1. Кіріспе
Иондық имплантация интегралдық микросхемалар өндірісіндегі негізгі процестердің бірі болып табылады. Ол иондық сәулені белгілі бір энергияға дейін (әдетте кеВ-ден МэВ диапазонында) жеделдету және одан кейін материал бетінің физикалық қасиеттерін өзгерту үшін оны қатты материалдың бетіне айдау процесін білдіреді. Интегралды схема процесінде қатты материал әдетте кремний, ал имплантацияланған қоспа иондары әдетте бор иондары, фосфор иондары, мышьяк иондары, индий иондары, германий иондары және т.б. Имплантацияланған иондар қатты дене бетінің өткізгіштігін өзгерте алады. материал немесе PN түйісуін құрайды. Интегралдық микросхемалардың мүмкіндіктерінің өлшемі кіші микрон дәуіріне дейін қысқарған кезде иондарды имплантациялау процесі кеңінен қолданылды.
Интегралды схемаларды өндіру процесінде иондарды имплантациялау әдетте терең көмілген қабаттар, кері легирленген ұңғымалар, шекті кернеуді реттеу, көз және дренажды ұзарту имплантациясы, көз және дренажды имплантациялау, полисиликон қақпасының қоспасы, PN түйіспелерін және резисторларды/конденсаторларды қалыптастыру және т.б. Оқшаулағыштарда кремний субстрат материалдарын дайындау процесінде көмілген оксид қабаты негізінен жоғары концентрациялы оттегі ионын имплантациялау арқылы қалыптасады немесе интеллектуалды кесу жоғары концентрациялы сутегі ионын имплантациялау арқылы жүзеге асырылады.
Ионды имплантациялау иондық имплантатор арқылы жүзеге асырылады және оның ең маңызды процесс параметрлері доза мен энергия болып табылады: доза соңғы концентрацияны анықтайды, ал энергия иондардың диапазонын (яғни тереңдігін) анықтайды. Құрылғы дизайнының әртүрлі талаптарына сәйкес имплантация шарттары жоғары дозалы жоғары энергияға, орташа дозаға орташа энергияға, орташа дозаға төмен энергияға немесе жоғары доза төмен энергияға бөлінеді. Имплантацияның тамаша әсерін алу үшін әртүрлі имплантанттар әртүрлі технологиялық талаптарға сай жабдықталуы керек.
Иондық имплантациядан кейін, әдетте, иондарды имплантациялау нәтижесінде пайда болған тордың зақымдалуын жөндеу және қоспа иондарын белсендіру үшін жоғары температурада жасыту процесінен өту қажет. Дәстүрлі интегралды схема процестерінде жасыту температурасы легирлеуге үлкен әсер еткенімен, иондарды имплантациялау процесінің температурасының өзі маңызды емес. 14 нм-ден төмен технологиялық түйіндерде тордың зақымдануының әсерін өзгерту үшін төмен немесе жоғары температуралық ортада белгілі бір иондарды имплантациялау процестерін орындау қажет және т.б.
2. ионды имплантациялау процесі
2.1 Негізгі принциптер
Ионды имплантациялау – 1960 жылдары жасалған допингтік процесс, ол көптеген аспектілері бойынша дәстүрлі диффузия әдістерінен жоғары.
Иондық имплантация легирлеу мен дәстүрлі диффузиялық допинг арасындағы негізгі айырмашылықтар келесідей:
(1) Қоспа концентрациясының легирленген аймақта таралуы әртүрлі. Ион имплантациясының ең жоғары қоспа концентрациясы кристалдың ішінде, ал диффузияның ең жоғары қоспа концентрациясы кристалдың бетінде орналасады.
(2) Ионды имплантациялау бөлме температурасында немесе тіпті төмен температурада жүзеге асырылатын процесс және өндіру уақыты қысқа. Диффузиялық допинг ұзақ жоғары температурада өңдеуді қажет етеді.
(3) Иондық имплантация имплантацияланған элементтерді неғұрлым икемді және дәл таңдауға мүмкіндік береді.
(4) Қоспаларға термиялық диффузия әсер ететіндіктен, кристалдағы ион имплантациясынан пайда болған толқын пішіні кристалдағы диффузиядан пайда болған толқын пішініне қарағанда жақсырақ.
(5) Ионды имплантациялау әдетте маска материалы ретінде тек фоторезисті пайдаланады, бірақ диффузиялық допинг маска ретінде белгілі бір қалыңдықтағы қабықтың өсуін немесе тұндырылуын талап етеді.
(6) Иондық имплантация негізінен диффузияны ауыстырды және бүгінгі күні интегралды схемаларды өндірудегі негізгі допингтік процесс болды.
Белгілі бір энергиясы бар түскен иондық сәуле қатты нысананы (әдетте пластинаны) бомбалағанда, нысана бетіндегі иондар мен атомдар әртүрлі әрекеттесулерге ұшырайды және энергияны қоздыру немесе иондау үшін нысана атомдарға белгілі бір жолмен береді. олар. Сондай-ақ иондар импульс беру арқылы белгілі бір энергия мөлшерін жоғалтуы мүмкін және ақырында мақсатты атомдармен шашырауы немесе мақсатты материалда тоқтауы мүмкін. Инъекцияланған иондар ауыррақ болса, иондардың көпшілігі қатты нысанаға енгізіледі. Керісінше, егер енгізілген иондар жеңілірек болса, көптеген инъекциялық иондар нысана бетінен секіреді. Негізінен нысанаға енгізілген бұл жоғары энергиялы иондар қатты нысанадағы тор атомдарымен және электрондарымен әртүрлі дәрежеде соқтығысады. Олардың ішінде иондар мен қатты нысана атомдар арасындағы соқтығысты серпімді соқтығыс ретінде қарастыруға болады, өйткені олар массасы жақын.
2.2 Иондық имплантацияның негізгі параметрлері
Ионды имплантациялау - қатаң чип дизайны мен өндіріс талаптарына сай болуы керек икемді процесс. Иондық имплантацияның маңызды параметрлері: доза, диапазон.
Доза (D) кремний пластинкасының бетінің ауданына бір шаршы сантиметрге (немесе шаршы сантиметрге иондар) келетін атомдармен енгізілген иондар санын білдіреді. D келесі формула бойынша есептелуі мүмкін:
Мұндағы D – имплантация дозасы (иондар саны/бірлік аудан); t – имплантация уақыты; I – сәулелік ток; q – ион тасымалдайтын заряд (бір заряд 1,6×1019С[1]); ал S – имплантация аймағы.
Ионды имплантациялау кремний пластинкаларын өндірудегі маңызды технологияға айналуының негізгі себептерінің бірі оның кремний пластинкаларына қоспалардың бірдей дозасын қайта-қайта имплантациялауы болып табылады. Имплантатор бұл мақсатқа иондардың оң зарядының көмегімен жетеді. Оң қоспа иондары иондық шоқ түзгенде, оның ағынының жылдамдығы мА-мен өлшенетін иондық сәуленің тогы деп аталады. Орташа және төмен токтардың диапазоны 0,1-ден 10 мА-ға дейін, ал жоғары токтардың диапазоны 10-нан 25 мА-ға дейін.
Иондық сәулелік токтың шамасы дозаны анықтаудағы негізгі айнымалы болып табылады. Ток күшейсе, уақыт бірлігінде имплантацияланған қоспа атомдарының саны да артады. Жоғары ток кремний пластинасы шығымдылығын арттыруға қолайлы (өндіріс уақыт бірлігіне көбірек иондарды енгізу), бірақ ол сонымен қатар біркелкі проблемаларды тудырады.
3. ионды имплантациялау жабдықтары
3.1 Негізгі құрылым
Иондық имплантация жабдығы 7 негізгі модульді қамтиды:
① ион көзі және абсорбер;
② массалық анализатор (яғни аналитикалық магнит);
③ үдеткіш түтік;
④ сканерлеу дискісі;
⑤ электростатикалық бейтараптандыру жүйесі;
⑥ технологиялық камера;
⑦ дозаны бақылау жүйесі.
All модульдер вакуум жүйесі орнатқан вакуумдық ортада. Ион имплантаторының негізгі құрылымдық диаграммасы төмендегі суретте көрсетілген.
(1)Ион көзі:
Әдетте сорғыш электродпен бірдей вакуумдық камерада. Инъекцияны күтіп тұрған қоспалар электр өрісімен бақылануы және жеделдетілуі үшін иондық күйде болуы керек. Ең жиі қолданылатын B+, P+, As+ және т.б. атомдарды немесе молекулаларды иондау арқылы алынады.
Қолданылатын қоспа көздері BF3, PH3 және AsH3 және т.б. және олардың құрылымдары төмендегі суретте көрсетілген. Жіптен бөлінген электрондар газ атомдарымен соқтығысып, иондар түзеді. Электрондар әдетте ыстық вольфрам жіп көзі арқылы жасалады. Мысалы, Бернерс ионының көзі, катодты жіп газ кірісі бар доғалық камерада орнатылған. Доғалық камераның ішкі қабырғасы анод болып табылады.
Газ көзі енгізілген кезде жіп арқылы үлкен ток өтеді және оң және теріс электродтар арасында 100 В кернеу қолданылады, бұл жіптің айналасында жоғары энергиялы электрондарды тудырады. Оң иондар жоғары энергиялы электрондар бастапқы газ молекулаларымен соқтығысқаннан кейін пайда болады.
Сыртқы магнит иондануды арттыру және плазманы тұрақтандыру үшін жіпке параллель магнит өрісін қолданады. Доғалық камерада, жіпке қатысты екінші ұшында, электрондардың генерациясын және тиімділігін жақсарту үшін электрондарды кері көрсететін теріс зарядталған рефлектор бар.
(2)Абсорбция:
Ол ион көзінің доғалық камерасында түзілген оң иондарды жинап, оларды ион сәулесіне айналдыру үшін қолданылады. Доғалық камера анод болғандықтан және катод сору электродында теріс қысымда болғандықтан, пайда болған электр өрісі оң иондарды басқарады, бұл олардың сорғыш электродқа қарай жылжуына және төмендегі суретте көрсетілгендей ион саңылауынан шығарылуына әкеледі. . Электр өрісінің кернеулігі неғұрлым көп болса, иондар үдеуден кейін соғұрлым кинетикалық энергия алады. Сондай-ақ плазмадағы электрондардың кедергісін болдырмау үшін сору электродында басу кернеуі бар. Сонымен қатар, басу электроды иондарды иондық сәулеге айналдыра алады және оларды имплантант арқылы өтетіндей параллель иондық сәуле ағынына бағыттай алады.
(3)Масса анализаторы:
Ион көзінен түзілетін иондардың көптеген түрлері болуы мүмкін. Анодтық кернеудің үдеуімен иондар жоғары жылдамдықпен қозғалады. Әртүрлі иондардың атомдық масса бірліктері және масса-заряд қатынасы әртүрлі.
(4)Үдеткіш түтік:
Жоғары жылдамдықты алу үшін жоғары энергия қажет. Анод пен массалық анализатормен қамтамасыз етілген электр өрісінен басқа, үдеткіш түтікте берілген электр өрісі де үдеу үшін қажет. Үдеткіш түтік диэлектрикпен оқшауланған электродтар сериясынан тұрады және электродтардағы теріс кернеу тізбекті қосылым арқылы реттілікпен артады. Жалпы кернеу неғұрлым жоғары болса, иондар алатын жылдамдық соғұрлым жоғары болады, яғни тасымалданатын энергия соғұрлым көп болады. Жоғары энергия қоспа иондарын кремний пластинасына терең енгізу үшін терең түйіспе құруға мүмкіндік береді, ал төмен энергия таяз түйіспе жасау үшін пайдаланылуы мүмкін.
(5)Дискіні сканерлеу
Фокусталған иондық сәуле әдетте диаметрі өте кішкентай. Орташа сәулелік ток имплантаторының сәулелік нүктенің диаметрі шамамен 1 см, ал үлкен сәулелік ток имплантаторының диаметрі шамамен 3 см. Бүкіл кремний пластинасы сканерлеу арқылы жабылуы керек. Дозаны имплантациялаудың қайталану мүмкіндігі сканерлеу арқылы анықталады. Әдетте импланттарды сканерлеу жүйесінің төрт түрі бар:
① электростатикалық сканерлеу;
② механикалық сканерлеу;
③ гибридті сканерлеу;
④ параллель сканерлеу.
(6)Статикалық электр тогын бейтараптандыру жүйесі:
Имплантация процесі кезінде ион сәулесі кремний пластинасына соғылып, маска бетінде зарядтың жиналуын тудырады. Алынған зарядтың жинақталуы иондар шоғырындағы заряд балансын өзгертеді, бұл сәуленің нүктесін үлкенірек етеді және дозаның таралуы біркелкі емес. Ол тіпті беткі оксид қабатын бұзып, құрылғының істен шығуына әкелуі мүмкін. Енді кремний пластинасы мен иондық сәуле әдетте кремний пластинасын зарядтауды басқара алатын плазмалық электронды душ жүйесі деп аталатын тұрақты жоғары тығыздықтағы плазмалық ортаға орналастырылады. Бұл әдіс иондар сәулесінің жолында және кремний пластинасына жақын орналасқан доғалық камерада плазмадан (әдетте аргон немесе ксенон) электрондарды шығарады. Плазма сүзіледі және оң зарядты бейтараптандыру үшін кремний пластинкасының бетіне тек екінші реттік электрондар жете алады.
(7)Процесс қуысы:
Иондық сәулелерді кремний пластинкаларына енгізу технологиялық камерада жүреді. Технологиялық камера сканерлеу жүйесін, кремний пластинкаларын тиеу және түсіруге арналған вакуумды құлпы бар терминалдық станцияны, кремний пластинасын тасымалдау жүйесін және компьютерлік басқару жүйесін қамтитын имплантацияның маңызды бөлігі болып табылады. Сонымен қатар, дозаларды бақылауға және арна әсерлерін бақылауға арналған кейбір құрылғылар бар. Егер механикалық сканерлеу қолданылса, терминал станциясы салыстырмалы түрде үлкен болады. Технологиялық камераның вакуумы көп сатылы механикалық сорғы, турбомолекулярлық сорғы және конденсациялық сорғы арқылы процесс талап ететін төменгі қысымға айдалады, ол әдетте шамамен 1 × 10-6 Торр немесе одан аз.
(8)Дозаны бақылау жүйесі:
Ион импланторында нақты уақыттағы дозаны бақылау кремний пластинасына жеткен ион сәулесін өлшеу арқылы жүзеге асырылады. Иондық сәулелік ток Фарадей шыныаяқ деп аталатын сенсор арқылы өлшенеді. Қарапайым Фарадей жүйесінде иондық сәуленің жолында токты өлшейтін ток сенсоры бар. Дегенмен, бұл проблема тудырады, өйткені ион сәулесі сенсормен әрекеттеседі және қате ток көрсеткіштеріне әкелетін қайталама электрондарды шығарады. Фарадей жүйесі шын сәулелік ток көрсеткішін алу үшін электр немесе магнит өрістерін пайдаланып қайталама электрондарды басуы мүмкін. Фарадей жүйесімен өлшенетін ток ток аккумуляторы ретінде әрекет ететін (өлшенген сәулелік токты үздіксіз жинақтайтын) электронды доза реттегішіне беріледі. Контроллер жалпы токты сәйкес имплантация уақытына жатқызу және белгілі бір дозаға қажетті уақытты есептеу үшін қолданылады.
3.2 Зақымдануларды жөндеу
Иондық имплантация атомдарды тор құрылымынан шығарып, кремний пластинкасының торын зақымдайды. Имплантацияланған доза үлкен болса, имплантацияланған қабат аморфты болады. Сонымен қатар, имплантацияланған иондар негізінен кремнийдің тор нүктелерін алмайды, бірақ тор саңылауларының позицияларында қалады. Бұл интерстициалды қоспаларды тек жоғары температурада жасыту процесінен кейін белсендіруге болады.
Күйдіру тор ақауларын жөндеу үшін имплантацияланған кремний пластинасын қыздыра алады; ол сонымен қатар қоспа атомдарын тор нүктелеріне жылжытып, оларды белсендіре алады. Тор ақауларын жөндеуге қажетті температура шамамен 500°C, ал қоспа атомдарын белсендіру үшін қажет температура шамамен 950°C. Қоспалардың активтенуі уақыт пен температураға байланысты: уақыт ұзағырақ және температура неғұрлым жоғары болса, қоспалар соғұрлым толық белсендіріледі. Кремний пластинкаларын жасытудың екі негізгі әдісі бар:
① жоғары температуралы пеште күйдіру;
② жылдам термиялық күйдіру (RTA).
Жоғары температуралы пешті жасыту: жоғары температуралы пешті жасыту - кремний пластинасын 800-1000 ℃ дейін қыздыру және оны 30 минут ұстау үшін жоғары температуралы пешті қолданатын дәстүрлі жасыту әдісі. Бұл температурада кремний атомдары қайтадан тор күйіне ауысады, ал қоспа атомдары да кремний атомдарын ауыстырып, торға кіре алады. Дегенмен, мұндай температура мен уақытта термиялық өңдеу қоспалардың диффузиясына әкеледі, бұл қазіргі заманғы IC өндіру өнеркәсібі көргісі келмейтін нәрсе.
Жылдам термиялық күйдіру: Жылдам термиялық күйдіру (RTA) температураның өте жылдам көтерілуі және мақсатты температурада (әдетте 1000°C) қысқа ұзақтығы бар кремний пластинкаларын өңдейді. Имплантацияланған кремний пластинкаларын күйдіру әдетте Ar немесе N2 бар жылдам термиялық процессорда орындалады. Температураның жылдам көтерілу процесі және қысқа ұзақтығы тор ақауларын жөндеуді, қоспаларды белсендіруді және қоспаның диффузиясын тежеуді оңтайландырады. RTA сонымен қатар өтпелі күшейтілген диффузияны азайта алады және таяз түйіспе импланттарында түйісу тереңдігін бақылаудың ең жақсы тәсілі болып табылады.
————————————————————————————————————————————————————————————————————————— ————————————
Semicera қамтамасыз ете аладыграфит бөліктері, жұмсақ/қатты киіз, кремний карбиді бөліктері, CVD кремний карбиді бөліктері, жәнеSiC/TaC қапталған бөлшектер30 күн ішінде.
Егер сізді жоғарыда аталған жартылай өткізгіш өнімдер қызықтырса,бірінші рет бізге хабарласудан тартынбаңыз.
Тел: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Жіберу уақыты: 31 тамыз 2024 ж