonizaciją ir stabilizuotų plazmą. Lanko kameroje, kitame kaitinimo siūlelio gale, yra neigiamai įkrautas reflektorius, kuris atspindi elektronus atgal, kad pagerintų elektronų generavimą ir efektyvumą.
(2)Absorbcija:
Jis naudojamas jonų šaltinio lankinėje kameroje susidariusiems teigiamiems jonams surinkti ir suformuoti juos į jonų pluoštą. Kadangi lanko kamera yra anodas, o katodas yra neigiamai veikiamas siurbimo elektrodo, sukuriamas elektrinis laukas kontroliuoja teigiamus jonus, todėl jie juda link siurbimo elektrodo ir ištraukiami iš jonų plyšio, kaip parodyta paveikslėlyje žemiau. . Kuo didesnis elektrinio lauko stiprumas, tuo didesnę kinetinę energiją įgyja jonai po pagreičio. Siurbimo elektrode taip pat yra slopinimo įtampa, kad būtų išvengta plazmoje esančių elektronų trikdžių. Tuo pačiu metu slopinimo elektrodas gali sudaryti jonus į jonų pluoštą ir sufokusuoti juos į lygiagrečią jonų pluošto srovę, kad jis praeitų pro implantatorių.
(3)Masės analizatorius:
Iš jonų šaltinio gali susidaryti daugybė jonų. Esant anodo įtampos pagreičiui, jonai juda dideliu greičiu. Skirtingi jonai turi skirtingus atominės masės vienetus ir skirtingus masės ir krūvio santykius.
(4)Akseleratoriaus vamzdis:
Norint pasiekti didesnį greitį, reikia didesnės energijos. Be anodo ir masės analizatoriaus teikiamo elektrinio lauko, greitinimui reikalingas ir elektrinis laukas, esantis akceleratoriaus vamzdelyje. Greitintuvo vamzdis susideda iš elektrodų, izoliuotų dielektriku, serijos, o neigiama elektrodų įtampa nuosekliai didėja per nuoseklųjį ryšį. Kuo didesnė bendra įtampa, tuo didesnis jonų greitis, tai yra, tuo didesnė energija. Didelė energija gali leisti priemaišų jonus įpurkšti giliai į silicio plokštelę, kad susidarytų gili jungtis, o maža energija gali būti naudojama sekliai sankirtai sukurti.
(5)Nuskaitomas diskas
Fokusuoto jonų pluošto skersmuo paprastai yra labai mažas. Vidutinio pluošto srovės implantatoriaus pluošto taško skersmuo yra apie 1 cm, o didelio pluošto srovės implantatoriaus - apie 3 cm. Visa silicio plokštelė turi būti uždengta skenuojant. Dozės implantavimo pakartojamumas nustatomas skenuojant. Paprastai yra keturių tipų implantų nuskaitymo sistemos:
① elektrostatinis skenavimas;
② mechaninis skenavimas;
③ hibridinis skenavimas;
④ lygiagretus nuskaitymas.
(6)Statinės elektros neutralizavimo sistema:
Implantacijos metu jonų pluoštas atsitrenkia į silicio plokštelę ir sukelia krūvio kaupimąsi kaukės paviršiuje. Dėl susikaupusio krūvio pakeičiamas krūvio balansas jonų pluošte, todėl pluošto taškas tampa didesnis ir dozės pasiskirstymas netolygus. Jis netgi gali prasiskverbti pro paviršiaus oksido sluoksnį ir sukelti įrenginio gedimą. Dabar silicio plokštelė ir jonų pluoštas paprastai dedami į stabilią didelio tankio plazmos aplinką, vadinamą plazminio elektroninio dušo sistema, kuri gali valdyti silicio plokštelės įkrovimą. Šis metodas ištraukia elektronus iš plazmos (dažniausiai argono arba ksenono) lankinėje kameroje, esančioje jonų pluošto kelyje ir šalia silicio plokštelės. Plazma filtruojama ir tik antriniai elektronai gali pasiekti silicio plokštelės paviršių neutralizuoti teigiamą krūvį.
(7)Proceso ertmė:
Jonų pluoštai įpurškiami į silicio plokšteles proceso kameroje. Proceso kamera yra svarbi implantatoriaus dalis, įskaitant nuskaitymo sistemą, galinę stotį su vakuuminiu užraktu silicio plokštelėms pakrauti ir iškrauti, silicio plokštelių perdavimo sistemą ir kompiuterinę valdymo sistemą. Be to, yra keletas dozių stebėjimo ir kanalų poveikio kontrolės prietaisų. Jei naudojamas mechaninis skenavimas, terminalo stotis bus gana didelė. Proceso kameros vakuumas pumpuojamas iki apatinio slėgio, reikalingo procesui, naudojant daugiapakopį mechaninį siurblį, turbomolekulinį siurblį ir kondensacinį siurblį, kuris paprastai yra apie 1 × 10–6 torr arba mažesnis.
(8)Dozavimo kontrolės sistema:
Realaus laiko dozės stebėjimas jonų implantatoriuje atliekamas matuojant jonų pluoštą, pasiekiantį silicio plokštelę. Jonų pluošto srovė matuojama naudojant jutiklį, vadinamą Faradėjaus puodeliu. Paprastoje Faradėjaus sistemoje jonų pluošto kelyje yra srovės jutiklis, kuris matuoja srovę. Tačiau tai kelia problemų, nes jonų pluoštas reaguoja su jutikliu ir gamina antrinius elektronus, dėl kurių srovės rodmenys bus klaidingi. Faradėjaus sistema gali slopinti antrinius elektronus, naudodama elektrinius arba magnetinius laukus, kad gautų tikrąjį pluošto srovės rodmenį. Faradėjaus sistemos išmatuota srovė tiekiama į elektroninį dozės reguliatorių, kuris veikia kaip srovės akumuliatorius (kuris nuolat kaupia išmatuotą pluošto srovę). Valdiklis naudojamas bendrai srovei susieti su atitinkamu implantavimo laiku ir apskaičiuoti tam tikrai dozei reikalingą laiką.
3.2 Žalos taisymas
Jonų implantacija išmuš atomus iš gardelės struktūros ir sugadins silicio plokštelės gardelę. Jei implantuota dozė yra didelė, implantuotas sluoksnis taps amorfinis. Be to, implantuoti jonai iš esmės neužima silicio gardelės taškų, o lieka gardelės tarpo padėtyse. Šios intersticinės priemaišos gali būti aktyvuotos tik po atkaitinimo aukštoje temperatūroje.
Atkaitinimas gali šildyti implantuotą silicio plokštelę, kad būtų ištaisyti grotelių defektai; jis taip pat gali perkelti priemaišų atomus į gardelės taškus ir juos suaktyvinti. Grotelių defektams ištaisyti reikalinga temperatūra yra apie 500°C, o priemaišų atomams aktyvuoti – apie 950°C. Priemaišų aktyvavimas yra susijęs su laiku ir temperatūra: kuo ilgesnis laikas ir kuo aukštesnė temperatūra, tuo pilniau suaktyvėja priemaišos. Yra du pagrindiniai silicio plokštelių atkaitinimo būdai:
① aukštos temperatūros krosnies atkaitinimas;
② greitasis terminis atkaitinimas (RTA).
Aukštos temperatūros krosnies atkaitinimas: Aukštos temperatūros krosnies atkaitinimas yra tradicinis atkaitinimo būdas, kai silicio plokštelė įkaitinama iki 800–1000 ℃ ir palaikoma 30 minučių aukštos temperatūros krosnyje. Esant tokiai temperatūrai, silicio atomai grįžta į gardelės padėtį, o priemaišų atomai taip pat gali pakeisti silicio atomus ir patekti į gardelę. Tačiau terminis apdorojimas esant tokiai temperatūrai ir laikui sukels priemaišų difuziją, o tai, ko nenori matyti šiuolaikinė IC gamybos pramonė.
Greitas terminis atkaitinimas: Greitasis terminis atkaitinimas (RTA) apdoroja silicio plokšteles, kurių temperatūra pakyla itin greitai ir trumpai veikia tikslinėje temperatūroje (dažniausiai 1000 °C). Implantuotų silicio plokštelių atkaitinimas dažniausiai atliekamas greitajame terminiame procesoriuje su Ar arba N2. Greitas temperatūros kilimo procesas ir trumpa trukmė gali optimizuoti grotelių defektų taisymą, priemaišų aktyvavimą ir priemaišų difuzijos slopinimą. RTA taip pat gali sumažinti trumpalaikę padidintą difuziją ir yra geriausias būdas kontroliuoti jungties gylį sekliuose jungties implantuose.
——————————————————————————————————————————————————— ———————————-
Semicera gali suteiktigrafito dalys, minkštas / standus veltinis, silicio karbido dalys, CVD silicio karbido dalys, irSiC/TaC dengtos dalyssu per 30 dienų.
Jei jus domina pirmiau minėti puslaidininkiniai gaminiai,nedvejodami susisiekite su mumis pirmą kartą.
Tel.: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Paskelbimo laikas: 2024-08-31