1. Ներածություն
Իոնների իմպլանտացիան ինտեգրալ սխեմաների արտադրության հիմնական գործընթացներից մեկն է: Այն վերաբերում է իոնային ճառագայթը մինչև որոշակի էներգիա (ընդհանուր առմամբ keV-ից մինչև MeV միջակայքում) արագացնելու և այնուհետև այն պինդ նյութի մակերեսին ներարկելու գործընթացին՝ նյութի մակերեսի ֆիզիկական հատկությունները փոխելու համար: Ինտեգրված սխեմայի գործընթացում պինդ նյութը սովորաբար սիլիցիում է, իսկ իմպլանտացված կեղտոտ իոնները սովորաբար բորի իոններ են, ֆոսֆորի իոններ, մկնդեղի իոններ, ինդիումի իոններ, գերմանիումի իոններ և այլն։ նյութ կամ ձևավորել PN հանգույց: Երբ ինտեգրալային սխեմաների առանձնահատկությունների չափերը կրճատվեցին մինչև ենթամիկրոն դարաշրջան, իոնների իմպլանտացիայի գործընթացը լայնորեն կիրառվեց:
Ինտեգրված սխեմայի արտադրության գործընթացում իոնային իմպլանտացիան սովորաբար օգտագործվում է խորը թաղված շերտերի, հակադարձ դոպինգ հորերի, շեմային լարման ճշգրտման, աղբյուրի և արտահոսքի երկարացման իմպլանտացիայի, աղբյուրի և արտահոսքի իմպլանտացիայի, պոլիսիլիկոնային դարպասի դոպինգի, PN հանգույցների և ռեզիստորների/կոնդենսատորների ձևավորման և այլն: Մեկուսիչների վրա սիլիցիումային ենթաշերտի նյութերի պատրաստման գործընթացում թաղված օքսիդի շերտը հիմնականում ձևավորվում է բարձր խտությամբ թթվածնի իոնների իմպլանտացիայի միջոցով, կամ խելացի կտրումը ձեռք է բերվում բարձր կոնցենտրացիայի ջրածնի իոնների իմպլանտացիայի միջոցով:
Իոնների իմպլանտացիան իրականացվում է իոնային իմպլանտատորի կողմից, և դրա գործընթացի կարևորագույն պարամետրերն են դոզան և էներգիան. դոզան որոշում է վերջնական կոնցենտրացիան, իսկ էներգիան՝ իոնների միջակայքը (այսինքն՝ խորությունը): Համաձայն սարքի նախագծման տարբեր պահանջների՝ իմպլանտացիայի պայմանները բաժանվում են բարձր դոզայի բարձր էներգիայի, միջին դոզայի միջին էներգիայի, միջին դոզայի ցածր էներգիայի կամ բարձր դոզայի ցածր էներգիայի: Իդեալական իմպլանտացիայի էֆեկտ ստանալու համար տարբեր իմպլանտատորներ պետք է սարքավորված լինեն տարբեր գործընթացների պահանջների համար:
Իոնների իմպլանտացիայից հետո, ընդհանուր առմամբ, անհրաժեշտ է անցնել բարձր ջերմաստիճանի եռացման գործընթաց՝ իոնների իմպլանտացիայի հետևանքով առաջացած վանդակի վնասը վերականգնելու և կեղտոտ իոնների ակտիվացման համար: Ավանդական ինտեգրալ սխեմայի գործընթացներում, թեև եռացման ջերմաստիճանը մեծ ազդեցություն ունի դոպինգի վրա, իոնների իմպլանտացիայի գործընթացի ջերմաստիճանն ինքնին կարևոր չէ: 14 նմ-ից ցածր տեխնոլոգիական հանգույցներում որոշակի իոնային իմպլանտացիայի գործընթացներ պետք է իրականացվեն ցածր կամ բարձր ջերմաստիճանի միջավայրում՝ ցանցի վնասման հետևանքները փոխելու համար և այլն:
2. իոնային իմպլանտացիայի գործընթացը
2.1 Հիմնական սկզբունքներ
Իոնների իմպլանտացիան դոպինգային գործընթաց է, որը մշակվել է 1960-ականներին, որը գերազանցում է ավանդական դիֆուզիոն տեխնիկան շատ առումներով:
Իոնային իմպլանտացիայի դոպինգի և ավանդական դիֆուզիոն դոպինգի հիմնական տարբերությունները հետևյալն են.
(1) Կեղտոտվածության կոնցենտրացիայի բաշխումը դոպինգային շրջանում տարբեր է: Իոնների իմպլանտացիայի գագաթնակետային խառնուրդի կոնցենտրացիան գտնվում է բյուրեղի ներսում, մինչդեռ դիֆուզիայի գագաթնակետային կեղտոտության կոնցենտրացիան գտնվում է բյուրեղի մակերեսին:
(2) Իոնների իմպլանտացիան գործընթաց է, որն իրականացվում է սենյակային ջերմաստիճանում կամ նույնիսկ ցածր ջերմաստիճանում, և արտադրության ժամանակը կարճ է: Դիֆուզիոն դոպինգը պահանջում է ավելի երկար բարձր ջերմաստիճանի բուժում:
(3) Իոնների իմպլանտացիան թույլ է տալիս ավելի ճկուն և ճշգրիտ ընտրել իմպլանտացված տարրերը:
(4) Քանի որ կեղտերը ազդում են ջերմային դիֆուզիայից, բյուրեղում իոնների իմպլանտացիայի արդյունքում ձևավորված ալիքի ձևն ավելի լավն է, քան բյուրեղում դիֆուզիայի արդյունքում ձևավորված ալիքը:
(5) Իոնների իմպլանտացիան սովորաբար օգտագործում է միայն ֆոտոռեզիստը որպես դիմակի նյութ, սակայն դիֆուզիոն դոպինգը պահանջում է որոշակի հաստությամբ թաղանթի աճ կամ նստեցում՝ որպես դիմակ:
(6) Իոնների իմպլանտացիան հիմնականում փոխարինել է դիֆուզիոն և դարձել է հիմնական դոպինգ գործընթացն այսօր ինտեգրալ սխեմաների արտադրության մեջ:
Երբ որոշակի էներգիայով ներթափանցող իոնային ճառագայթը ռմբակոծում է պինդ թիրախը (սովորաբար վաֆլի), թիրախի մակերեսի իոնները և ատոմները կենթարկվեն մի շարք փոխազդեցությունների և որոշակի ձևով էներգիա կփոխանցեն թիրախային ատոմներին՝ գրգռելու կամ իոնացնելու համար: նրանց. Իոնները կարող են նաև կորցնել որոշակի քանակությամբ էներգիա իմպուլսի փոխանցման միջոցով և վերջապես ցրվել թիրախային ատոմների կողմից կամ կանգ առնել թիրախային նյութում։ Եթե ներարկվող իոններն ավելի ծանր են, ապա իոնների մեծ մասը կներարկվի պինդ թիրախ: Ընդհակառակը, եթե ներարկվող իոններն ավելի թեթև են, ներարկված իոններից շատերը կցատկեն թիրախային մակերեսից: Հիմնականում այս բարձր էներգիայի իոնները, որոնք ներարկվում են թիրախ, տարբեր աստիճաններով կբախվեն պինդ թիրախի ցանցի ատոմների և էլեկտրոնների հետ: Դրանցից իոնների և պինդ թիրախային ատոմների բախումը կարելի է համարել առաձգական բախում, քանի որ դրանք մոտ են զանգվածով:
2.2 Իոնների իմպլանտացիայի հիմնական պարամետրերը
Իոնների իմպլանտացիան ճկուն գործընթաց է, որը պետք է համապատասխանի չիպերի նախագծման և արտադրության խիստ պահանջներին: Իոնների իմպլանտացիայի կարևոր պարամետրերն են՝ չափաբաժինը, միջակայքը:
Դոզան (D) վերաբերում է իոնների քանակին, որոնք ներարկվում են սիլիցիումի վաֆլի մակերեսի մեկ միավորի մակերեսով, ատոմներով մեկ քառակուսի սանտիմետրում (կամ իոնների մեկ քառակուսի սանտիմետրում): D-ն կարելի է հաշվարկել հետևյալ բանաձևով.
Որտեղ D-ը իմպլանտացիայի չափաբաժինն է (իոնների թիվը/միավոր մակերեսը); t-ը իմպլանտացիայի ժամանակն է; Ես ճառագայթի հոսանքն եմ; q-ը իոնի կողմից կրվող լիցքն է (մեկ լիցքը 1,6×1019C[1] է); իսկ S-ը իմպլանտացիայի տարածքն է:
Հիմնական պատճառներից մեկը, թե ինչու իոնային իմպլանտացիան դարձել է սիլիկոնային վաֆլի արտադրության կարևոր տեխնոլոգիա, այն է, որ այն կարող է բազմիցս ներդնել կեղտերի նույն չափաբաժինը սիլիկոնային վաֆլիների մեջ: Իմպլանտատորն այս նպատակին հասնում է իոնների դրական լիցքի օգնությամբ։ Երբ դրական կեղտոտ իոնները կազմում են իոնային ճառագայթ, դրա հոսքի արագությունը կոչվում է իոնային ճառագայթի հոսանք, որը չափվում է մԱ-ով: Միջին և ցածր հոսանքների միջակայքը 0,1-ից 10 մԱ է, իսկ բարձր հոսանքների միջակայքը՝ 10-ից 25 մԱ:
Իոնային ճառագայթի հոսանքի մեծությունը դոզան որոշելու հիմնական փոփոխականն է: Եթե հոսանքն ավելանում է, ապա ավելանում է նաև մեկ միավոր ժամանակում իմպլանտացված անմաքրության ատոմների թիվը: Բարձր հոսանքը նպաստում է սիլիցիումի վաֆլի բերքատվության ավելացմանը (ավելի շատ իոններ ներարկել մեկ միավորի արտադրության ժամանակ), բայց դա նաև առաջացնում է միատեսակության խնդիրներ:
3. իոնային իմպլանտացիայի սարքավորում
3.1 Հիմնական կառուցվածքը
Իոնների իմպլանտացիայի սարքավորումները ներառում են 7 հիմնական մոդուլներ:
① իոնային աղբյուր և կլանիչ;
② զանգվածային անալիզատոր (այսինքն՝ անալիտիկ մագնիս);
③ արագացուցիչ խողովակ;
④ սկան սկավառակ;
⑤ էլեկտրաստատիկ չեզոքացման համակարգ;
⑥ գործընթացի խցիկ;
⑦ դոզայի վերահսկման համակարգ:
All մոդուլները գտնվում են վակուումային միջավայրում, որը ստեղծվել է վակուումային համակարգի կողմից: Իոնային իմպլանտատորի հիմնական կառուցվածքային դիագրամը ներկայացված է ստորև բերված նկարում:
(1)Իոնային աղբյուր:
Սովորաբար նույն վակուումային խցիկում, որտեղ ներծծող էլեկտրոդը: Ներարկման սպասող կեղտերը պետք է գոյություն ունենան իոնային վիճակում, որպեսզի վերահսկվեն և արագացվեն էլեկտրական դաշտի կողմից: Առավել հաճախ օգտագործվող B+, P+, As+ և այլն ստացվում են իոնացնող ատոմների կամ մոլեկուլների միջոցով։
Օգտագործված աղտոտման աղբյուրներն են՝ BF3, PH3 և AsH3 և այլն, և դրանց կառուցվածքը ներկայացված է ստորև նկարում: Թելից արձակված էլեկտրոնները բախվում են գազի ատոմներին՝ առաջացնելով իոններ։ Էլեկտրոնները սովորաբար առաջանում են տաք վոլֆրամի թելիկի աղբյուրից: Օրինակ, Բերներսի իոնային աղբյուրը, կաթոդի թելիկը տեղադրվում է գազի մուտքով աղեղային խցիկում: Աղեղի խցիկի ներքին պատը անոդն է:
Երբ գազի աղբյուրը ներմուծվում է, մեծ հոսանք է անցնում թելքի միջով, և դրական և բացասական էլեկտրոդների միջև կիրառվում է 100 Վ լարում, որը կառաջացնի բարձր էներգիայի էլեկտրոններ թելի շուրջ: Դրական իոնները առաջանում են այն բանից հետո, երբ բարձր էներգիայի էլեկտրոնները բախվում են աղբյուրի գազի մոլեկուլներին:
Արտաքին մագնիսը կիրառում է թելքին զուգահեռ մագնիսական դաշտ՝ իոնացումը մեծացնելու և պլազմայի կայունացման համար: Աղեղի խցիկում, թելիկին հարաբերական մյուս ծայրում, կա բացասական լիցքավորված ռեֆլեկտոր, որն արտացոլում է էլեկտրոնները ետ՝ բարելավելու էլեկտրոնների առաջացումը և արդյունավետությունը:
(2)Կլանում:
Այն օգտագործվում է իոնային աղբյուրի աղեղային պալատում առաջացած դրական իոնները հավաքելու և դրանք իոնային փնջի ձևավորման համար։ Քանի որ աղեղային խցիկը անոդն է, իսկ կաթոդը բացասաբար է ճնշվում ներծծող էլեկտրոդի վրա, առաջացած էլեկտրական դաշտը վերահսկում է դրական իոնները՝ ստիպելով նրանց շարժվել դեպի ներծծող էլեկտրոդ և դուրս քաշվել իոնային ճեղքից, ինչպես ցույց է տրված ստորև նկարում։ . Որքան մեծ է էլեկտրական դաշտի ուժգնությունը, այնքան մեծ է կինետիկ էներգիան, որ իոնները ստանում են արագացումից հետո։ Ներծծող էլեկտրոդի վրա կա նաև ճնշող լարում՝ պլազմայում էլեկտրոնների միջամտությունը կանխելու համար: Միևնույն ժամանակ, ճնշող էլեկտրոդը կարող է իոններ ձևավորել իոնային ճառագայթի մեջ և կենտրոնացնել դրանք զուգահեռ իոնային ճառագայթի հոսքի մեջ, որպեսզի այն անցնի իմպլանտատորի միջով:
(3)Զանգվածային անալիզատոր:
Կարող են լինել բազմաթիվ տեսակի իոններ, որոնք առաջանում են իոնային աղբյուրից: Անոդի լարման արագացման տակ իոնները շարժվում են մեծ արագությամբ։ Տարբեր իոններ ունեն տարբեր ատոմային զանգվածի միավորներ և տարբեր զանգված-լիցք հարաբերակցություն:
(4)Արագացուցիչ խողովակ:
Ավելի մեծ արագություն ստանալու համար ավելի մեծ էներգիա է պահանջվում։ Բացի անոդի և զանգվածի անալիզատորի կողմից տրամադրվող էլեկտրական դաշտից, արագացման համար անհրաժեշտ է նաև էլեկտրական դաշտ, որը տրամադրվում է արագացուցիչի խողովակում: Արագացուցիչի խողովակը բաղկացած է մի շարք էլեկտրոդներից, որոնք մեկուսացված են դիէլեկտրիկով, և էլեկտրոդների վրա բացասական լարումը հաջորդաբար աճում է սերիայի միացման միջոցով: Որքան մեծ է ընդհանուր լարումը, այնքան մեծ է իոնների ստացած արագությունը, այսինքն՝ այնքան մեծ է փոխադրվող էներգիան։ Բարձր էներգիան կարող է թույլ տալ, որ կեղտոտ իոնները խորը ներարկվեն սիլիցիումի վաֆլի մեջ՝ ձևավորելու խորը հանգույց, մինչդեռ ցածր էներգիան կարող է օգտագործվել մակերեսային հանգույց ստեղծելու համար:
(5)Սկան սկավառակ
Կենտրոնացված իոնային ճառագայթը սովորաբար շատ փոքր է տրամագծով: Միջին ճառագայթային հոսանքի իմպլանտատորի ճառագայթային բծի տրամագիծը մոտ 1 սմ է, իսկ մեծ ճառագայթային հոսանքի իմպլանտատորինը մոտ 3 սմ է: Ամբողջ սիլիկոնային վաֆլը պետք է ծածկված լինի սկանավորմամբ: Դոզայի իմպլանտացիայի կրկնելիությունը որոշվում է սկանավորման միջոցով: Սովորաբար, կան չորս տեսակի իմպլանտների սկանավորման համակարգեր.
① էլեկտրաստատիկ սկանավորում;
② մեխանիկական սկանավորում;
③ հիբրիդային սկանավորում;
④ զուգահեռ սկանավորում:
(6)Ստատիկ էլեկտրաէներգիայի չեզոքացման համակարգ:
Իմպլանտացիայի գործընթացում իոնային ճառագայթը հարվածում է սիլիկոնային վաֆլիին և առաջացնում լիցքի կուտակում դիմակի մակերեսի վրա: Ստացված լիցքի կուտակումը փոխում է լիցքի հավասարակշռությունը իոնային ճառագայթում՝ դարձնելով ճառագայթի բծը ավելի մեծ, իսկ դոզայի բաշխումը անհավասար: Այն կարող է նույնիսկ ճեղքել մակերեսային օքսիդի շերտը և առաջացնել սարքի խափանում: Այժմ սիլիկոնային վաֆլի և իոնային ճառագայթը սովորաբար տեղադրվում են կայուն բարձր խտության պլազմային միջավայրում, որը կոչվում է պլազմային էլեկտրոնային ցնցուղ համակարգ, որը կարող է վերահսկել սիլիցիումի վաֆլի լիցքավորումը: Այս մեթոդը էլեկտրոններ է հանում պլազմայից (սովորաբար արգոն կամ քսենոն) աղեղային խցիկում, որը գտնվում է իոնային ճառագայթի ուղու վրա և սիլիկոնային վաֆլի մոտ: Պլազման զտվում է, և միայն երկրորդական էլեկտրոնները կարող են հասնել սիլիցիումի վաֆլի մակերես՝ չեզոքացնելու դրական լիցքը:
(7)Գործընթացի խոռոչ:
Սիլիկոնային վաֆլի մեջ իոնային ճառագայթների ներարկումը տեղի է ունենում պրոցեսի խցիկում: Գործընթացի խցիկը իմպլանտատորի կարևոր մասն է, ներառյալ սկանավորման համակարգը, վակուումային կողպեքով տերմինալը սիլիկոնային վաֆլիների բեռնման և բեռնաթափման համար, սիլիկոնային վաֆլի փոխանցման համակարգ և համակարգչային կառավարման համակարգ: Բացի այդ, կան որոշ սարքեր՝ չափաբաժինների մոնիտորինգի և կապուղու ազդեցությունները վերահսկելու համար: Եթե կիրառվի մեխանիկական սկանավորում, տերմինալային կայանը համեմատաբար մեծ կլինի: Գործընթացի խցիկի վակուումը մղվում է մինչև գործընթացի համար պահանջվող ներքևի ճնշումը բազմաստիճան մեխանիկական պոմպի, տուրբոմոլեկուլային պոմպի և խտացման պոմպի միջոցով, որն ընդհանուր առմամբ կազմում է մոտ 1×10-6Torr կամ ավելի քիչ:
(8)Դոզայի վերահսկման համակարգ:
Իրական ժամանակում դոզաների մոնիտորինգը իոնային իմպլանտատորում իրականացվում է սիլիկոնային վաֆլի հասնող իոնային ճառագայթի չափման միջոցով: Իոնային ճառագայթի հոսանքը չափվում է սենսորի միջոցով, որը կոչվում է Ֆարադեյի գավաթ: Պարզ Faraday համակարգում իոնային ճառագայթի ուղու վրա կա հոսանքի սենսոր, որը չափում է հոսանքը: Այնուամենայնիվ, սա խնդիր է ներկայացնում, քանի որ իոնային ճառագայթը արձագանքում է սենսորին և արտադրում է երկրորդական էլեկտրոններ, որոնք կհանգեցնեն ընթացիկ սխալ ընթերցումների: Faraday համակարգը կարող է ճնշել երկրորդական էլեկտրոնները՝ օգտագործելով էլեկտրական կամ մագնիսական դաշտեր՝ ճառագայթի իրական հոսանքի ցուցում ստանալու համար: Faraday համակարգով չափվող հոսանքը սնվում է էլեկտրոնային դոզայի կարգավորիչի մեջ, որը գործում է որպես հոսանքի կուտակիչ (որը շարունակաբար կուտակում է չափված ճառագայթի հոսանքը): Կարգավորիչը օգտագործվում է ընդհանուր հոսանքը համապատասխան իմպլանտացիայի ժամանակի հետ կապելու և որոշակի չափաբաժնի համար պահանջվող ժամանակը հաշվարկելու համար:
3.2 Վնասի վերականգնում
Իոնների իմպլանտացիան կթակի ատոմները ցանցի կառուցվածքից և կվնասի սիլիկոնային վաֆլի ցանցը: Եթե իմպլանտացված չափաբաժինը մեծ է, ապա իմպլանտացված շերտը կդառնա ամորֆ: Բացի այդ, իմպլանտացված իոնները հիմնականում չեն զբաղեցնում սիլիցիումի վանդակավոր կետերը, այլ մնում են վանդակավոր բաց դիրքերում: Այս ինտերստիցիալ կեղտերը կարող են ակտիվանալ միայն բարձր ջերմաստիճանի եռացման գործընթացից հետո:
Կառուցումը կարող է տաքացնել իմպլանտացված սիլիկոնային վաֆլի՝ ցանցի թերությունները վերականգնելու համար; այն կարող է նաև անմաքրության ատոմները տեղափոխել ցանցի կետեր և ակտիվացնել դրանք: Ցանցային թերությունները վերականգնելու համար պահանջվող ջերմաստիճանը մոտ 500°C է, իսկ կեղտի ատոմների ակտիվացման համար անհրաժեշտ ջերմաստիճանը մոտ 950°C է: Կեղտերի ակտիվացումը կապված է ժամանակի և ջերմաստիճանի հետ. որքան երկար է ժամանակը և որքան բարձր է ջերմաստիճանը, այնքան ավելի լիարժեք են ակտիվանում կեղտերը: Սիլիկոնային վաֆլիները կռելու երկու հիմնական մեթոդ կա.
① բարձր ջերմաստիճան վառարանների կռում;
② արագ ջերմային կռում (RTA):
Բարձր ջերմաստիճանի վառարանով հալեցումը. Բարձր ջերմաստիճանի վառարանով հալումը ավանդական եռացման մեթոդ է, որն օգտագործում է բարձր ջերմաստիճանի վառարան՝ սիլիկոնային վաֆլի տաքացման համար մինչև 800-1000℃ և պահելու այն 30 րոպե: Այս ջերմաստիճանում սիլիցիումի ատոմները վերադառնում են ցանցի դիրքին, և կեղտոտ ատոմները նույնպես կարող են փոխարինել սիլիցիումի ատոմներին և մտնել ցանց։ Այնուամենայնիվ, ջերմային բուժումը նման ջերմաստիճանում և ժամանակում կհանգեցնի կեղտերի տարածմանը, ինչը մի բան է, որը ժամանակակից IC արտադրական արդյունաբերությունը չի ցանկանում տեսնել:
Արագ ջերմային կռում. Արագ ջերմային հալում (RTA) վերաբերվում է սիլիկոնային վաֆլիներին ջերմաստիճանի չափազանց արագ բարձրացմամբ և նպատակային ջերմաստիճանում կարճ տևողությամբ (սովորաբար 1000°C): Իմպլանտացված սիլիցիումային վաֆլիների կռումը սովորաբար կատարվում է արագ ջերմային պրոցեսորում Ar կամ N2-ով: Ջերմաստիճանի արագ բարձրացման գործընթացը և կարճ տեւողությունը կարող են օպտիմալացնել վանդակաճաղերի թերությունների վերականգնումը, կեղտերի ակտիվացումը և կեղտի տարածման արգելակումը: RTA-ն կարող է նաև նվազեցնել անցողիկ ուժեղացված դիֆուզիոն և լավագույն միջոցն է՝ վերահսկելու ծանծաղ միացման իմպլանտների միացման խորությունը:
—————————————————————————————————————————————————————————————————— —————————————
Semicera-ն կարող է ապահովելգրաֆիտի մասեր, փափուկ/կոշտ զգացողություն, սիլիցիումի կարբիդի մասեր, CVD սիլիցիումի կարբիդի մասեր, ևSiC/TaC պատված մասերհետ 30 օրվա ընթացքում:
Եթե դուք հետաքրքրված եք վերը նշված կիսահաղորդչային արտադրանքներով,խնդրում ենք մի հապաղեք կապվել մեզ հետ առաջին անգամ:
Հեռ՝ +86-13373889683
WhatsAPP՝ +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Հրապարակման ժամանակը՝ օգոստոսի 31-2024