1. Ynlieding
Ion-ymplantaasje is ien fan 'e wichtichste prosessen yn' e produksje fan yntegreare circuits. It ferwiist nei it proses fan it fersnellen fan in ionbeam nei in bepaalde enerzjy (algemien yn it berik fan keV oant MeV) en it dan yn it oerflak fan in fêst materiaal ynjeksje om de fysike eigenskippen fan it oerflak fan it materiaal te feroarjen. Yn de yntegrearre circuit proses, de fêste materiaal is meastal silisium, en de ymplantearre ûnreinheden ioanen binne meastal borium ioanen, fosfor ioanen, arsenic ioanen, indium ioanen, germanium ioanen, ensfh De ymplantearre ioanen kinne feroarje de conductivity fan it oerflak fan de fêste ioanen materiaal of foarmje in PN-knooppunt. Doe't de funksjegrutte fan yntegreare circuits waard fermindere ta it sub-mikron-tiidrek, waard it ion-ymplantaasjeproses in soad brûkt.
Yn de yntegrearre circuit manufacturing proses, ion implantation wurdt meastal brûkt foar djip begroeven lagen, reverse doped putten, drompel voltage oanpassing, boarne en drain útwreiding implantation, boarne en drain implantation, polysilicon gate doping, foarmjen PN krusingen en wjerstannen / capacitors, etc. Yn it proses fan it tarieden fan silisium substraatmaterialen op isolators wurdt de begroeven oksidelaach benammen foarme troch hege-konsintraasje soerstof ion implantation, of yntelligint cutting wurdt berikt troch hege-konsintraasje wetterstof ion implantation.
Ionen ymplantaasje wurdt útfierd troch in ion implanter, en syn wichtichste proses parameters binne dosis en enerzjy: de doasis bepaalt de definitive konsintraasje, en de enerzjy bepaalt it berik (dat wol sizze, djipte) fan de ioanen. Neffens ferskate easken foar apparaatûntwerp binne de ymplantaasjebetingsten ferdield yn hege-dosis hege enerzjy, medium-dosis medium-enerzjy, medium-dosis leech-enerzjy, of hege-dosis leech-enerzjy. Om it ideale ymplantaasje-effekt te krijen, moatte ferskate implanters wurde útrist foar ferskate proseseasken.
Nei ion-ymplantaasje is it oer it algemien needsaaklik om in annealingproses op hege temperatuer te ûndergean om de roosterskea te reparearjen dy't feroarsake is troch ion-ymplantaasje en ûnreinens-ionen te aktivearjen. Yn tradisjonele yntegrale circuit prosessen, hoewol't de annealing temperatuer hat in grutte ynfloed op doping, de temperatuer fan de ion implantation proses sels is net wichtich. Op technologyknooppunten ûnder 14nm moatte bepaalde ion-ymplantaasjeprosessen wurde útfierd yn omjouwings mei lege of hege temperatueren om de effekten fan roosterskea te feroarjen, ensfh.
2. ion implantation proses
2.1 Basisprinsipes
Ionen-ymplantaasje is in dopingproses ûntwikkele yn 'e jierren '60 dat yn' e measte aspekten superieur is oan tradisjonele diffusietechniken.
De wichtichste ferskillen tusken ion-implantaasje-doping en tradisjonele diffusion-doping binne as folget:
(1) De ferdieling fan ûnreinenskonsintraasje yn 'e dopearre regio is oars. De peak ûnreinenskonsintraasje fan ion-ymplantaasje leit binnen it kristal, wylst de peak-ûnreinigenskonsintraasje fan diffusion op it oerflak fan it kristal leit.
(2) Ion-ymplantaasje is in proses útfierd by keamertemperatuer of sels lege temperatuer, en de produksjetiid is koart. Diffúsdoping fereasket in langere behanneling op hege temperatueren.
(3) Ion-ymplantaasje soarget foar fleksibeler en krekter seleksje fan ymplanteare eleminten.
(4) Sûnt ûnreinheden wurde beynfloede troch termyske diffusion, de golffoarm foarme troch ion ymplantaasje yn it kristal is better as de golffoarm foarme troch diffusion yn it kristal.
(5) Ionimplantaasje brûkt gewoanlik allinich fotoresist as it maskermateriaal, mar diffusiondoping fereasket de groei of ôfsetting fan in film fan in bepaalde dikte as masker.
(6) Ionimplantaasje hat yn prinsipe diffúsje ferfongen en it wichtichste dopingproses wurden yn 'e fabrikaazje fan yntegreare circuits hjoed.
As in ynfallende ionbeam mei in bepaalde enerzjy in fêst doel bombardearret (meastal in wafel), sille de ionen en de atomen op it doelflak in ferskaat oan ynteraksjes ûndergean, en enerzjy oerdrage oan de doelatomen op in bepaalde manier om te stimulearjen of te ionisearjen harren. De ioanen kinne ek in bepaalde hoemannichte enerzjy ferlieze troch momentumferfier, en úteinlik wurde ferspraat troch de doelatomen of stopje yn it doelmateriaal. As de ynjeksjede ioanen swierder binne, sille de measte ioanen yn it fêste doel ynjeksje wurde. Krektoarsom, as de ynjeksjede ioanen lichter binne, sille in protte fan 'e ynjeksjede ioanen fan it doelflak ôfkeare. Yn prinsipe sille dizze hege-enerzjy-ionen dy't yn it doel binne ynjeksje, yn ferskate graden botse mei de roosteratomen en elektroanen yn it fêste doel. Under harren kin de botsing tusken ionen en fêste doelatomen wurde beskôge as in elastyske botsing, om't se ticht yn massa binne.
2.2 Main parameters fan ion ymplantaasje
Ionimplantaasje is in fleksibel proses dat moat foldwaan oan strange chipûntwerp- en produksjeeasken. Wichtige ion-ymplantaasjeparameters binne: dos, berik.
Dosis (D) ferwiist nei it oantal ioanen ynjeksje per ienheid gebiet fan it silisium wafel oerflak, yn atomen per fjouwerkante sintimeter (of ioanen per fjouwerkante sintimeter). D kin berekkene wurde troch de folgjende formule:
Wêr't D de ymplantaasjedosis is (oantal ioanen / ienheidsgebiet); t is de ymplantaasjetiid; I is de beamstream; q is de lading droegen troch it ion (in inkele lading is 1,6 × 1019C[1]); en S is it ymplantaasjegebiet.
Ien fan 'e wichtichste redenen wêrom't ion-ymplantaasje in wichtige technology is wurden yn' e fabrikaazje fan silisiumwafers is dat it deselde doasis ûnreinheden ferskate kearen kin ymplantearje yn silisiumwafels. De implanter berikt dit doel mei help fan de positive lading fan de ioanen. As de positive ûnreinens-ionen in ionbeam foarmje, wurdt de streamsnelheid de ionbeamstream neamd, dy't wurdt metten yn mA. It berik fan medium en lege streamingen is 0,1 oant 10 mA, en it berik fan hege streamingen is 10 oant 25 mA.
De grutte fan 'e stroom fan' e ionbeam is in wichtige fariabele by it definiearjen fan 'e dosis. As de stroom tanimt, nimt it oantal ûnreinheidsatomen dy't per ienheid tiid implantearre ek ta. Hege stroom is befoarderlik foar it fergrutsjen fan de opbringst fan silisium wafel (ynjeksje mear ioanen per ienheid produksje tiid), mar it feroarsaket ek uniformiteit problemen.
3. ion implantation apparatuer
3.1 Basisstruktuer
Ionimplantaasjeapparatuer omfettet 7 basismodules:
① ion boarne en absorber;
② massa analysator (ie analytyske magneet);
③ accelerator buis;
④ skennen skiif;
⑤ elektrostatyske neutralisaasjesysteem;
⑥ proses keamer;
⑦ dose kontrôle systeem.
All modules binne yn in fakuüm omjouwing fêststeld troch it fakuüm systeem. De basis strukturele diagram fan de ion implanter wurdt werjûn yn de figuer hjirûnder.
(1)Ion boarne:
Meastal yn deselde fakuüm keamer as de suction electrode. De ûnreinheden dy't wachtsje om te ynjeksje moatte bestean yn in ion tastân om te wurde kontrolearre en fersneld troch it elektryske fjild. De meast brûkte B+, P+, As+, ensfh wurde krigen troch ionisearjende atomen of molekulen.
De brûkte ûnreinensboarnen binne BF3, PH3 en AsH3, ensfh., En har struktueren wurde werjûn yn 'e figuer hjirûnder. De elektroanen dy't troch de gloeitried frijlitten wurde, botse mei gasatomen om ionen te meitsjen. Elektronen wurde meastal generearre troch in hjit wolfraam filament boarne. Bygelyks, de Berners ion boarne, de kathode gloeitried wurdt ynstallearre yn in bôge keamer mei in gas ynlaat. De binnenmuorre fan 'e bôgekammer is de anode.
As de gasboarne yntrodusearre wurdt, giet in grutte stroom troch de gloeidraad, en wurdt in spanning fan 100 V oanbrocht tusken de positive en negative elektroden, dy't hege-enerzjyelektroanen om it gloeitried generearje sille. Positive ioanen wurde generearre neidat de hege-enerzjy elektronen botsing mei de boarne gas molekulen.
De eksterne magneet jildt in magnetysk fjild parallel oan de gloeitried te fergrutsjen ionisaasje en stabilisearjen fan it plasma. Yn 'e bôgekammer, oan' e oare ein relatyf oan 'e gloeitried, is d'r in negatyf opladen reflektor dy't de elektroanen werom reflektearret om de generaasje en effisjinsje fan elektroanen te ferbetterjen.
(2)Absorpsje:
It wurdt brûkt om positive ioanen te sammeljen generearre yn 'e bôgekammer fan' e ionboarne en foarmje se yn in ionbeam. Sûnt de bôge keamer is de anode en de kathode wurdt negatyf druk op 'e suction elektrodes, it elektryske fjild oanmakke kontrolearret de positive ioanen, wêrtroch't se bewege nei de suction elektrodes en wurde lutsen út de ion spalt, lykas werjûn yn de figuer hjirûnder. . Hoe grutter de elektryske fjildsterkte, hoe grutter de kinetyske enerzjy dy't de ionen krije nei fersnelling. D'r is ek in ûnderdrukkingsspanning op 'e suctionelektrode om ynterferinsje fan elektroanen yn it plasma te foarkommen. Tagelyk kin de ûnderdrukkingselektrode ioanen foarmje yn in ionbeam en har fokusje yn in parallele ionbeamstream, sadat it troch de implanter giet.
(3)Massanalyzer:
D'r kinne in protte soarten ioanen wurde generearre út 'e ionboarne. Under de fersnelling fan de anode spanning, de ioanen bewege mei in hege snelheid. Ferskillende ioanen hawwe ferskillende atoommassa-ienheden en ferskillende massa-to-lading-ferhâldingen.
(4)Accelerator buis:
Om hegere snelheid te krijen, is hegere enerzjy nedich. Njonken it elektryske fjild levere troch de anode- en massaanalysator, is ek in elektrysk fjild foarsjoen yn 'e acceleratorbuis nedich foar fersnelling. De accelerator buis bestiet út in rige fan elektroden isolearre troch in dielectric, en de negative spanning op de elektroden nimt ta yn folchoarder troch de rige ferbining. Hoe heger de totale spanning, hoe grutter de snelheid dy't de ioanen krije, dat is, hoe grutter de enerzjy droegen. Hege enerzjy kin tastean ûnreinheden ioanen wurde ynjeksjed djip yn de silisium wafel te foarmjen in djippe krusing, wylst lege enerzjy kin brûkt wurde om te meitsje in ûndjippe krusing.
(5)Skiif scannen
De rjochte ion beam is meastal hiel lyts yn diameter. De beam spot diameter fan in medium beam hjoeddeistige implanter is likernôch 1 sm, en dy fan in grutte beam hjoeddeistige implanter is likernôch 3 sm. De hiele silisium wafel moat wurde bedekt troch skennen. De werhelling fan 'e doasisimplantaasje wurdt bepaald troch skennen. Gewoanlik binne d'r fjouwer soarten implanter-scansystemen:
① elektrostatyske skennen;
② meganyske skennen;
③ hybride skennen;
④ parallel skennen.
(6)Statyske elektrisiteitsneutralisaasjesysteem:
Tidens it ymplantaasjeproses treft de ionbeam de silisiumwafel en feroarsaket lading te accumulearjen op it maskerflak. De resultearjende lading accumulation feroaret de lading lykwicht yn 'e ion beam, wêrtroch't de beam spot grutter en de doasis distribúsje uneven. It kin sels brekke troch de oerflak okside laach en feroarsaakje apparaat flater. No wurde de silisiumwafel en ionbeam normaal pleatst yn in stabile plasma-omjouwing mei hege tichtheid neamd in plasma-elektronendouchesysteem, dat it opladen fan 'e silisiumwafer kin kontrolearje. Dizze metoade ekstrakt elektroanen út it plasma (meastentiids argon of xenon) yn in bôgekeamer dy't yn 'e ionbeampaad leit en tichtby de silisiumwafel. It plasma wurdt filtere en allinich sekundêre elektroanen kinne it oerflak fan 'e silisiumwafel berikke om de positive lading te neutralisearjen.
(7)Proses holte:
De ynjeksje fan ionbeammen yn silisiumwafels fynt plak yn 'e proseskeamer. De proses keamer is in wichtich part fan de implanter, ynklusyf in skennen systeem, in terminal stasjon mei in fakuüm slot foar laden en lossen silisium wafers, in silisium wafer oerdracht systeem, en in kompjûter kontrôle systeem. Derneist binne d'r guon apparaten foar it kontrolearjen fan doses en it kontrolearjen fan kanaaleffekten. As meganyske skennen wurdt brûkt, sil it terminalstasjon relatyf grut wêze. It fakuüm fan it proses keamer wurdt pompt oan de ûnderste druk nedich troch it proses troch in multi-stage meganyske pomp, in turbomolecular pomp, en in kondensaasje pomp, dat is oer it algemien oer 1 × 10-6Torr of minder.
(8)Dosearring kontrôle systeem:
Real-time doasismonitoring yn in ion-ymplantator wurdt berikt troch it mjitten fan de ionbeam dy't de silisiumwafel berikt. De stroom fan de ionbeam wurdt metten mei in sensor neamd in Faraday-beker. Yn in ienfâldich Faraday-systeem is d'r in aktuele sensor yn 'e ionbeampaad dy't de stroom mjit. Dit jout lykwols in probleem, om't de ionbeam reagearret mei de sensor en produsearret sekundêre elektroanen dy't resultearje yn ferkearde aktuele lêzingen. In Faraday-systeem kin sekundêre elektroanen ûnderdrukke mei elektryske as magnetyske fjilden om in wirklike beamstroomlêzing te krijen. De aktuele mjitten troch it Faraday-systeem wurdt yn in elektroanyske dosiskontrôler ynfierd, dy't fungearret as in aktuele accumulator (dy't kontinu de mjitten beamstream accumulearret). De kontrôler wurdt brûkt om de totale stroom te relatearjen oan de oerienkommende ymplantaasjetiid en de tiid dy't nedich is foar in bepaalde doasis te berekkenjen.
3.2 Skea reparaasje
Ion-ymplantaasje sil atomen út 'e roosterstruktuer slaan en it silisiumwafelrooster beskeadigje. As de ymplantearre dosis grut is, sil de ymplanteare laach amorf wurde. Dêrnjonken besette de ymplanteare ioanen yn prinsipe net de roosterpunten fan silisium, mar bliuwe yn 'e roostergapposysjes. Dizze ynterstitiale ûnreinheden kinne allinich aktivearre wurde nei in annealingproses op hege temperatuer.
Annealing kin ferwaarmje de ymplantearre silisium wafel te reparearjen lattice defekten; it kin ek ferpleatse ûnreinheden atomen nei de lattice punten en aktivearje se. De temperatuer dy't nedich is om roosterdefekten te reparearjen is sawat 500 ° C, en de temperatuer dy't nedich is om ûnreinheidsatomen te aktivearjen is sawat 950 ° C. De aktivearring fan ûnreinheden is relatearre oan tiid en temperatuer: hoe langer de tiid en hoe heger de temperatuer, hoe folsleiner de ûnreinheden aktivearre wurde. D'r binne twa basismetoaden foar it annealjen fan silisiumwafers:
① hege temperatuer oven annealing;
② rappe termyske annealing (RTA).
Hege temperatuer oven annealing: Hege temperatuer oven annealing is in tradisjonele annealing metoade, dy't brûkt in hege temperatuer oven te ferwaarmjen de silisium wafer oant 800-1000 ℃ en hâld it foar 30 minuten. By dizze temperatuer ferpleatse de silisiumatomen werom nei de roosterposysje, en ûnreinheidsatomen kinne ek de silisiumatomen ferfange en it rooster ynfiere. Lykwols, waarmte behanneling op sa'n temperatuer en tiid sil liede ta de diffusion fan ûnreinheden, dat is iets dat de moderne IC produksje yndustry wol net sjen.
Rapid Thermal Annealing: Rapid Thermal annealing (RTA) behannelet silisiumwafels mei ekstreem rappe temperatuerferheging en koarte doer by de doeltemperatuer (meastentiids 1000 ° C). Annealing fan ymplantearre silisium wafers wurdt meastal útfierd yn in flugge termyske prosessor mei Ar of N2. It rappe proses fan temperatuerferheging en koarte doer kinne de reparaasje fan roosterdefekten optimalisearje, aktivearring fan ûnreinheden en remming fan ûnreinensdiffúsje. RTA kin ek transient ferbettere diffusion ferminderje en is de bêste manier om knooppuntdjipte te kontrolearjen yn ûndjippe junction-ymplantaten.
————————————————————————————————————————————————— ———————————-
Semicera kin foarsjengrafyt dielen, sêft / stive filt, silisiumkarbid dielen, CVD silisiumkarbid dielen, enSiC / TaC coated dielenmei yn 30 dagen.
As jo ynteressearre binne yn 'e boppesteande semiconductorprodukten,aarzelje asjebleaft net om kontakt mei ús op de earste kear.
Tel: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Post tiid: Aug-31-2024