1. Inleiding
Iooninplanting is een van die hoofprosesse in die vervaardiging van geïntegreerde stroombane. Dit verwys na die proses om 'n ioonbundel tot 'n sekere energie te versnel (gewoonlik in die reeks van keV tot MeV) en dit dan in die oppervlak van 'n soliede materiaal in te spuit om die fisiese eienskappe van die oppervlak van die materiaal te verander. In die geïntegreerde stroombaanproses is die vaste materiaal gewoonlik silikon, en die ingeplante onsuiwerheidione is gewoonlik boorione, fosforione, arseenione, indiumione, germaniumione, ens. Die ingeplante ione kan die geleidingsvermoë van die oppervlak van die vaste stof verander. materiaal of vorm 'n PN-aansluiting. Toe die kenmerkgrootte van geïntegreerde stroombane tot die sub-mikron-era verminder is, is die ioon-inplantingsproses wyd gebruik.
In die vervaardigingsproses van geïntegreerde stroombaan word ioon-inplanting gewoonlik gebruik vir diep begrawe lae, omgekeerde gedoteerde putte, drumpelspanningaanpassing, bron- en dreinverlengingsinplanting, bron- en dreineerinplanting, polisilicon-hekdotering, die vorming van PN-aansluitings en weerstande/kapasitors, ens. In die proses om silikonsubstraatmateriaal op isolators voor te berei, word die begrawe oksiedlaag hoofsaaklik gevorm deur hoë-konsentrasie suurstofioon-inplanting, of intelligente sny word bereik deur hoë-konsentrasie waterstofioon-inplanting.
Ioon-inplanting word deur 'n ioon-inplanter uitgevoer, en die belangrikste prosesparameters daarvan is dosis en energie: die dosis bepaal die finale konsentrasie, en die energie bepaal die omvang (dws diepte) van die ione. Volgens verskillende toestelontwerpvereistes word die inplantingstoestande verdeel in hoë-dosis hoë-energie, medium-dosis medium-energie, medium-dosis lae-energie, of hoë dosis lae-energie. Om die ideale inplantingseffek te verkry, moet verskillende inplanteerders toegerus wees vir verskillende prosesvereistes.
Na iooninplanting is dit oor die algemeen nodig om 'n hoë-temperatuur uitgloeiingsproses te ondergaan om die roosterskade wat deur iooninplanting veroorsaak word te herstel en onsuiwerheidione te aktiveer. In tradisionele geïntegreerde stroombaanprosesse, hoewel die uitgloeitemperatuur 'n groot invloed op doping het, is die temperatuur van die iooninplantingsproses self nie belangrik nie. By tegnologienodusse onder 14nm moet sekere iooninplantingsprosesse in lae- of hoëtemperatuuromgewings uitgevoer word om die uitwerking van roosterskade, ens.
2. ioon-inplantingsproses
2.1 Basiese Beginsels
Ioon-inplanting is 'n dopingproses wat in die 1960's ontwikkel is en wat in die meeste aspekte beter is as tradisionele diffusietegnieke.
Die belangrikste verskille tussen iooninplantingsdotering en tradisionele diffusiedotering is soos volg:
(1) Die verspreiding van onsuiwerheidskonsentrasie in die gedoteerde streek is anders. Die piek onsuiwerheidskonsentrasie van iooninplanting is binne die kristal geleë, terwyl die piek onsuiwerheidskonsentrasie van diffusie op die oppervlak van die kristal geleë is.
(2) Iooninplanting is 'n proses wat by kamertemperatuur of selfs lae temperatuur uitgevoer word, en die produksietyd is kort. Diffusie-dotering vereis 'n langer hoë-temperatuur behandeling.
(3) Iooninplanting maak voorsiening vir meer buigsame en presiese keuse van ingeplante elemente.
(4) Aangesien onsuiwerhede deur termiese diffusie beïnvloed word, is die golfvorm wat deur iooninplanting in die kristal gevorm word, beter as die golfvorm wat deur diffusie in die kristal gevorm word.
(5) Iooninplanting gebruik gewoonlik net fotoweerstand as die maskermateriaal, maar diffusiedotering vereis die groei of afsetting van 'n film van 'n sekere dikte as 'n masker.
(6) Iooninplanting het basies diffusie vervang en het vandag die belangrikste dopingproses geword in die vervaardiging van geïntegreerde stroombane.
Wanneer 'n invallende ioonstraal met 'n sekere energie 'n soliede teiken (gewoonlik 'n wafer) bombardeer, sal die ione en die atome op die teikenoppervlak 'n verskeidenheid interaksies ondergaan, en energie op 'n sekere manier na die teikenatome oordra om op te wek of te ioniseer hulle. Die ione kan ook 'n sekere hoeveelheid energie verloor deur momentumoordrag, en uiteindelik deur die teikenatome verstrooi word of in die teikenmateriaal stop. As die ingespuite ione swaarder is, sal die meeste van die ione in die vaste teiken ingespuit word. Inteendeel, as die ingespuite ione ligter is, sal baie van die ingespuite ione van die teikenoppervlak afbons. Basies sal hierdie hoë-energie-ione wat in die teiken ingespuit word, in verskillende grade met die roosteratome en elektrone in die vaste teiken bots. Onder hulle kan die botsing tussen ione en soliede teikenatome as 'n elastiese botsing beskou word omdat hulle naby in massa is.
2.2 Hoofparameters van iooninplanting
Ioon-inplanting is 'n buigsame proses wat aan streng skyfieontwerp- en produksievereistes moet voldoen. Belangrike iooninplantingsparameters is: dosis, omvang.
Dosis (D) verwys na die aantal ione wat per oppervlakte-eenheid van die silikonwafeloppervlak ingespuit word, in atome per vierkante sentimeter (of ione per vierkante sentimeter). D kan deur die volgende formule bereken word:
Waar D die inplantingsdosis is (aantal ione/eenheidsoppervlakte); t is die inplantingstyd; I is die straalstroom; q is die lading wat deur die ioon gedra word ('n enkele lading is 1,6×1019C[1]); en S is die inplantingsarea.
Een van die hoofredes waarom iooninplanting 'n belangrike tegnologie in silikonwafelvervaardiging geword het, is dat dit herhaaldelik dieselfde dosis onsuiwerhede in silikonwafels kan inplant. Die inplanter bereik hierdie doel met behulp van die positiewe lading van die ione. Wanneer die positiewe onsuiwerheidione 'n ioonstraal vorm, word die vloeitempo daarvan die ioonstraalstroom genoem, wat in mA gemeet word. Die reeks medium- en lae strome is 0,1 tot 10 mA, en die reeks hoë strome is 10 tot 25 mA.
Die grootte van die ioonstraalstroom is 'n sleutelveranderlike in die definisie van die dosis. As die stroom toeneem, neem die aantal onsuiwerheidsatome wat per tydseenheid ingeplant word ook toe. Hoë stroom is bevorderlik vir die verhoging van silikonwafel-opbrengs (inspuiting van meer ione per eenheid produksietyd), maar dit veroorsaak ook eenvormigheidsprobleme.
3. ioon-inplantingstoerusting
3.1 Basiese struktuur
Ioon-inplantingstoerusting sluit 7 basiese modules in:
① ioonbron en absorbeerder;
② massa-ontleder (dws analitiese magneet);
③ versnellerbuis;
④ skandeerskyf;
⑤ elektrostatiese neutralisasiestelsel;
⑥ proses kamer;
⑦ dosisbeheerstelsel.
AAlle modules is in 'n vakuum-omgewing wat deur die vakuumstelsel gevestig is. Die basiese struktuurdiagram van die ioon-inplanter word in die figuur hieronder getoon.
(1)Ioonbron:
Gewoonlik in dieselfde vakuumkamer as die suigelektrode. Die onsuiwerhede wat wag om ingespuit te word, moet in 'n ioontoestand bestaan om deur die elektriese veld beheer en versnel te word. Die mees algemeen gebruikte B+, P+, As+, ens. word verkry deur atome of molekules te ioniseer.
Die onsuiwerheidsbronne wat gebruik word, is BF3, PH3 en AsH3, ens., en hul strukture word in die figuur hieronder getoon. Die elektrone wat deur die filament vrygestel word, bots met gasatome om ione te produseer. Elektrone word gewoonlik gegenereer deur 'n warm wolframfilamentbron. Byvoorbeeld, die Berners-ioonbron, die katodefilament word in 'n boogkamer met 'n gasinlaat geïnstalleer. Die binnewand van die boogkamer is die anode.
Wanneer die gasbron ingevoer word, gaan 'n groot stroom deur die filament, en 'n spanning van 100 V word tussen die positiewe en negatiewe elektrodes aangelê, wat hoë-energie elektrone rondom die filament sal genereer. Positiewe ione word gegenereer nadat die hoë-energie elektrone met die brongasmolekules bots.
Die eksterne magneet pas 'n magnetiese veld parallel met die filament toe om ionisasie te verhoog en die plasma te stabiliseer. In die boogkamer, aan die ander kant relatief tot die filament, is daar 'n negatief gelaaide reflektor wat die elektrone terugreflekteer om die opwekking en doeltreffendheid van elektrone te verbeter.
(2)Absorpsie:
Dit word gebruik om positiewe ione wat in die boogkamer van die ioonbron gegenereer word, te versamel en dit in 'n ioonstraal te vorm. Aangesien die boogkamer die anode is en die katode negatief onder druk op die suigelektrode is, beheer die elektriese veld wat gegenereer word die positiewe ione, wat veroorsaak dat hulle na die suigelektrode beweeg en uit die ioonspleet getrek word, soos in die figuur hieronder getoon . Hoe groter die elektriese veldsterkte, hoe groter is die kinetiese energie wat die ione kry na versnelling. Daar is ook 'n onderdrukkingspanning op die suigelektrode om interferensie van elektrone in die plasma te voorkom. Terselfdertyd kan die onderdrukkingselektrode ione in 'n ioonstraal vorm en dit in 'n parallelle ioonstraalstroom fokus sodat dit deur die inplanter gaan.
(3)Massa ontleder:
Daar kan baie soorte ione wees wat uit die ioonbron gegenereer word. Onder die versnelling van die anodespanning beweeg die ione teen 'n hoë spoed. Verskillende ione het verskillende atoommassa-eenhede en verskillende massa-tot-lading-verhoudings.
(4)Versneller buis:
Om hoër spoed te verkry, word hoër energie benodig. Benewens die elektriese veld wat deur die anode en massa-ontleder verskaf word, is 'n elektriese veld wat in die versnellerbuis voorsien word ook nodig vir versnelling. Die versnellerbuis bestaan uit 'n reeks elektrodes wat deur 'n diëlektrikum geïsoleer is, en die negatiewe spanning op die elektrodes neem in volgorde toe deur die serieverbinding. Hoe hoër die totale spanning, hoe groter is die spoed wat deur die ione verkry word, dit wil sê, hoe groter is die energie wat gedra word. Hoë energie kan toelaat dat onsuiwerheidione diep in die silikonwafel ingespuit word om 'n diep aansluiting te vorm, terwyl lae energie gebruik kan word om 'n vlak aansluiting te maak.
(5)Skandeer skyf
Die gefokusde ioonstraal is gewoonlik baie klein in deursnee. Die straalvlekdeursnee van 'n mediumstraalstroominplanter is ongeveer 1 cm, en dié van 'n grootstraalstroominplanter is ongeveer 3 cm. Die hele silikonwafel moet deur skandering bedek word. Die herhaalbaarheid van die dosis-inplanting word deur skandering bepaal. Gewoonlik is daar vier tipes inplantaatskanderingstelsels:
① elektrostatiese skandering;
② meganiese skandering;
③ baster skandering;
④ parallelle skandering.
(6)Statiese elektrisiteit neutralisasie stelsel:
Tydens die inplantingsproses tref die ioonstraal die silikonwafel en veroorsaak dat lading op die maskeroppervlak ophoop. Die gevolglike ladingakkumulasie verander die ladingbalans in die ioonstraal, wat die straalkol groter maak en die dosisverspreiding ongelyk maak. Dit kan selfs deur die oppervlakoksiedlaag breek en toestelfout veroorsaak. Nou word die silikonwafel en ioonstraal gewoonlik in 'n stabiele hoëdigtheid plasma-omgewing geplaas wat 'n plasma-elektronstortstelsel genoem word, wat die laai van die silikonwafer kan beheer. Hierdie metode onttrek elektrone uit die plasma (gewoonlik argon of xenon) in 'n boogkamer geleë in die ioonstraalpad en naby die silikonwafel. Die plasma word gefiltreer en slegs sekondêre elektrone kan die oppervlak van die silikonwafel bereik om die positiewe lading te neutraliseer.
(7)Proses holte:
Die inspuiting van ioonstrale in silikonwafels vind in die proseskamer plaas. Die proseskamer is 'n belangrike deel van die inplanter, insluitend 'n skanderingstelsel, 'n terminaalstasie met 'n vakuumslot vir die op- en aflaai van silikonwafels, 'n silikonwafeloordragstelsel en 'n rekenaarbeheerstelsel. Daarbenewens is daar 'n paar toestelle om dosisse te monitor en kanaaleffekte te beheer. As meganiese skandering gebruik word, sal die terminaalstasie relatief groot wees. Die vakuum van die proseskamer word gepomp na die onderste druk wat deur die proses vereis word deur 'n multi-stadium meganiese pomp, 'n turbomolekulêre pomp en 'n kondensasiepomp, wat gewoonlik ongeveer 1×10-6Torr of minder is.
(8)Dosis beheer stelsel:
Intydse dosismonitering in 'n ioon-inplanter word bewerkstellig deur die ioonstraal wat die silikonwafel bereik, te meet. Die ioonstraalstroom word gemeet met 'n sensor wat 'n Faraday-beker genoem word. In 'n eenvoudige Faraday-stelsel is daar 'n stroomsensor in die ioonstraalpad wat die stroom meet. Dit bied egter 'n probleem, aangesien die ioonstraal met die sensor reageer en sekondêre elektrone produseer wat tot foutiewe stroomlesings sal lei. 'n Faraday-stelsel kan sekondêre elektrone onderdruk deur elektriese of magnetiese velde te gebruik om 'n ware straalstroomlesing te verkry. Die stroom wat deur die Faraday-stelsel gemeet word, word in 'n elektroniese dosisbeheerder ingevoer, wat as 'n stroomakkumulator dien (wat voortdurend die gemete straalstroom ophoop). Die beheerder word gebruik om die totale stroom met die ooreenstemmende inplantingstyd in verband te bring en die tyd wat benodig word vir 'n sekere dosis te bereken.
3.2 Herstel van skade
Iooninplanting sal atome uit die roosterstruktuur slaan en die silikonwafelrooster beskadig. As die ingeplante dosis groot is, sal die ingeplante laag amorf word. Daarbenewens beset die ingeplante ione basies nie die roosterpunte van silikon nie, maar bly in die roostergapingposisies. Hierdie interstisiële onsuiwerhede kan slegs geaktiveer word na 'n hoë-temperatuur uitgloeiingsproses.
Uitgloeiing kan die ingeplante silikonwafer verhit om roosterdefekte te herstel; dit kan ook onreinheidsatome na die roosterpunte beweeg en dit aktiveer. Die temperatuur wat nodig is om roosterdefekte te herstel, is ongeveer 500°C, en die temperatuur wat nodig is om onreinheidatome te aktiveer, is ongeveer 950°C. Die aktivering van onsuiwerhede hou verband met tyd en temperatuur: hoe langer die tyd en hoe hoër die temperatuur, hoe meer volledig word die onsuiwerhede geaktiveer. Daar is twee basiese metodes om silikonwafels uit te gloei:
① hoë-temperatuur oond uitgloeiing;
② vinnige termiese uitgloeiing (RTA).
Hoë temperatuur oond uitgloeiing: Hoë temperatuur oond uitgloeiing is 'n tradisionele uitgloei metode, wat 'n hoë temperatuur oond gebruik om die silikon wafel te verhit tot 800-1000 ℃ en hou dit vir 30 minute. By hierdie temperatuur beweeg die silikonatome terug na die roosterposisie, en onsuiwerheidsatome kan ook die silikonatome vervang en die rooster binnegaan. Hittebehandeling by so 'n temperatuur en tyd sal egter lei tot die verspreiding van onsuiwerhede, wat iets is wat die moderne IC-vervaardigingsbedryf nie wil sien nie.
Vinnige termiese uitgloeiing: Vinnige termiese uitgloeiing (RTA) behandel silikonwafels met uiters vinnige temperatuurstyging en kort duur by die teikentemperatuur (gewoonlik 1000°C). Uitgloeiing van ingeplante silikonwafels word gewoonlik in 'n vinnige termiese verwerker met Ar of N2 uitgevoer. Die vinnige temperatuurstygingsproses en kort duur kan die herstel van roosterdefekte, aktivering van onsuiwerhede en inhibisie van onsuiwerheidsdiffusie optimaliseer. RTA kan ook verbygaande verbeterde diffusie verminder en is die beste manier om aansluitingsdiepte in vlak aansluiting-inplantings te beheer.
—————————————————————————————————————————————————— ———————————-
Semicera kan verskafgrafiet dele, sagte/rigiede vilt, silikonkarbiedonderdele, CVD silikonkarbiedonderdele, enSiC/TaC-bedekte delemet in 30 dae.
As jy belangstel in die bogenoemde halfgeleierprodukte,moet asseblief nie huiwer om ons die eerste keer te kontak nie.
Tel: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Pos tyd: Aug-31-2024