1. Bevezetés
Az ionbeültetés az integrált áramkörök gyártásában az egyik fő folyamat. Arra a folyamatra utal, amikor egy ionnyalábot egy bizonyos energiára (általában keV-től MeV-ig terjedő tartományban) felgyorsítanak, majd befecskendezik egy szilárd anyag felületébe, hogy megváltoztassák az anyag felületének fizikai tulajdonságait. Az integrált áramköri eljárásban a szilárd anyag általában szilícium, a beültetett szennyező ionok pedig általában bórionok, foszforionok, arzénionok, indiumionok, germániumionok stb. A beültetett ionok megváltoztathatják a szilárd anyag felületének vezetőképességét. anyagból vagy PN csomópontot alkotnak. Amikor az integrált áramkörök jellemzői méretét a mikron alatti korszakra csökkentették, az ionimplantációs eljárást széles körben alkalmazták.
Az integrált áramköri gyártási folyamatban az ionimplantációt általában mélyre temetett rétegekhez, fordított adalékolt kutakhoz, küszöbfeszültség beállításához, forrás- és lefolyóhosszabbító beültetéshez, forrás- és lefolyóbeültetéshez, poliszilícium-kapu adalékolásához, PN csomópontok és ellenállások/kondenzátorok kialakításához stb. A szilícium szubsztrát anyagok szigetelőkön történő előállítása során az eltemetett oxidréteget főként nagy koncentrációjú oxigén alkotja. ionimplantáció, vagy intelligens vágás nagy koncentrációjú hidrogénion beültetéssel érhető el.
Az ionbeültetést ionimplantátor végzi, melynek legfontosabb folyamatparaméterei a dózis és az energia: a dózis határozza meg a végső koncentrációt, az energia pedig az ionok tartományát (azaz mélységét). A különböző készüléktervezési követelményeknek megfelelően a beültetés körülményei nagy dózisú nagy energiájú, közepes dózisú közepes energiájú, közepes dózisú alacsony energiájú vagy nagy dózisú alacsony energiájú anyagokra oszthatók. Az ideális beültetési hatás elérése érdekében különböző implantátorokat kell felszerelni a különböző folyamatkövetelményekhez.
Az ionimplantáció után általában magas hőmérsékletű lágyítási folyamaton kell átesni, hogy helyrehozzák az ionbeültetés okozta rácskárosodást és aktiválják a szennyező ionokat. A hagyományos integrált áramköri eljárásokban, bár a lágyítási hőmérséklet nagyban befolyásolja a doppingolást, magának az ionbeültetési folyamatnak a hőmérséklete nem fontos. A 14 nm alatti technológiai csomópontokon bizonyos ionbeültetési folyamatokat kell végrehajtani alacsony vagy magas hőmérsékletű környezetben, hogy megváltoztassák a rácskárosodás hatásait stb.
2. ionbeültetési folyamat
2.1 Alapelvek
Az ionbeültetés az 1960-as években kifejlesztett doppingeljárás, amely a legtöbb szempontból felülmúlja a hagyományos diffúziós technikákat.
Az ionimplantációs dopping és a hagyományos diffúziós dopping közötti fő különbségek a következők:
(1) A szennyezőanyag koncentráció eloszlása az adalékolt régióban eltérő. Az ionimplantáció szennyezőanyag-csúcskoncentrációja a kristály belsejében, míg a diffúzió csúcs szennyeződéskoncentrációja a kristály felületén található.
(2) Az ionbeültetés olyan folyamat, amelyet szobahőmérsékleten vagy akár alacsony hőmérsékleten hajtanak végre, és a gyártási idő rövid. A diffúziós dopping hosszabb, magas hőmérsékletű kezelést igényel.
(3) Az ionbeültetés lehetővé teszi a beültetett elemek rugalmasabb és pontosabb kiválasztását.
(4) Mivel a szennyeződéseket a termikus diffúzió befolyásolja, a kristályba történő ionimplantáció során kialakuló hullámforma jobb, mint a kristályban diffúzióval kialakuló hullámforma.
(5) Az ionbeültetés általában csak fotorezisztet használ maszkanyagként, de a diffúziós adalékoláshoz egy bizonyos vastagságú film maszkként történő növesztését vagy lerakódását igényli.
(6) Az ionbeültetés alapvetően felváltotta a diffúziót, és manapság az integrált áramkörök gyártásában a fő doppingeljárássá vált.
Amikor egy bizonyos energiájú beeső ionsugár szilárd célpontot (általában ostyát) bombáz, az ionok és a célfelületen lévő atomok különféle kölcsönhatásokon mennek keresztül, és bizonyos módon energiát adnak át a célatomoknak, hogy gerjesztik vagy ionizálják. őket. Az ionok bizonyos mennyiségű energiát is veszíthetnek az impulzus átadása révén, és végül a célatomok szétszóródhatnak, vagy megállhatnak a célanyagban. Ha az injektált ionok nehezebbek, az ionok többsége a szilárd célpontba kerül. Ellenkezőleg, ha az injektált ionok könnyebbek, a befecskendezett ionok nagy része visszaverődik a célfelületről. Alapvetően ezek a nagyenergiájú ionok, amelyeket a céltárgyba injektálnak, különböző mértékben ütköznek a szilárd tárgyban lévő rácsatomokkal és elektronokkal. Ezek közül az ionok és a szilárd célatomok ütközése rugalmas ütközésnek tekinthető, mivel tömegük közel van egymáshoz.
2.2 Az ionbeültetés főbb paraméterei
Az ionbeültetés rugalmas folyamat, amelynek szigorú chiptervezési és gyártási követelményeknek kell megfelelnie. Fontos ionbeültetési paraméterek: dózis, tartomány.
A dózis (D) a szilíciumlapka felületének egységnyi területére befecskendezett ionok számát jelenti atom/négyzetcentiméterben (vagy ionok per négyzetcentiméterben) megadva. D a következő képlettel számítható ki:
ahol D a beültetési dózis (ionok száma/területegység); t a beültetési idő; I a sugáráram; q az ion által hordozott töltés (egyetlen töltés 1,6×1019C[1]); és S az implantációs terület.
Az egyik fő ok, amiért az ionimplantáció fontos technológiává vált a szilíciumlemez-gyártásban, az az, hogy ismételten ugyanazt a szennyeződést képes beültetni a szilíciumlapkákba. Ezt a célt az implantátor az ionok pozitív töltésének segítségével éri el. Amikor a pozitív szennyező ionok ionnyalábot képeznek, áramlási sebességét ionsugár áramnak nevezik, amelyet mA-ban mérnek. A közepes és alacsony áramok tartománya 0,1-10 mA, a nagy áramok tartománya 10-25 mA.
Az ionsugár áramának nagysága kulcsfontosságú változó a dózis meghatározásában. Ha az áramerősség nő, az egységnyi idő alatt beültetett szennyező atomok száma is nő. A nagy áramerősség elősegíti a szilíciumlapka-hozam növelését (egységnyi gyártási idő alatt több iont injektál be), de egyenletességi problémákat is okoz.
3. ionimplantációs berendezés
3.1 Alapfelépítés
Az ionimplantációs berendezés 7 alapmodult tartalmaz:
① ionforrás és abszorber;
② tömegelemző (azaz analitikai mágnes);
③ gyorsító cső;
④ szkennelő lemez;
⑤ elektrosztatikus semlegesítő rendszer;
⑥ folyamatkamra;
⑦ dózisszabályozó rendszer.
A1 modul a vákuumrendszer által létrehozott vákuum környezetben van. Az ionimplanter alapvető szerkezeti diagramja az alábbi ábrán látható.
(1)Ionforrás:
Általában ugyanabban a vákuumkamrában, mint a szívóelektróda. A befecskendezésre váró szennyeződéseknek ionállapotban kell lenniük ahhoz, hogy az elektromos tér szabályozza és felgyorsítsa őket. A leggyakrabban használt B+, P+, As+ stb. atomok vagy molekulák ionizálásával nyerik.
A használt szennyező források a BF3, PH3 és AsH3 stb., ezek szerkezetét az alábbi ábra mutatja. Az izzószál által felszabaduló elektronok gázatomokkal ütközve ionokat képeznek. Az elektronokat általában forró volfrámszál-forrás állítja elő. Például a Berners ionforrás, a katód izzószál egy gázbemenettel rendelkező ívkamrába van beépítve. Az ívkamra belső fala az anód.
A gázforrás bevezetésekor nagy áram halad át az izzószálon, és a pozitív és negatív elektródák között 100 V feszültség lép fel, ami nagy energiájú elektronokat generál az izzószál körül. Pozitív ionok keletkeznek, miután a nagy energiájú elektronok ütköznek a forrásgáz molekuláival.
A külső mágnes az izzószálval párhuzamos mágneses teret alkalmaz az ionizáció fokozása és a plazma stabilizálása érdekében. Az ívkamrában, az izzószálhoz képest másik végén egy negatív töltésű reflektor található, amely visszaveri az elektronokat, hogy javítsa az elektronok keletkezését és hatékonyságát.
(2)Abszorpció:
Az ionforrás ívkamrájában keletkező pozitív ionok összegyűjtésére és ionnyalábgá alakítására szolgál. Mivel az ívkamra az anód, a katód pedig negatív nyomás alatt van a szívóelektródán, a generált elektromos tér szabályozza a pozitív ionokat, aminek következtében azok a szívóelektróda felé mozognak, és kihúzódnak az ionrésből, ahogy az alábbi ábrán látható. . Minél nagyobb az elektromos térerősség, annál nagyobb kinetikus energiát nyernek az ionok a gyorsítás után. A szívóelektródán egy elnyomó feszültség is található, amely megakadályozza a plazmában lévő elektronok által okozott interferenciát. Ugyanakkor az elnyomó elektróda ionokat képezhet ionnyalábgá, és párhuzamos ionsugár-árammá fókuszálhatja azokat, így az áthalad az implantátoron.
(3)Tömegelemző:
Az ionforrásból sokféle ion keletkezhet. Az anódfeszültség gyorsulása alatt az ionok nagy sebességgel mozognak. A különböző ionok eltérő atomtömeg-egységekkel és különböző tömeg/töltés arányúak.
(4)Gyorsító cső:
A nagyobb sebesség eléréséhez nagyobb energia szükséges. A gyorsításhoz az anód és a tömegelemző által biztosított elektromos tér mellett a gyorsítócsőben biztosított elektromos térre is szükség van. A gyorsítócső dielektrikummal elválasztott elektródák sorozatából áll, és az elektródák negatív feszültsége a soros csatlakozáson keresztül sorban növekszik. Minél nagyobb a teljes feszültség, annál nagyobb az ionok sebessége, vagyis annál nagyobb a szállított energia. A magas energia lehetővé teszi a szennyező ionok mélyen a szilícium lapkába való befecskendezését, hogy mély csomópontot képezzenek, míg az alacsony energia felhasználásával sekély csomópontot lehet létrehozni.
(5)Lemez beolvasása
A fókuszált ionsugár általában nagyon kicsi átmérőjű. A közepes nyalábáramú implantátor nyalábfolt-átmérője körülbelül 1 cm, a nagynyalábú áramú implantátoré körülbelül 3 cm. A teljes szilícium ostyát be kell fedni szkenneléssel. Az adagbeültetés megismételhetőségét szkennelés határozza meg. Általában négyféle beültető szkennelő rendszer létezik:
① elektrosztatikus szkennelés;
② mechanikus szkennelés;
③ hibrid szkennelés;
④ párhuzamos szkennelés.
(6)Statikus elektromosság semlegesítő rendszer:
A beültetési folyamat során az ionsugár eléri a szilícium lapkát, és töltés halmozódik fel a maszk felületén. Az így létrejövő töltésfelhalmozódás megváltoztatja az ionnyaláb töltésegyensúlyát, így a nyalábfolt nagyobb, a dóziseloszlás pedig egyenetlen. Még a felületi oxidrétegen is áttörhet, és az eszköz meghibásodását okozhatja. Most a szilícium ostyát és az ionsugarat általában egy stabil, nagy sűrűségű plazmakörnyezetbe helyezik, amelyet plazma elektronzuhany rendszernek neveznek, amely képes szabályozni a szilícium lapka töltését. Ez a módszer elektronokat von ki a plazmából (általában argonból vagy xenonból) egy ívkamrában, amely az ionsugár útjában és a szilícium lapka közelében található. A plazmát kiszűrik, és csak a másodlagos elektronok érhetik el a szilíciumlapka felületét, hogy semlegesítsék a pozitív töltést.
(7)Folyamat üreg:
Az ionsugarak szilíciumlapkákba való befecskendezése a folyamatkamrában történik. A folyamatkamra az implantátor fontos része, beleértve a letapogató rendszert, a szilíciumlapkák be- és kirakodására szolgáló vákuumzárral ellátott terminálállomást, a szilíciumlapka-továbbító rendszert és a számítógépes vezérlőrendszert. Ezen kívül van néhány eszköz a dózisok figyelésére és a csatornahatások szabályozására. Ha mechanikus szkennelést alkalmazunk, a végállomás viszonylag nagy lesz. A folyamatkamra vákuumot a folyamat által megkívánt alsó nyomásra egy többlépcsős mechanikus szivattyú, egy turbomolekuláris szivattyú és egy kondenzációs szivattyú szivattyúzza, amely általában körülbelül 1 × 10-6 torr vagy kevesebb.
(8)Adagolás ellenőrző rendszer:
Az ionimplantátorban a valós idejű dózisfigyelés a szilícium lapkát elérő ionsugár mérésével történik. Az ionsugár áramát egy Faraday csésze nevű érzékelővel mérik. Egy egyszerű Faraday rendszerben van egy áramérzékelő az ionsugár útjában, amely méri az áramerősséget. Ez azonban problémát jelent, mivel az ionsugár reagál az érzékelővel, és másodlagos elektronokat termel, amelyek hibás áramleolvasást eredményeznek. A Faraday-rendszer elektromos vagy mágneses mezők segítségével elnyomja a másodlagos elektronokat, hogy valódi sugáráram-leolvasást kapjon. A Faraday rendszer által mért áramot egy elektronikus dózisszabályozóba vezetik, amely áramtárolóként működik (amely folyamatosan halmozza a mért nyalábáramot). A vezérlő a teljes áramerősség és a megfelelő beültetési idő viszonyítására szolgál, és kiszámítja egy bizonyos dózishoz szükséges időt.
3.2 Sérülések elhárítása
Az ionbeültetés atomokat üt ki a rácsszerkezetből, és károsítja a szilícium ostyarácsot. Ha a beültetett dózis nagy, a beültetett réteg amorf lesz. Ráadásul a beültetett ionok alapvetően nem foglalják el a szilícium rácspontjait, hanem a rácsrés pozíciókban maradnak. Ezek az intersticiális szennyeződések csak magas hőmérsékletű lágyítási folyamat után aktiválhatók.
A lágyítás felmelegítheti a beültetett szilícium lapkát a rácshibák javítása érdekében; szennyező atomokat is képes a rácspontokba mozgatni és aktiválni. A rácshibák kijavításához szükséges hőmérséklet körülbelül 500 °C, a szennyező atomok aktiválásához pedig körülbelül 950 °C. A szennyeződések aktiválódása idővel és hőmérséklettel függ össze: minél hosszabb az idő és minél magasabb a hőmérséklet, annál teljesebben aktiválódnak a szennyeződések. Két alapvető módszer létezik a szilíciumlapkák lágyítására:
① magas hőmérsékletű kemencében történő izzítás;
② gyors hőkezelés (RTA).
Magas hőmérsékletű kemencében végzett izzítás: A magas hőmérsékletű kemence izzítás egy hagyományos izzítási módszer, amely magas hőmérsékletű kemencét használ a szilícium ostya 800-1000 ℃-ra történő felmelegítésére és 30 percen keresztüli tartására. Ezen a hőmérsékleten a szilícium atomok visszakerülnek a rácshelyzetbe, és a szennyező atomok is helyettesíthetik a szilícium atomokat, és beléphetnek a rácsba. Az ilyen hőmérsékleten és időben végzett hőkezelés azonban a szennyeződések diffúziójához vezet, amit a modern IC-gyártóipar nem akar látni.
Rapid Thermal annealing: A Rapid Thermal annealing (RTA) a szilícium lapkákat rendkívül gyors hőmérséklet-emelkedéssel és rövid ideig kezeli a célhőmérsékleten (általában 1000°C). A beültetett szilícium lapkák izzítása általában Ar vagy N2 gyors hőprocesszorban történik. A gyors hőmérséklet-emelkedési folyamat és a rövid időtartam optimalizálhatja a rácshibák javítását, a szennyeződések aktiválását és a szennyeződések diffúziójának gátlását. Az RTA csökkentheti a tranziens fokozott diffúziót is, és ez a legjobb módja a csatlakozási mélység szabályozásának sekély csatlakozási implantátumokban.
—————————————————————————————————————————————————— ———————————-
Semicera tud nyújtanigrafit alkatrészek, puha/merev filc, szilícium-karbid alkatrészek, CVD szilícium-karbid alkatrészek, ésSiC/TaC bevonatú alkatrészek30 napon belül.
Ha érdeklik a fenti félvezető termékek,kérjük, ne habozzon kapcsolatba lépni velünk első alkalommal.
Tel: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Feladás időpontja: 2024. augusztus 31