1. Вовед
Имплантацијата на јони е еден од главните процеси во производството на интегрирани кола. Тоа се однесува на процесот на забрзување на јонскиот зрак до одредена енергија (обично во опсег од keV до MeV) и потоа негово вбризгување во површината на цврст материјал за да се променат физичките својства на површината на материјалот. Во процесот на интегрирано коло, цврстиот материјал е обично силициум, а всадените јони на нечистотија обично се борни јони, јони на фосфор, јони на арсен, јони на индиум, јони на германиум итн. материјал или да формираат PN спој. Кога големината на карактеристиките на интегрираните кола беше намалена на ерата на под-микрон, процесот на имплантација на јони беше широко користен.
Во процесот на производство на интегрирано коло, имплантација на јони обично се користи за длабоко закопани слоеви, обратно допирани бунари, прилагодување на напонот на прагот, имплантација на продолжување на изворот и одводот, имплантација на извор и одвод, допинг на полисилициумска порта, формирање PN спојници и отпорници/кондензатори итн. Во процесот на подготовка на материјали за силициумска подлога на изолатори, закопаниот оксиден слој главно се формира со имплантација на јонски кислород со висока концентрација, или интелигентно сечење се постигнува со имплантација на водородни јони со висока концентрација.
Имплантацијата на јони ја врши јонски имплантатор, а неговите најважни процесни параметри се дозата и енергијата: дозата ја одредува конечната концентрација, а енергијата го одредува опсегот (т.е. длабочината) на јоните. Според различните барања за дизајн на уредот, условите за имплантација се поделени на високи дози високо-енергетски, средни дози со средна енергија, средна доза ниска енергија или висока доза ниска енергија. За да се добие идеален ефект на имплантација, различни имплантери треба да бидат опремени за различни барања за процесот.
По имплантација на јони, генерално е неопходно да се изврши процес на жарење на висока температура за да се поправи оштетувањето на решетката предизвикано од имплантација на јони и да се активираат јоните на нечистотијата. Во традиционалните процеси на интегрирано коло, иако температурата на жарење има големо влијание врз допингот, температурата на самиот процес на имплантација на јони не е важна. Кај технолошките јазли под 14 nm, одредени процеси на имплантација на јони треба да се извршат во средини со ниска или висока температура за да се променат ефектите од оштетувањето на решетката итн.
2. процес на имплантација на јони
2.1 Основни принципи
Јонската имплантација е допинг процес развиен во 1960-тите, кој е супериорен во однос на традиционалните техники на дифузија во повеќето аспекти.
Главните разлики помеѓу допингот за имплантација на јони и традиционалниот дифузен допинг се како што следува:
(1) Распределбата на концентрацијата на нечистотија во допираниот регион е различна. Врвната концентрација на нечистотија на имплантација на јони се наоѓа внатре во кристалот, додека максималната концентрација на нечистотија на дифузија се наоѓа на површината на кристалот.
(2) Имплантацијата на јони е процес што се изведува на собна температура или дури и на ниска температура, а времето на производство е кратко. Дифузниот допинг бара подолг третман на висока температура.
(3) Имплантацијата на јони овозможува пофлексибилен и прецизен избор на вградените елементи.
(4) Бидејќи нечистотиите се под влијание на термичка дифузија, брановата форма формирана со имплантација на јони во кристалот е подобра од брановата форма формирана со дифузија во кристалот.
(5) Јонската имплантација обично користи само фоторезист како материјал за маската, но дифузниот допинг бара растење или таложење на филм со одредена дебелина како маска.
(6) Имплантацијата на јони во основа ја замени дифузијата и стана главен процес на допинг во производството на интегрирани кола денес.
Кога инцидентен јонски зрак со одредена енергија бомбардира цврста цел (обично нафора), јоните и атомите на целната површина ќе претрпат различни интеракции и ќе ја пренесат енергијата до целните атоми на одреден начин за да се возбудат или јонизираат. нив. Јоните исто така можат да изгубат одредена количина на енергија преку трансфер на импулс, и конечно да бидат расеани од целните атоми или да застанат во целниот материјал. Ако инјектираните јони се потешки, најголемиот дел од јоните ќе бидат инјектирани во цврстата цел. Напротив, ако инјектираните јони се полесни, многу од инјектираните јони ќе отскокнат од целната површина. Во основа, овие високоенергетски јони инјектирани во целта ќе се судрат со атомите на решетката и електроните во цврстата цел во различен степен. Меѓу нив, судирот помеѓу јоните и цврстите целни атоми може да се смета за еластичен судир бидејќи тие се блиску по маса.
2.2 Главни параметри на имплантација на јони
Имплантацијата на јони е флексибилен процес кој мора да ги исполни строгите барања за дизајн и производство на чипови. Важни параметри за имплантација на јони се: доза, опсег.
Дозата (D) се однесува на бројот на инјектирани јони по единица површина на површината на силиконската обланда, во атоми на квадратен сантиметар (или јони по квадратен сантиметар). D може да се пресмета со следнава формула:
Каде што D е дозата за имплантација (број на јони/единица површина); t е време на имплантација; I е струјата на зракот; q е полнежот што го носи јонот (едно полнење е 1,6×1019C[1]); а S е областа за имплантација.
Една од главните причини зошто јонската имплантација стана важна технологија во производството на силиконски нафора е тоа што може постојано да ја вградува истата доза на нечистотии во силиконските наполитанки. Имплантерот ја постигнува оваа цел со помош на позитивниот полнеж на јоните. Кога позитивните нечистотии јони формираат јонски зрак, неговата брзина на проток се нарекува струја на јонски зрак, која се мери во mA. Опсегот на средни и ниски струи е од 0,1 до 10 mA, а опсегот на високи струи е од 10 до 25 mA.
Големината на струјата на јонскиот зрак е клучна променлива во дефинирањето на дозата. Ако струјата се зголеми, се зголемува и бројот на атоми на нечистотија вградени по единица време. Високата струја е погодна за зголемување на приносот на силициумската обланда (вбризгување повеќе јони по единица време на производство), но исто така предизвикува проблеми со униформноста.
3. опрема за имплантација на јони
3.1 Основна структура
Опремата за имплантација на јони вклучува 7 основни модули:
① јонски извор и апсорбер;
② маса анализатор (т.е. аналитички магнет);
③ цевка за гас;
④ скенирање диск;
⑤ електростатско неутрализација систем;
⑥ процесна комора;
⑦ систем за контрола на дозата.
AСите модули се во вакуумска средина воспоставена од вакуумскиот систем. Основниот структурен дијаграм на јонскиот имплантатор е прикажан на сликата подолу.
(1)Извор на јони:
Обично во истата вакуумска комора како и всисната електрода. Нечистотиите кои чекаат да се инјектираат мора да постојат во јонска состојба за да бидат контролирани и забрзани од електричното поле. Најчесто користените B+, P+, As+ итн. се добиваат со јонизирачки атоми или молекули.
Користените извори на нечистотии се BF3, PH3 и AsH3 итн., а нивните структури се прикажани на сликата подолу. Електроните ослободени од филаментот се судираат со атомите на гас за да произведат јони. Електроните обично се генерираат од извор на топла волфрамска нишка. На пример, Бернерсовиот јонски извор, катодната нишка е инсталирана во лак комора со влез за гас. Внатрешниот ѕид на лачната комора е анодата.
Кога ќе се внесе изворот на гас, низ филаментот поминува голема струја и се применува напон од 100 V помеѓу позитивната и негативната електрода, што ќе генерира електрони со висока енергија околу филаментот. Позитивните јони се генерираат откако електроните со висока енергија ќе се судрат со молекулите на изворот на гасот.
Надворешниот магнет применува магнетно поле паралелно со филаментот за да ја зголеми јонизацијата и да ја стабилизира плазмата. Во комората на лакот, на другиот крај во однос на филаментот, има негативно наелектризиран рефлектор кој ги рефлектира електроните назад за да го подобри создавањето и ефикасноста на електроните.
(2)Апсорпција:
Се користи за собирање позитивни јони генерирани во лачната комора на изворот на јони и нивно формирање во јонски зрак. Бидејќи лачната комора е анодата, а катодата е под негативен притисок на всисната електрода, генерираното електрично поле ги контролира позитивните јони, предизвикувајќи тие да се движат кон всисната електрода и да бидат извлечени од јонската процеп, како што е прикажано на сликата подолу. . Колку е поголема јачината на електричното поле, толку е поголема кинетичката енергија јоните добиваат по забрзувањето. Исто така, постои потиснат напон на всисната електрода за да се спречи пречки од електроните во плазмата. Во исто време, електродата за потиснување може да формира јони во јонски зрак и да ги фокусира во паралелен тек на јонски зрак, така што ќе помине низ имплантерот.
(3)Анализатор на маса:
Може да има многу видови на јони генерирани од изворот на јони. Под забрзување на напонот на анодата, јоните се движат со голема брзина. Различни јони имаат различни единици на атомска маса и различен однос маса-полнење.
(4)Цевка за забрзување:
За да се добие поголема брзина, потребна е поголема енергија. Покрај електричното поле обезбедено од анодата и анализаторот на масата, за забрзување е потребно и електрично поле обезбедено во цевката за забрзување. Цевката за забрзување се состои од серија електроди изолирани со диелектрик, а негативниот напон на електродите се зголемува во низа преку сериското поврзување. Колку е поголем вкупниот напон, толку е поголема брзината што ја добиваат јоните, односно толку е поголема пренесената енергија. Високата енергија може да дозволи јоните на нечистотијата да се инјектираат длабоко во силиконската обланда за да формираат длабок спој, додека ниската енергија може да се користи за да се направи плитко спој.
(5)Скенирање на диск
Фокусираниот јонски зрак обично е многу мал во дијаметар. Дијаметарот на точката на зракот на струјниот имплантатор со средно сноп е околу 1 см, а на имплантатор на струја со голем зрак е околу 3 см. Целиот силиконски нафора мора да биде покриен со скенирање. Повторливоста на имплантацијата на дозата се одредува со скенирање. Обично, постојат четири типа на системи за скенирање на имплантанти:
① електростатско скенирање;
② механичко скенирање;
③ хибридно скенирање;
④ паралелно скенирање.
(6)Систем за неутрализација на статички електрицитет:
За време на процесот на имплантација, јонскиот зрак удира во силиконската обланда и предизвикува акумулација на полнење на површината на маската. Добиената акумулација на полнеж ја менува рамнотежата на полнежот во јонскиот зрак, правејќи ја точката на зракот поголема и распределбата на дозата нерамномерна. Може дури и да го пробие површинскиот оксиден слој и да предизвика дефект на уредот. Сега, силиконската обланда и јонскиот зрак обично се ставаат во стабилна плазма средина со висока густина наречена плазма електронски туш систем, кој може да го контролира полнењето на силиконската обланда. Овој метод ги екстрахира електроните од плазмата (обично аргон или ксенон) во комора со лак лоцирана во патеката на јонскиот зрак и во близина на силиконската обланда. Плазмата се филтрира и само секундарните електрони можат да стигнат до површината на силиконската обланда за да го неутрализираат позитивниот полнеж.
(7)Процесна празнина:
Вбризгувањето на јонски зраци во силиконски наполитанки се случува во комората за процесирање. Процесната комора е важен дел од имплантерот, вклучувајќи систем за скенирање, терминална станица со вакуумска брава за вчитување и растоварување силиконски наполитанки, систем за пренос на силиконски нафора и систем за компјутерска контрола. Покрај тоа, постојат некои уреди за следење на дозите и контролирање на ефектите од каналот. Ако се користи механичко скенирање, терминалната станица ќе биде релативно голема. Вакуумот на процесната комора се пумпа до долниот притисок што го бара процесот со повеќестепена механичка пумпа, турбомолекуларна пумпа и пумпа за кондензација, која генерално е околу 1×10-6Torr или помалку.
(8)Систем за контрола на дозирањето:
Мониторингот на дозата во реално време во јонски имплантатор се постигнува со мерење на јонскиот зрак што допира до силиконската обланда. Струјата на јонскиот зрак се мери со помош на сензор наречен Фарадеј чаша. Во едноставен систем Фарадеј, постои струен сензор во патеката на јонскиот зрак кој ја мери струјата. Сепак, ова претставува проблем, бидејќи јонскиот зрак реагира со сензорот и произведува секундарни електрони кои ќе резултираат со погрешни отчитувања на струјата. Системот Фарадеј може да ги потисне секундарните електрони користејќи електрични или магнетни полиња за да се добие вистинско читање на струјата на зракот. Струјата измерена од системот Фарадеј се внесува во електронски контролер на дози, кој делува како струен акумулатор (кој континуирано ја акумулира измерената струја на зракот). Контролерот се користи за поврзување на вкупната струја со соодветното време на имплантација и пресметување на времето потребно за одредена доза.
3.2 Поправка на штета
Имплантацијата на јони ќе ги исфрли атомите од структурата на решетката и ќе ја оштети решетката од силиконски нафора. Ако имплантираната доза е голема, вградениот слој ќе стане аморфен. Покрај тоа, имплантираните јони во основа не ги зафаќаат решетките точки на силиконот, туку остануваат во позициите на јазот на решетката. Овие интерстицијални нечистотии може да се активираат само по процес на жарење на висока температура.
Греењето може да ја загрее вградената силиконска обланда за да ги поправи дефектите на решетката; исто така може да ги придвижи атомите на нечистотијата во точките на решетката и да ги активира. Температурата потребна за да се поправат дефектите на решетката е околу 500°C, а температурата потребна за активирање на атомите на нечистотијата е околу 950°C. Активирањето на нечистотиите е поврзано со времето и температурата: колку е подолго времето и колку е повисока температурата, толку поцелосно се активираат нечистотиите. Постојат два основни методи за варење силиконски наполитанки:
① жарење на печка со висока температура;
② брзо термичко жарење (RTA).
Греење во печка со висока температура: Греењето во печка со висока температура е традиционален метод на жарење, кој користи печка со висока температура за загревање на силиконската обланда на 800-1000℃ и чувајте ја 30 минути. На оваа температура, атомите на силициум се враќаат во положбата на решетката, а атомите на нечистотија, исто така, можат да ги заменат атомите на силициумот и да влезат во решетката. Сепак, термичката обработка на таква температура и време ќе доведе до дифузија на нечистотии, што е нешто што модерната индустрија за производство на ИЦ не сака да го види.
Брзо термичко жарење: Брзо термичко жарење (RTA) ги третира силиконските наполитанки со екстремно брз пораст на температурата и кратко траење на целната температура (обично 1000°C). Греењето на вградените силиконски наполитанки обично се изведува во брз термички процесор со Ar или N2. Процесот на брз пораст на температурата и краткото времетраење може да го оптимизираат поправањето на дефектите на решетката, активирањето на нечистотиите и инхибицијата на дифузијата на нечистотијата. RTA, исто така, може да ја намали транзиторната засилена дифузија и е најдобриот начин за контрола на длабочината на спојот кај импланти со плитки споеви.
————————————————————————————————————————————— ———————————-
Semicera може да обезбедиграфитни делови, мек/ригиден филц, делови од силициум карбид, CVD делови од силициум карбид, иДелови обложени со SiC/TaCсо за 30 дена.
Доколку сте заинтересирани за горенаведените полупроводнички производи,Ве молиме не двоумете се да не контактирате на прв пат.
Тел: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Време на објавување: 31.08.2024