1. Introduzzjoni
L-impjantazzjoni tal-joni hija waħda mill-proċessi ewlenin fil-manifattura taċ-ċirkwit integrat. Tirreferi għall-proċess ta 'aċċellerazzjoni ta' raġġ ta 'jone għal ċerta enerġija (ġeneralment fil-medda ta' keV sa MeV) u mbagħad tinjettaha fil-wiċċ ta 'materjal solidu biex tbiddel il-proprjetajiet fiżiċi tal-wiċċ tal-materjal. Fil-proċess taċ-ċirkwit integrat, il-materjal solidu ġeneralment ikun silikon, u l-joni impurità impjantati huma ġeneralment joni tal-boron, joni tal-fosfru, joni tal-arseniku, joni tal-indju, joni tal-ġermanju, eċċ. Il-joni impjantati jistgħu jibdlu l-konduttività tal-wiċċ tas-solidu materjal jew jiffurmaw junction PN. Meta d-daqs tal-karatteristika taċ-ċirkwiti integrati tnaqqas għall-era sub-micron, il-proċess ta 'impjantazzjoni tal-jone intuża ħafna.
Fil-proċess tal-manifattura taċ-ċirkwit integrat, l-impjantazzjoni tal-jone ġeneralment tintuża għal saffi midfuna fil-fond, bjar doped b'lura, aġġustament tal-vultaġġ tal-limitu, impjantazzjoni ta 'estensjoni ta' sors u drenaġġ, impjantazzjoni ta 'sors u drain, doping ta' gate polysilicon, li jiffurmaw junctions PN u resistors/capacitors, eċċ. Fil-proċess ta 'preparazzjoni ta' materjali tas-sottostrat tas-silikon fuq iżolaturi, is-saff ta 'ossidu midfun huwa ffurmat prinċipalment minn impjantazzjoni ta' jone ta 'ossiġnu b'konċentrazzjoni għolja, jew qtugħ intelliġenti jinkiseb permezz ta' impjantazzjoni ta 'jone ta' idroġenu b'konċentrazzjoni għolja.
L-impjantazzjoni tal-joni titwettaq minn impjantatur tal-joni, u l-parametri tal-proċess l-aktar importanti tiegħu huma d-doża u l-enerġija: id-doża tiddetermina l-konċentrazzjoni finali, u l-enerġija tiddetermina l-firxa (jiġifieri, il-fond) tal-joni. Skont ir-rekwiżiti tad-disinn tal-apparat differenti, il-kundizzjonijiet tal-impjantazzjoni huma maqsuma f'doża għolja ta 'enerġija għolja, doża medja ta' enerġija medja, doża medja ta 'enerġija baxxa, jew doża għolja ta' enerġija baxxa. Sabiex jinkiseb l-effett ta 'impjantazzjoni ideali, impjantaturi differenti għandhom ikunu mgħammra għal rekwiżiti ta' proċess differenti.
Wara l-impjantazzjoni tal-jone, ġeneralment huwa meħtieġ li jgħaddi minn proċess ta 'ttemprar b'temperatura għolja biex isewwi l-ħsara tal-kannizzata kkawżata mill-impjantazzjoni tal-joni u jattiva l-jonji tal-impurità. Fi proċessi ta 'ċirkwit integrat tradizzjonali, għalkemm it-temperatura ta' l-ittemprar għandha influwenza kbira fuq id-doping, it-temperatura tal-proċess ta 'impjantazzjoni tal-jone innifsu mhix importanti. F'nodi tat-teknoloġija taħt l-14nm, ċerti proċessi ta 'impjantazzjoni tal-joni jeħtieġ li jsiru f'ambjenti ta' temperatura baxxa jew għolja biex jibdlu l-effetti tal-ħsara tal-kannizzata, eċċ.
2. proċess ta 'impjantazzjoni jone
2.1 Prinċipji Bażiċi
L-impjantazzjoni tal-joni hija proċess ta 'doping żviluppat fis-sittinijiet li huwa superjuri għal tekniki ta' diffużjoni tradizzjonali fil-biċċa l-kbira tal-aspetti.
Id-differenzi ewlenin bejn id-doping tal-impjantazzjoni tal-joni u d-doping tradizzjonali tad-diffużjoni huma kif ġej:
(1) Id-distribuzzjoni tal-konċentrazzjoni tal-impurità fir-reġjun drogat hija differenti. L-ogħla konċentrazzjoni tal-impurità tal-impjantazzjoni tal-jone tinsab ġewwa l-kristall, filwaqt li l-ogħla konċentrazzjoni tal-impurità tad-diffużjoni tinsab fuq il-wiċċ tal-kristall.
(2) L-impjantazzjoni tal-joni hija proċess imwettaq f'temperatura ambjentali jew saħansitra f'temperatura baxxa, u l-ħin tal-produzzjoni huwa qasir. Id-doping tad-diffużjoni jeħtieġ trattament itwal ta 'temperatura għolja.
(3) L-impjantazzjoni tal-joni tippermetti għażla aktar flessibbli u preċiża ta 'elementi impjantati.
(4) Peress li l-impuritajiet huma affettwati minn diffużjoni termali, il-forma tal-mewġ iffurmata mill-impjantazzjoni tal-jone fil-kristall hija aħjar mill-forma tal-mewġ iffurmata bid-diffużjoni fil-kristall.
(5) L-impjantazzjoni tal-joni normalment tuża biss photoresist bħala l-materjal tal-maskra, iżda d-doping tad-diffużjoni jeħtieġ it-tkabbir jew id-depożizzjoni ta 'film ta' ċerta ħxuna bħala maskra.
(6) L-impjantazzjoni tal-joni bażikament issostitwiet id-diffużjoni u saret il-proċess ewlieni tad-doping fil-manifattura ta 'ċirkwiti integrati llum.
Meta raġġ ta 'jone inċidentali b'ċerta enerġija jibbumbardja mira solida (ġeneralment wejfer), il-joni u l-atomi fuq il-wiċċ fil-mira se jgħaddu minn varjetà ta' interazzjonijiet, u jittrasferixxu l-enerġija lill-atomi fil-mira b'ċertu mod biex eċitati jew jonizzaw minnhom. Il-jonji jistgħu wkoll jitilfu ċertu ammont ta 'enerġija permezz tat-trasferiment tal-momentum, u finalment ikunu mferrxa mill-atomi fil-mira jew jieqfu fil-materjal fil-mira. Jekk il-joni injettati huma itqal, il-biċċa l-kbira tal-joni se jiġu injettati fil-mira solida. Għall-kuntrarju, jekk il-jonji injettati huma eħfef, ħafna mill-joni injettati se jirbbu mill-wiċċ fil-mira. Bażikament, dawn il-joni ta 'enerġija għolja injettati fil-mira se jaħbtu ma' l-atomi tal-kannizzata u l-elettroni fil-mira solida fi gradi differenti. Fosthom, il-ħabta bejn joni u atomi solidi fil-mira tista 'titqies bħala ħabta elastika minħabba li huma qrib fil-massa.
2.2 Parametri ewlenin tal-impjantazzjoni tal-joni
L-impjantazzjoni tal-joni hija proċess flessibbli li għandu jissodisfa rekwiżiti stretti tad-disinn u l-produzzjoni taċ-ċippa. Parametri importanti tal-impjantazzjoni tal-joni huma: doża, firxa.
Doża (D) tirreferi għan-numru ta 'jonji injettati għal kull unità ta' żona tal-wiċċ tal-wejfer tas-silikon, f'atomi għal kull ċentimetru kwadru (jew joni għal kull ċentimetru kwadru). D jista’ jiġi kkalkulat bil-formula li ġejja:
Fejn D hija d-doża ta' impjantazzjoni (numru ta' jonji/unità ta' erja); t huwa l-ħin tal-impjantazzjoni; I huwa l-kurrent tar-raġġ; q hija l-ħlas li jinġarr mill-jone (ċarġ wieħed huwa 1.6 × 1019C[1]); u S hija ż-żona tal-impjantazzjoni.
Waħda mir-raġunijiet ewlenin għaliex l-impjantazzjoni tal-jone saret teknoloġija importanti fil-manifattura tal-wejfers tas-silikon hija li tista 'tiimpjanta ripetutament l-istess doża ta' impuritajiet f'wejfers tas-silikon. L-implanter jikseb dan l-għan bl-għajnuna tal-ċarġ pożittiv tal-joni. Meta l-jonji tal-impurità pożittivi jiffurmaw raġġ tal-joni, ir-rata tal-fluss tagħha tissejjaħ il-kurrent tar-raġġ tal-joni, li titkejjel f'mA. Il-firxa ta 'kurrenti medji u baxxi hija 0.1 sa 10 mA, u l-firxa ta' kurrenti għolja hija 10 sa 25 mA.
Il-kobor tal-kurrent tar-raġġ tal-joni huwa varjabbli ewlieni fid-definizzjoni tad-doża. Jekk il-kurrent jiżdied, in-numru ta 'atomi ta' impurità impjantati għal kull unità ta 'ħin jiżdied ukoll. Kurrent għoli jwassal biex tiżdied ir-rendiment tal-wejfer tas-silikon (jinjetta aktar joni għal kull unità ta 'ħin ta' produzzjoni), iżda tikkawża wkoll problemi ta 'uniformità.
3. tagħmir għall-impjantazzjoni tal-joni
3.1 Struttura Bażika
It-tagħmir għall-impjantazzjoni tal-joni jinkludi 7 moduli bażiċi:
① sors ta 'jone u assorbitur;
② analizzatur tal-massa (jiġifieri kalamita analitika);
③ tubu aċċeleratur;
④ disk tal-iskannjar;
⑤ sistema ta 'newtralizzazzjoni elettrostatika;
⑥ kamra tal-proċess;
⑦ sistema ta 'kontroll tad-doża.
AIl-moduli ll huma f'ambjent vakwu stabbilit mis-sistema tal-vakwu. Id-dijagramma strutturali bażika tal-implanter tal-jone hija murija fil-figura hawn taħt.
(1)Sors tal-jone:
Normalment fl-istess kamra tal-vakwu bħall-elettrodu tal-ġbid. L-impuritajiet li qed jistennew li jiġu injettati għandhom jeżistu fi stat joniku sabiex ikunu kkontrollati u aċċellerati mill-kamp elettriku. L-aktar użati komunement B+, P+, As+, eċċ huma miksuba bl-atomi jew molekuli jonizzanti.
Is-sorsi tal-impurità użati huma BF3, PH3 u AsH3, eċċ., U l-istrutturi tagħhom huma murija fil-figura hawn taħt. L-elettroni rilaxxati mill-filament jaħbtu ma 'atomi tal-gass biex jipproduċu joni. L-elettroni ġeneralment jiġu ġġenerati minn sors ta 'filament tat-tungstenu sħun. Pereżempju, is-sors tal-jone Berners, il-filament tal-katodu huwa installat f'kamra tal-ark b'daħla tal-gass. Il-ħajt ta 'ġewwa tal-kamra tal-ark huwa l-anodu.
Meta s-sors tal-gass jiġi introdott, kurrent kbir jgħaddi mill-filament, u vultaġġ ta '100 V jiġi applikat bejn l-elettrodi pożittivi u negattivi, li jiġġeneraw elettroni ta' enerġija għolja madwar il-filament. Il-joni pożittivi huma ġġenerati wara li l-elettroni ta 'enerġija għolja jaħbtu mal-molekuli tal-gass tas-sors.
Il-kalamita esterna tapplika kamp manjetiku parallel mal-filament biex iżżid l-jonizzazzjoni u tistabbilizza l-plażma. Fil-kamra tal-ark, fit-tarf l-ieħor relattiv għall-filament, hemm riflettur iċċarġjat b'mod negattiv li jirrifletti l-elettroni lura biex itejjeb il-ġenerazzjoni u l-effiċjenza tal-elettroni.
(2)Assorbiment:
Jintuża biex jiġbor joni pożittivi ġġenerati fil-kamra tal-ark tas-sors tal-jone u jifformahom f'raġġ tal-joni. Peress li l-kamra tal-ark hija l-anodu u l-katodu huwa pressjoni negattiva fuq l-elettrodu tal-ġbid, il-kamp elettriku ġġenerat jikkontrolla l-joni pożittivi, u jġiegħelhom jimxu lejn l-elettrodu tal-ġbid u jinġibdu 'l barra mill-qasma tal-jone, kif muri fil-figura hawn taħt . Iktar ma tkun kbira l-qawwa tal-kamp elettriku, akbar tkun l-enerġija kinetika li l-joni jiksbu wara l-aċċelerazzjoni. Hemm ukoll vultaġġ ta 'soppressjoni fuq l-elettrodu tal-ġbid biex jipprevjeni interferenza mill-elettroni fil-plażma. Fl-istess ħin, l-elettrodu ta 'soppressjoni jista' jifforma joni f'raġġ ta 'jone u jiffokahom fi nixxiegħa ta' raġġ ta 'jone parallel sabiex jgħaddi mill-implanter.
(3)Analizzatur tal-massa:
Jista 'jkun hemm ħafna tipi ta' joni ġġenerati mis-sors tal-joni. Taħt l-aċċelerazzjoni tal-vultaġġ tal-anodu, il-jonji jimxu b'veloċità għolja. Joni differenti għandhom unitajiet ta 'massa atomika differenti u proporzjonijiet differenti ta' massa għal ċarġ.
(4)Tubu aċċeleratur:
Sabiex tinkiseb veloċità ogħla, hija meħtieġa enerġija ogħla. Minbarra l-kamp elettriku pprovdut mill-anodu u l-analizzatur tal-massa, kamp elettriku pprovdut fit-tubu tal-aċċeleratur huwa meħtieġ ukoll għall-aċċelerazzjoni. It-tubu tal-aċċeleratur jikkonsisti f'serje ta 'elettrodi iżolati b'dielettriku, u l-vultaġġ negattiv fuq l-elettrodi jiżdied f'sekwenza permezz tal-konnessjoni tas-serje. Iktar ma jkun għoli l-vultaġġ totali, akbar tkun il-veloċità miksuba mill-joni, jiġifieri, akbar tkun l-enerġija li tinġarr. Enerġija għolja tista 'tħalli li jonji impurità jiġu injettati fil-fond fil-wejfer tas-silikon biex jiffurmaw junction profonda, filwaqt li enerġija baxxa tista' tintuża biex tagħmel junction baxx.
(5)Diska tal-iskannjar
Ir-raġġ tal-jone iffukat huwa ġeneralment żgħir ħafna fid-dijametru. Id-dijametru tal-post tar-raġġ ta 'impjanter ta' kurrent tar-raġġ medju huwa ta 'madwar 1 ċm, u dak ta' implanter ta 'kurrent ta' raġġ kbir huwa ta 'madwar 3 ċm. Il-wejfer tas-silikon kollu għandu jkun miksi bl-iskannjar. Ir-ripetibbiltà tal-impjantazzjoni tad-doża hija ddeterminata permezz tal-iskannjar. Normalment, hemm erba 'tipi ta' sistemi ta 'skanjar ta' implanter:
① skannjar elettrostatiku;
② skannjar mekkaniku;
③ skanjar ibridu;
④ skanjar parallel.
(6)Sistema ta 'newtralizzazzjoni tal-elettriku statiku:
Matul il-proċess tal-impjantazzjoni, ir-raġġ tal-jone jolqot il-wejfer tas-silikon u jikkawża li jakkumula l-ħlas fuq il-wiċċ tal-maskra. L-akkumulazzjoni ta 'ċarġ li tirriżulta tbiddel il-bilanċ ta' ħlas fir-raġġ tal-jone, u tagħmel il-post tar-raġġ akbar u d-distribuzzjoni tad-doża irregolari. Jista 'saħansitra tkisser mis-saff tal-ossidu tal-wiċċ u tikkawża ħsara fl-apparat. Issa, il-wejfer tas-silikon u r-raġġ tal-jone huma ġeneralment imqiegħda f'ambjent stabbli ta 'plażma ta' densità għolja msejjaħ sistema tad-doċċa tal-elettroni tal-plażma, li tista 'tikkontrolla l-iċċarġjar tal-wejfer tas-silikon. Dan il-metodu estratti elettroni mill-plażma (ġeneralment argon jew ksenon) f'kamra tal-ark li tinsab fil-mogħdija tar-raġġ tal-joni u ħdejn il-wejfer tas-silikon. Il-plażma hija ffiltrata u l-elettroni sekondarji biss jistgħu jilħqu l-wiċċ tal-wejfer tas-silikon biex jinnewtralizza l-ċarġ pożittiv.
(7)Kavità tal-proċess:
L-injezzjoni ta 'raġġi tal-joni f'wejfers tas-silikon isseħħ fil-kamra tal-proċess. Il-kamra tal-proċess hija parti importanti mill-implanter, inkluża sistema ta 'skannjar, stazzjon terminali b'lock vakwu għat-tagħbija u l-ħatt ta' wejfers tas-silikon, sistema ta 'trasferiment ta' wejfer tas-silikon, u sistema ta 'kontroll tal-kompjuter. Barra minn hekk, hemm xi apparati għall-monitoraġġ tad-dożi u l-kontroll tal-effetti tal-kanal. Jekk jintuża skannjar mekkaniku, l-istazzjon terminali jkun relattivament kbir. Il-vakwu tal-kamra tal-proċess huwa ppumpjat għall-pressjoni tal-qiegħ meħtieġa mill-proċess minn pompa mekkanika f'diversi stadji, pompa turbomolekulari, u pompa ta 'kondensazzjoni, li ġeneralment hija madwar 1 × 10-6Torr jew inqas.
(8)Sistema ta 'kontroll tad-dożaġġ:
Il-monitoraġġ tad-doża f'ħin reali f'impjant tal-jone jitwettaq billi jitkejjel ir-raġġ tal-joni li jilħaq il-wejfer tas-silikon. Il-kurrent tar-raġġ tal-joni jitkejjel bl-użu ta 'sensor imsejjaħ tazza Faraday. F'sistema Faraday sempliċi, hemm sensor tal-kurrent fil-mogħdija tar-raġġ tal-joni li jkejjel il-kurrent. Madankollu, dan jippreżenta problema, peress li r-raġġ tal-joni jirreaġixxi mas-sensor u jipproduċi elettroni sekondarji li jirriżultaw f'qari żbaljat tal-kurrent. Sistema Faraday tista 'trażżan elettroni sekondarji bl-użu ta' kampi elettriċi jew manjetiċi biex tikseb qari tal-kurrent tar-raġġ reali. Il-kurrent imkejjel mis-sistema Faraday jiġi mdaħħal f'kontrollur elettroniku tad-doża, li jaġixxi bħala akkumulatur tal-kurrent (li kontinwament jakkumula l-kurrent tar-raġġ imkejjel). Il-kontrollur jintuża biex jirrelata l-kurrent totali mal-ħin tal-impjantazzjoni korrispondenti u jikkalkula l-ħin meħtieġ għal ċerta doża.
3.2 Tiswija tal-ħsara
L-impjantazzjoni tal-joni se tħabbat l-atomi mill-istruttura tal-kannizzata u tagħmel ħsara lill-kannizzata tal-wejfer tas-silikon. Jekk id-doża impjantata hija kbira, is-saff impjantat isir amorfu. Barra minn hekk, il-joni impjantati bażikament ma jokkupawx il-punti tal-kannizzata tas-silikon, iżda jibqgħu fil-pożizzjonijiet tal-qasma tal-kannizzata. Dawn l-impuritajiet interstizjali jistgħu jiġu attivati biss wara proċess ta 'ttemprar b'temperatura għolja.
L-ittemprar jista 'jsaħħan il-wejfer tas-silikon impjantat biex isewwi d-difetti tal-kannizzata; jista 'wkoll iċċaqlaq l-atomi tal-impurità lejn il-punti tal-kannizzata u jattivahom. It-temperatura meħtieġa biex jissewwew id-difetti tal-kannizzata hija ta 'madwar 500 °C, u t-temperatura meħtieġa biex jiġu attivati l-atomi ta' impurità hija ta 'madwar 950 °C. L-attivazzjoni tal-impuritajiet hija relatata mal-ħin u t-temperatura: iktar ma jkun itwal il-ħin u iktar tkun għolja t-temperatura, aktar l-impuritajiet jiġu attivati bis-sħiħ. Hemm żewġ metodi bażiċi għall-ittemprar tal-wejfers tas-silikon:
① ittemprar tal-forn b'temperatura għolja;
② ittemprar termali rapidu (RTA).
Ittemprar tal-forn b'temperatura għolja: It-ttemprar tal-forn b'temperatura għolja huwa metodu ta 'ttemprar tradizzjonali, li juża forn b'temperatura għolja biex issaħħan il-wejfer tas-silikon għal 800-1000 ℃ u jżommha għal 30 minuta. F'din it-temperatura, l-atomi tas-silikon jimxu lura għall-pożizzjoni tal-kannizzata, u l-atomi tal-impurità jistgħu wkoll jissostitwixxu l-atomi tas-silikon u jidħlu fil-kannizzata. Madankollu, it-trattament tas-sħana f'tali temperatura u ħin se jwassal għad-diffużjoni ta 'impuritajiet, li hija xi ħaġa li l-industrija moderna tal-manifattura IC ma tridx tara.
Ittemprar Termali Rapidu: Ittemprar termali rapidu (RTA) jittratta wejfers tas-silikon b'żieda fit-temperatura estremament mgħaġġla u tul qasir fit-temperatura fil-mira (ġeneralment 1000 ° C). L-ittemprar ta 'wejfers tas-silikon impjantati normalment isir fi proċessur termali rapidu b'Ar jew N2. Il-proċess ta 'żieda mgħaġġla fit-temperatura u tul qasir jistgħu jottimizzaw it-tiswija tad-difetti tal-kannizzata, l-attivazzjoni tal-impuritajiet u l-inibizzjoni tad-diffużjoni tal-impurità. L-RTA tista 'wkoll tnaqqas id-diffużjoni mtejba temporanja u hija l-aħjar mod biex tikkontrolla l-fond tal-junction f'impjanti tal-junction baxxi.
——————————————————————————————————————————————————— ————————————-
Semicera jistgħu jipprovdupartijiet tal-grafita, feltru artab/riġidu, Partijiet tal-karbur tas-silikon, Partijiet tal-karbur tas-silikon CVD, uPartijiet miksija SiC/TaCbi fi 30 jum.
Jekk inti interessat fil-prodotti semikondutturi ta 'hawn fuq,jekk jogħġbok, toqgħodx lura milli tikkuntattjana għall-ewwel darba.
Tel: +86-13373889683
WhatsApp: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Ħin tal-post: Awissu-31-2024