1. Hyrje
Implantimi i joneve është një nga proceset kryesore në prodhimin e qarkut të integruar. Ai i referohet procesit të përshpejtimit të një rreze jonike në një energji të caktuar (përgjithësisht në intervalin nga keV në MeV) dhe më pas injektimit të saj në sipërfaqen e një materiali të ngurtë për të ndryshuar vetitë fizike të sipërfaqes së materialit. Në procesin e qarkut të integruar, materiali i ngurtë është zakonisht silikoni, dhe jonet e papastërtive të implantuara janë zakonisht jonet e borit, jonet e fosforit, jonet e arsenikut, jonet e indiumit, jonet e germaniumit, etj. Jonet e implantuara mund të ndryshojnë përçueshmërinë e sipërfaqes së trupit të ngurtë. material ose formojnë një kryqëzim PN. Kur madhësia e veçorive të qarqeve të integruara u reduktua në epokën nën mikron, procesi i implantimit të joneve u përdor gjerësisht.
Në procesin e prodhimit të qarkut të integruar, implantimi i joneve zakonisht përdoret për shtresat e groposura thellë, puse të kundërta të dopuara, rregullimin e tensionit të pragut, implantimin e zgjerimit të burimit dhe kullimit, implantimin e burimit dhe kullimit, dopingun e portës polisilikoni, formimin e kryqëzimeve PN dhe rezistorëve/kapacitoreve etj. Në procesin e përgatitjes së materialeve të substratit të silikonit në izolatorë, shtresa e oksidit të varrosur formohet kryesisht nga implantimi i joneve të oksigjenit me përqendrim të lartë, ose prerja inteligjente arrihet me implantimin e joneve të hidrogjenit me përqendrim të lartë.
Implantimi i joneve kryhet nga një implantues jonesh dhe parametrat më të rëndësishëm të procesit të tij janë doza dhe energjia: doza përcakton përqendrimin përfundimtar dhe energjia përcakton diapazonin (dmth thellësinë) e joneve. Sipas kërkesave të ndryshme të projektimit të pajisjes, kushtet e implantimit ndahen në dozë të lartë me energji të lartë, me dozë të mesme me energji të mesme, me dozë të mesme me energji të ulët ose me dozë të lartë me energji të ulët. Për të marrë efektin ideal të implantimit, implantues të ndryshëm duhet të pajisen për kërkesa të ndryshme të procesit.
Pas implantimit të joneve, në përgjithësi është e nevojshme t'i nënshtrohet një procesi pjekjeje në temperaturë të lartë për të riparuar dëmtimin e rrjetës së shkaktuar nga implantimi i joneve dhe për të aktivizuar jonet e papastërtive. Në proceset tradicionale të qarkut të integruar, megjithëse temperatura e pjekjes ka një ndikim të madh në doping, vetë temperatura e procesit të implantimit të joneve nuk është e rëndësishme. Në nyjet teknologjike nën 14 nm, disa procese të implantimit të joneve duhet të kryhen në mjedise me temperaturë të ulët ose të lartë për të ndryshuar efektet e dëmtimit të rrjetës, etj.
2. procesi i implantimit të joneve
2.1 Parimet themelore
Implantimi i joneve është një proces dopingu i zhvilluar në vitet 1960 që është superior ndaj teknikave tradicionale të difuzionit në shumicën e aspekteve.
Dallimet kryesore midis dopingut të implantimit të joneve dhe dopingut tradicional të difuzionit janë si më poshtë:
(1) Shpërndarja e përqendrimit të papastërtive në rajonin e dopuar është e ndryshme. Përqendrimi maksimal i papastërtisë së implantimit të joneve ndodhet brenda kristalit, ndërsa përqendrimi maksimal i papastërtisë së difuzionit ndodhet në sipërfaqen e kristalit.
(2) Implantimi i joneve është një proces që kryhet në temperaturë dhome apo edhe në temperaturë të ulët, dhe koha e prodhimit është e shkurtër. Dopingu me difuzion kërkon një trajtim më të gjatë në temperaturë të lartë.
(3) Implantimi i joneve lejon një përzgjedhje më fleksibël dhe më të saktë të elementeve të implantuar.
(4) Meqenëse papastërtitë ndikohen nga difuzioni termik, forma valore e formuar nga implantimi i joneve në kristal është më i mirë se forma valore e formuar nga difuzioni në kristal.
(5) Implantimi i joneve zakonisht përdor vetëm fotorezistent si material maskë, por dopingu me difuzion kërkon rritjen ose depozitimin e një filmi me një trashësi të caktuar si maskë.
(6) Implantimi i joneve në thelb ka zëvendësuar difuzionin dhe është bërë procesi kryesor i dopingut në prodhimin e qarqeve të integruara sot.
Kur një rreze jonike e rënë me një energji të caktuar bombardon një objektiv të fortë (zakonisht një vafer), jonet dhe atomet në sipërfaqen e synuar do t'i nënshtrohen një sërë ndërveprimesh dhe do të transferojnë energji tek atomet e synuar në një mënyrë të caktuar për të ngacmuar ose jonizuar. ato. Jonet gjithashtu mund të humbasin një sasi të caktuar energjie përmes transferimit të momentit dhe në fund të shpërndahen nga atomet e synuara ose të ndalen në materialin e synuar. Nëse jonet e injektuara janë më të rënda, shumica e joneve do të injektohen në objektivin e ngurtë. Përkundrazi, nëse jonet e injektuara janë më të lehta, shumë nga jonet e injektuara do të kërcejnë nga sipërfaqja e synuar. Në thelb, këto jone me energji të lartë të injektuar në objektiv do të përplasen me atomet e rrjetës dhe elektronet në objektivin e ngurtë në shkallë të ndryshme. Midis tyre, përplasja midis joneve dhe atomeve objektive të ngurta mund të konsiderohet si një përplasje elastike, sepse ato janë afër në masë.
2.2 Parametrat kryesorë të implantimit të joneve
Implantimi i joneve është një proces fleksibël që duhet të plotësojë kërkesat strikte të projektimit dhe prodhimit të çipit. Parametrat e rëndësishëm të implantimit të joneve janë: doza, diapazoni.
Doza (D) i referohet numrit të joneve të injektuara për njësi sipërfaqe të sipërfaqes së vaferës së silikonit, në atome për centimetër katror (ose jone për centimetër katror). D mund të llogaritet me formulën e mëposhtme:
Ku D është doza e implantimit (numri i joneve/njësia e sipërfaqes); t është koha e implantimit; I është rryma e rrezes; q është ngarkesa e bartur nga joni (një ngarkesë e vetme është 1,6×1019C[1]); dhe S është zona e implantimit.
Një nga arsyet kryesore pse implantimi i joneve është bërë një teknologji e rëndësishme në prodhimin e vaferës së silikonit është se ai mund të implantojë në mënyrë të përsëritur të njëjtën dozë papastërtish në vaferë silikoni. Implantuesi e arrin këtë qëllim me ndihmën e ngarkesës pozitive të joneve. Kur jonet e papastërtive pozitive formojnë një rreze jonike, shpejtësia e rrjedhës së saj quhet rryma e rrezes jonike, e cila matet në mA. Gama e rrymave të mesme dhe të ulëta është 0,1 deri në 10 mA, dhe diapazoni i rrymave të larta është 10 deri në 25 mA.
Madhësia e rrymës së rrezes jonike është një variabël kyç në përcaktimin e dozës. Nëse rritet rryma, rritet edhe numri i atomeve të papastërtive të implantuara për njësi të kohës. Rryma e lartë është e favorshme për rritjen e rendimentit të vaferës së silikonit (duke injektuar më shumë jone për njësi të kohës së prodhimit), por gjithashtu shkakton probleme uniformiteti.
3. pajisje për implantimin e joneve
3.1 Struktura bazë
Pajisjet e implantimit të joneve përfshijnë 7 module bazë:
① burim jon dhe absorbues;
② analizues masiv (p.sh. magnet analitik);
③ tub përshpejtues;
④ disk skanimi;
⑤ sistemi i neutralizimit elektrostatik;
⑥ dhoma e procesit;
⑦ sistemi i kontrollit të dozës.
ATë gjitha modulet janë në një mjedis vakum të krijuar nga sistemi i vakumit. Diagrami bazë strukturor i implantuesit jonik është paraqitur në figurën më poshtë.
(1)Burimi i joneve:
Zakonisht në të njëjtën dhomë vakum si elektroda thithëse. Papastërtitë që presin të injektohen duhet të ekzistojnë në një gjendje jonike në mënyrë që të kontrollohen dhe të përshpejtohen nga fusha elektrike. Më të përdorurat B+, P+, As+ etj fitohen nga atomet ose molekulat jonizuese.
Burimet e papastërtive të përdorura janë BF3, PH3 dhe AsH3, etj., dhe strukturat e tyre janë paraqitur në figurën më poshtë. Elektronet e lëshuara nga filamenti përplasen me atomet e gazit për të prodhuar jone. Elektronet zakonisht gjenerohen nga një burim i nxehtë filamenti tungsteni. Për shembull, burimi i joneve Berners, filamenti i katodës është instaluar në një dhomë harku me një hyrje gazi. Muri i brendshëm i dhomës së harkut është anoda.
Kur futet burimi i gazit, një rrymë e madhe kalon nëpër filament dhe një tension prej 100 V aplikohet midis elektrodave pozitive dhe negative, të cilat do të gjenerojnë elektrone me energji të lartë rreth filamentit. Jonet pozitive krijohen pasi elektronet me energji të lartë përplasen me molekulat e gazit burimor.
Magneti i jashtëm aplikon një fushë magnetike paralele me filamentin për të rritur jonizimin dhe për të stabilizuar plazmën. Në dhomën e harkut, në skajin tjetër në lidhje me filamentin, ekziston një reflektor i ngarkuar negativisht që reflekton elektronet prapa për të përmirësuar gjenerimin dhe efikasitetin e elektroneve.
(2)Absorbimi:
Përdoret për të mbledhur jone pozitive të krijuara në dhomën e harkut të burimit jonik dhe për t'i formuar ato në një rreze jonike. Meqenëse dhoma e harkut është anoda dhe katoda është nën presion negativ në elektrodën e thithjes, fusha elektrike e krijuar kontrollon jonet pozitive, duke i bërë ata të lëvizin drejt elektrodës thithëse dhe të tërhiqen nga çarja e joneve, siç tregohet në figurën më poshtë. . Sa më e madhe të jetë forca e fushës elektrike, aq më e madhe është energjia kinetike që fitojnë jonet pas nxitimit. Ekziston gjithashtu një tension shtypës në elektrodën e thithjes për të parandaluar ndërhyrjen nga elektronet në plazmë. Në të njëjtën kohë, elektroda e shtypjes mund të formojë jone në një rreze jonike dhe t'i përqendrojë ato në një rrjedhë paralele të rrezeve joni në mënyrë që të kalojë përmes implantit.
(3)Analizues i masës:
Mund të ketë shumë lloje jonesh të krijuara nga burimi i joneve. Nën përshpejtimin e tensionit të anodës, jonet lëvizin me shpejtësi të madhe. Jone të ndryshëm kanë njësi të ndryshme të masës atomike dhe raporte të ndryshme të masës ndaj ngarkesës.
(4)Tub përshpejtues:
Për të marrë shpejtësi më të madhe, nevojitet energji më e lartë. Përveç fushës elektrike të ofruar nga analizuesi i anodës dhe masës, për nxitim kërkohet edhe një fushë elektrike e siguruar në tubin e përshpejtuesit. Tubi i përshpejtuesit përbëhet nga një seri elektrodash të izoluara nga një dielektrik, dhe tensioni negativ në elektroda rritet në sekuencë përmes lidhjes serike. Sa më i lartë të jetë voltazhi total, aq më e madhe është shpejtësia e marrë nga jonet, domethënë aq më e madhe është energjia e bartur. Energjia e lartë mund të lejojë që jonet e papastërtive të injektohen thellë në vaferën e silikonit për të formuar një kryqëzim të thellë, ndërsa energjia e ulët mund të përdoret për të bërë një kryqëzim të cekët.
(5)Skanimi i diskut
Rrezja e fokusuar e joneve është zakonisht shumë e vogël në diametër. Diametri i pikës së rrezes së një implantuesi të rrymës me rreze të mesme është rreth 1 cm dhe ai i një implantuesi të rrymës së madhe të rrezes është rreth 3 cm. E gjithë vafera e silikonit duhet të mbulohet me skanim. Përsëritshmëria e implantimit të dozës përcaktohet me skanim. Zakonisht, ekzistojnë katër lloje të sistemeve të skanimit të implantuesve:
① skanim elektrostatik;
② skanim mekanik;
③ skanim hibrid;
④ skanim paralel.
(6)Sistemi i neutralizimit të energjisë elektrike statike:
Gjatë procesit të implantimit, tufa jonike godet vaferën e silikonit dhe shkakton akumulimin e ngarkesës në sipërfaqen e maskës. Akumulimi i ngarkesës që rezulton ndryshon balancën e ngarkesës në rrezen e joneve, duke e bërë pikën e rrezes më të madhe dhe shpërndarjen e dozës të pabarabartë. Ai madje mund të depërtojë në shtresën e oksidit sipërfaqësor dhe të shkaktojë dështim të pajisjes. Tani, vafera e silikonit dhe tufa jonike zakonisht vendosen në një mjedis të qëndrueshëm të plazmës me densitet të lartë të quajtur një sistem dushi elektronik plazmatik, i cili mund të kontrollojë ngarkimin e vaferës së silikonit. Kjo metodë nxjerr elektrone nga plazma (zakonisht argon ose ksenon) në një dhomë harku të vendosur në rrugën e rrezes jonike dhe pranë vaferës së silikonit. Plazma filtrohet dhe vetëm elektronet dytësore mund të arrijnë në sipërfaqen e vaferës së silikonit për të neutralizuar ngarkesën pozitive.
(7)Zgavra e procesit:
Injektimi i rrezeve jonike në vaferë silikoni ndodh në dhomën e procesit. Dhoma e procesit është një pjesë e rëndësishme e implantuesit, duke përfshirë një sistem skanimi, një stacion terminali me një bllokues vakum për ngarkimin dhe shkarkimin e vaferave të silikonit, një sistem transferimi të vaferës silikoni dhe një sistem kontrolli kompjuterik. Përveç kësaj, ka disa pajisje për monitorimin e dozave dhe kontrollin e efekteve të kanalit. Nëse përdoret skanimi mekanik, stacioni i terminalit do të jetë relativisht i madh. Vakuumi i dhomës së procesit pompohet në presionin e poshtëm të kërkuar nga procesi nga një pompë mekanike me shumë faza, një pompë turbomolekulare dhe një pompë kondensimi, e cila në përgjithësi është rreth 1×10-6Torr ose më pak.
(8)Sistemi i kontrollit të dozës:
Monitorimi i dozës në kohë reale në një implantues jonik realizohet duke matur rrezen e joneve që arrin në vaferën e silikonit. Rryma e rrezes jonike matet duke përdorur një sensor të quajtur filxhan Faraday. Në një sistem të thjeshtë Faraday, ekziston një sensor i rrymës në rrugën e rrezes jonike që mat rrymën. Megjithatë, kjo paraqet një problem, pasi rrezja jonike reagon me sensorin dhe prodhon elektrone dytësore që do të rezultojnë në lexime të gabuara të rrymës. Një sistem Faraday mund të shtypë elektronet dytësore duke përdorur fusha elektrike ose magnetike për të marrë një lexim të vërtetë të rrymës së rrezes. Rryma e matur nga sistemi Faraday futet në një kontrollues elektronik të dozës, i cili vepron si një akumulues i rrymës (i cili akumulon vazhdimisht rrymën e matur të rrezes). Kontrolluesi përdoret për të lidhur rrymën totale me kohën përkatëse të implantimit dhe për të llogaritur kohën e nevojshme për një dozë të caktuar.
3.2 Riparimi i dëmit
Implantimi i joneve do të rrëzojë atomet nga struktura e grilës dhe do të dëmtojë rrjetën e meshës së silikonit. Nëse doza e implantuar është e madhe, shtresa e implantuar do të bëhet amorfe. Përveç kësaj, jonet e implantuara në thelb nuk zënë pikat e rrjetës së silikonit, por qëndrojnë në pozicionet e hendekut të rrjetës. Këto papastërti intersticiale mund të aktivizohen vetëm pas një procesi pjekjeje në temperaturë të lartë.
Pjekja mund të ngrohë vaferën e silikonit të implantuar për të riparuar defektet e rrjetës; ai gjithashtu mund të lëvizë atomet e papastërtisë në pikat e rrjetës dhe t'i aktivizojë ato. Temperatura e nevojshme për të riparuar defektet e rrjetës është rreth 500°C dhe temperatura e nevojshme për të aktivizuar atomet e papastërtive është rreth 950°C. Aktivizimi i papastërtive lidhet me kohën dhe temperaturën: sa më e gjatë të jetë koha dhe sa më e lartë të jetë temperatura, aq më plotësisht aktivizohen papastërtitë. Ekzistojnë dy metoda themelore për pjekjen e vaferave të silikonit:
① pjekja e furrës me temperaturë të lartë;
② Pjekja e shpejtë termike (RTA).
Pjekja e furrës me temperaturë të lartë: Pjekja e furrës me temperaturë të lartë është një metodë tradicionale e pjekjes, e cila përdor një furrë me temperaturë të lartë për të ngrohur vaferën e silikonit në 800-1000℃ dhe për ta mbajtur atë për 30 minuta. Në këtë temperaturë, atomet e silikonit kthehen në pozicionin e rrjetës, dhe atomet e papastërtive gjithashtu mund të zëvendësojnë atomet e silikonit dhe të hyjnë në rrjetë. Sidoqoftë, trajtimi termik në një temperaturë dhe kohë të tillë do të çojë në përhapjen e papastërtive, gjë që industria moderne e prodhimit të IC nuk dëshiron ta shohë.
Pjekja e shpejtë termike: Pjekja e shpejtë termike (RTA) trajton vaferat e silikonit me rritje jashtëzakonisht të shpejtë të temperaturës dhe kohëzgjatje të shkurtër në temperaturën e synuar (zakonisht 1000°C). Pjekja e vaferave të silikonit të implantuar zakonisht kryhet në një procesor termik të shpejtë me Ar ose N2. Procesi i shpejtë i rritjes së temperaturës dhe kohëzgjatja e shkurtër mund të optimizojnë riparimin e defekteve të rrjetës, aktivizimin e papastërtive dhe frenimin e difuzionit të papastërtive. RTA gjithashtu mund të zvogëlojë difuzionin e zgjeruar kalimtar dhe është mënyra më e mirë për të kontrolluar thellësinë e kryqëzimit në implantet e kryqëzimit të cekët.
—————————————————————————————————————————————— ———————————-
Semicera mund të sigurojëpjesë grafiti, ndjesi e butë/e ngurtë, pjesë të karbitit të silikonit, Pjesë karabit silikoni CVD, dhePjesë të veshura me SiC/TaCme në 30 ditë.
Nëse jeni të interesuar për produktet gjysmëpërçuese të mësipërme,ju lutemi mos hezitoni të na kontaktoni herën e parë.
Tel: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Koha e postimit: 31 gusht 2024