1. Уводзіны
Іённая імплантацыя - адзін з асноўных працэсаў у вытворчасці інтэгральных схем. Гэта адносіцца да працэсу паскарэння пучка іёнаў да пэўнай энергіі (як правіла, у дыяпазоне ад кэВ да МэВ) і наступнага ўвядзення яго ў паверхню цвёрдага матэрыялу для змены фізічных уласцівасцей паверхні матэрыялу. У працэсе стварэння інтэгральных схем цвёрдым матэрыялам звычайна з'яўляецца крэмній, а імплантаваныя іёны прымешак звычайна ўяўляюць сабой іёны бору, іёны фосфару, іёны мыш'яку, іёны індыя, іёны германію і г. д. Імплантаваныя іёны могуць змяняць праводнасць паверхні цвёрдага цела матэрыялу або ўтвараюць PN-пераход. Калі памер функцый інтэгральных схем быў скарочаны да субмікроннай эры, шырока выкарыстоўваўся працэс іоннай імплантацыі.
У працэсе вытворчасці інтэгральных схем іённая імплантацыя звычайна выкарыстоўваецца для глыбока закапаных слаёў, зваротных легаваных свідравін, рэгулявання парогавага напружання, імплантацыі пашырэння крыніцы і сцёку, імплантацыі крыніцы і сцёку, легіравання полісіліконавым затворам, фарміравання PN-злучэнняў і рэзістараў/кандэнсатараў і г.д. У працэсе падрыхтоўкі крэмніевых матэрыялаў падкладкі на ізалятары, пахаваны аксідны пласт з'яўляецца у асноўным утвараецца шляхам імплантацыі іёнаў кіслароду з высокай канцэнтрацыяй, або інтэлектуальная рэзка дасягаецца імплантацыяй іёнаў вадароду з высокай канцэнтрацыяй.
Іённая імплантацыя выконваецца пры дапамозе іённага імплантатара, і найбольш важнымі параметрамі працэсу з'яўляюцца доза і энергія: доза вызначае канчатковую канцэнтрацыю, а энергія вызначае дыяпазон (г.зн. глыбіню) іёнаў. У адпаведнасці з рознымі патрабаваннямі да канструкцыі прылады ўмовы імплантацыі дзеляцца на высокую дозу высокай энергіі, сярэднюю дозу сярэдняй энергіі, сярэднюю дозу нізкай энергіі або высокую дозу нізкай энергіі. Каб атрымаць ідэальны эфект імплантацыі, розныя імплантатары павінны быць абсталяваны для розных патрабаванняў працэсу.
Пасля іённай імплантацыі, як правіла, неабходна прайсці працэс высокатэмпературнага адпалу, каб аднавіць пашкоджанні рашоткі, выкліканыя іённай імплантацыяй, і актываваць іёны прымешак. У традыцыйных працэсах інтэгральнай схемы, хоць тэмпература адпалу мае вялікі ўплыў на легіраванне, тэмпература працэсу іоннай імплантацыі сама па сабе не важная. У тэхналагічных вузлах ніжэй за 14 нм пэўныя працэсы іоннай імплантацыі неабходна выконваць у асяроддзі з нізкай або высокай тэмпературай, каб змяніць наступствы пашкоджання рашоткі і г.д.
2. працэс іённай імплантацыі
2.1 Асноўныя прынцыпы
Іонная імплантацыя - гэта працэс легіравання, распрацаваны ў 1960-х гадах, які ў большасці аспектаў пераўзыходзіць традыцыйныя метады дыфузіі.
Асноўныя адрозненні паміж легіраваннем іённай імплантацыяй і традыцыйным дыфузійным легіраваннем заключаюцца ў наступным:
(1) Размеркаванне канцэнтрацыі прымешак у легаванай вобласці адрозніваецца. Пікавая канцэнтрацыя прымешак пры імплантацыі іёнаў знаходзіцца ўнутры крышталя, а пікавая канцэнтрацыя прымешак пры дыфузіі - на паверхні крышталя.
(2) Іённая імплантацыя - гэта працэс, які праводзіцца пры пакаёвай тэмпературы ці нават пры нізкай тэмпературы, а час вытворчасці кароткі. Дыфузійнае легіраванне патрабуе больш працяглай высокатэмпературнай апрацоўкі.
(3) Іённая імплантацыя дазваляе больш гнутка і дакладна адбіраць імплантаваныя элементы.
(4) Паколькі на прымешкі ўплывае цеплавая дыфузія, форма хвалі, якая ўтвараецца ў выніку імплантацыі іёнаў у крышталь, лепшая, чым форма хвалі, якая ўтвараецца ў выніку дыфузіі ў крышталі.
(5) Іонная імплантацыя звычайна выкарыстоўвае толькі фотарэзіст у якасці матэрыялу маскі, але дыфузійнае легіраванне патрабуе росту або нанясення плёнкі пэўнай таўшчыні ў якасці маскі.
(6) Іонная імплантацыя ў асноўным замяніла дыфузію і стала асноўным працэсам легіравання ў вытворчасці інтэгральных схем сёння.
Калі падаючы прамень іёнаў з пэўнай энергіяй бамбардуе цвёрдую мішэнь (звычайна пласціну), іёны і атамы на паверхні мішэні будуць падвяргацца розным узаемадзеянням і перадаваць энергію атамам мішэні пэўным чынам для ўзбуджэння або іянізацыі іх. Іёны таксама могуць страціць пэўную колькасць энергіі праз перадачу імпульсу і, нарэшце, рассейвацца атамамі мішэні або спыняцца ў матэрыяле мішэні. Калі ўведзеныя іёны цяжэйшыя, большая частка іёнаў будзе ўведзена ў цвёрдую мішэнь. Наадварот, калі ўведзеныя іёны лягчэйшыя, многія з уведзеных іёнаў будуць адскокваць ад паверхні мішэні. Па сутнасці, гэтыя высокаэнергетычныя іёны, уведзеныя ў мішэнь, будуць у рознай ступені сутыкацца з атамамі рашоткі і электронамі ў цвёрдай мішэні. Сярод іх сутыкненне паміж іёнамі і цвёрдымі атамамі мішэні можна разглядаць як пругкае сутыкненне, таму што яны блізкія па масе.
2.2 Асноўныя параметры іённай імплантацыі
Іённая імплантацыя - гэта гнуткі працэс, які павінен адпавядаць строгім патрабаванням да дызайну і вытворчасці чыпаў. Важнымі параметрамі іённай імплантацыі з'яўляюцца: доза, дыяпазон.
Доза (D) адносіцца да колькасці іёнаў, уведзеных на адзінку плошчы паверхні крэмніевай пласціны, у атамах на квадратны сантыметр (або іёнаў на квадратны сантыметр). D можна вылічыць па наступнай формуле:
Дзе D - доза імплантацыі (колькасць іёнаў на адзінку плошчы); t - час імплантацыі; I - ток пучка; q — зарад, які нясе іён (адзін зарад роўны 1,6 × 1019 Кл[1]); S - плошча імплантацыі.
Адной з асноўных прычын, чаму іённая імплантацыя стала важнай тэхналогіяй у вытворчасці крамянёвых пласцін, з'яўляецца тое, што яна можа шматразова імплантаваць адну і тую ж дозу прымешак у крамянёвыя пласціны. Імплантатар дасягае гэтай мэты з дапамогай станоўчага зарада іёнаў. Калі дадатныя прымесныя іёны ўтвараюць іённы пучок, хуткасць яго патоку называецца токам іоннага пучка, які вымяраецца ў мА. Дыяпазон сярэдніх і малых токаў складае ад 0,1 да 10 ма, а дыяпазон вялікіх - ад 10 да 25 ма.
Велічыня току іённага пучка з'яўляецца ключавой зменнай пры вызначэнні дозы. Калі ток павялічваецца, колькасць атамаў прымешак, імплантаваных за адзінку часу, таксама павялічваецца. Высокі ток спрыяе павелічэнню выхаду крамянёвай пласціны (увядзенне большай колькасці іёнаў за адзінку часу вытворчасці), але таксама выклікае праблемы аднастайнасці.
3. абсталяванне для іённай імплантацыі
3.1 Базавая структура
Абсталяванне для іоннай імплантацыі ўключае 7 базавых модуляў:
① крыніца іёнаў і паглынальнік;
② аналізатар масы (напрыклад, аналітычны магніт);
③ паскаральнай трубкі;
④ сканаванне дыска;
⑤ сістэма электрастатычнай нейтралізацыі;
⑥ тэхналагічная камера;
⑦ сістэма кантролю дозы.
AУсе модулі знаходзяцца ў вакуумнай асяроддзі, створанай вакуумнай сістэмай. Асноўная структурная схема іённага імплантатара паказана на малюнку ніжэй.
(1)Крыніца іёнаў:
Звычайна ў той жа вакуумнай камеры, што і ўсмоктвальны электрод. Прымешкі, якія чакаюць увядзення, павінны існаваць у іённым стане, каб кантралявацца і паскарацца электрычным полем. Часцей за ўсё выкарыстоўваюцца B+, P+, As+ і інш., якія атрымліваюцца шляхам іанізацыі атамаў або малекул.
Крыніцамі прымешак, якія выкарыстоўваюцца, з'яўляюцца BF3, PH3 і AsH3 і г.д., і іх структуры паказаны на малюнку ніжэй. Электроны, якія выдзяляюцца ніткай, сутыкаюцца з атамамі газу, утвараючы іёны. Электроны звычайна генеруюцца гарачай крыніцай вальфрамавай ніткі. Напрыклад, у крыніцы іёнаў Бернерса нітка катода ўсталёўваецца ў дугагазавую камеру з уваходам для газу. Унутраная сценка дугагасечнай камеры з'яўляецца анодам.
Пры ўвядзенні крыніцы газу праз нітку напальвання праходзіць вялікі ток, і паміж станоўчым і адмоўным электродамі падаецца напружанне 100 В, якое будзе генераваць электроны высокай энергіі вакол ніткі. Станоўчыя іёны ўтвараюцца пасля сутыкнення электронаў высокай энергіі з малекуламі зыходнага газу.
Знешні магніт прыкладае магнітнае поле, паралельнае нітцы, каб павялічыць іянізацыю і стабілізаваць плазму. У дугавой камеры, на іншым канцы адносна ніткі, ёсць адмоўна зараджаны адбівальнік, які адлюстроўвае электроны назад, каб палепшыць генерацыю і эфектыўнасць электронаў.
(2)паглынанне:
Ён выкарыстоўваецца для збору станоўчых іёнаў, якія ўтвараюцца ў дугавой камеры крыніцы іёнаў, і фарміравання іх у пучок іёнаў. Паколькі дугавая камера з'яўляецца анодам, а катод знаходзіцца пад адмоўным ціскам на ўсмоктвальным электродзе, створанае электрычнае поле кантралюе станоўчыя іёны, прымушаючы іх рухацца да ўсмоктвальнага электрода і выцягвацца з іоннай шчыліны, як паказана на малюнку ніжэй . Чым больш напружанасць электрычнага поля, тым большую кінэтычную энергію атрымліваюць іёны пасля паскарэння. Таксама існуе напружанне падаўлення на электродзе ўсмоктвання, каб прадухіліць перашкоды ад электронаў у плазме. У той жа час электрод для падаўлення можа фармаваць іёны ў іённы пучок і факусаваць іх у паралельны струмень іённага пучка, каб ён прайшоў праз імплантатар.
(3)Масааналізатар:
З крыніцы іёнаў можа ўтварацца шмат відаў іёнаў. Пад дзеяннем паскарэння аноднага напружання іёны рухаюцца з вялікай хуткасцю. Розныя іёны маюць розныя атамныя адзінкі масы і розныя адносіны масы да зараду.
(4)Паскаральная трубка:
Каб атрымаць больш высокую хуткасць, патрабуецца большая энергія. У дадатак да электрычнага поля, якое ствараецца анодам і аналізатарам мас, для паскарэння неабходна таксама электрычнае поле, якое ствараецца ў трубцы паскаральніка. Паскаральная трубка складаецца з серыі электродаў, ізаляваных дыэлектрыкам, і адмоўнае напружанне на электродах паслядоўна павялічваецца праз паслядоўнае злучэнне. Чым вышэй агульнае напружанне, тым больш хуткасць, якую атрымліваюць іёны, гэта значыць, тым больш пераносіцца энергія. Высокая энергія можа дазволіць уводзіць іёны прымешак глыбока ў крамянёвую пласціну для фарміравання глыбокага злучэння, у той час як нізкая энергія можа быць выкарыстана для стварэння паглыбленага злучэння.
(5)Сканаванне дыска
Сфакусаваны пучок іёнаў звычайна мае вельмі малы дыяметр. Дыяметр плямы пучка імплантатара сярэдняга току пучка складае каля 1 см, а імплантатара вялікага току пучка - каля 3 см. Уся крамянёвая пласціна павінна быць пакрыта сканаваннем. Паўтаральнасць імплантацыі дозы вызначаецца шляхам сканавання. Звычайна існуе чатыры тыпу сістэм сканавання імплантата:
① электрастатычнага сканавання;
② механічнае сканаванне;
③ гібрыднае сканаванне;
④ паралельнае сканаванне.
(6)Сістэма нейтралізацыі статычнай электрычнасці:
У працэсе імплантацыі іённы прамень трапляе на крэмніевую пласціну і выклікае назапашванне зарада на паверхні маскі. Атрыманае ў выніку назапашванне зарада змяняе баланс зарада ў пучку іёнаў, робячы пляму прамяня большай і размеркаванне дозы нераўнамерным. Ён нават можа прабіць павярхоўны пласт аксіду і прывесці да збою прылады. Цяпер крамянёвая пласціна і пучок іёнаў звычайна змяшчаюцца ў стабільнае плазменнае асяроддзе высокай шчыльнасці, званае сістэмай плазменнага электроннага душа, якая можа кантраляваць зарад крамянёвай пласціны. Гэты метад здабывае электроны з плазмы (звычайна аргону або ксэнону) у дугавой камеры, размешчанай на шляху прамяня іёнаў і побач з крэмніевай пласцінай. Плазма фільтруецца, і толькі другасныя электроны могуць дасягнуць паверхні крэмніевай пласціны, каб нейтралізаваць станоўчы зарад.
(7)Паражніну працэсу:
Ўпырск іённых пучкоў у крэмніевыя пласціны адбываецца ў тэхналагічнай камеры. Працэсная камера з'яўляецца важнай часткай імплантатара, уключаючы сістэму сканавання, тэрмінальную станцыю з вакуумным замкам для загрузкі і выгрузкі крамянёвых пласцін, сістэму перадачы крэмніевых пласцін і камп'ютэрную сістэму кіравання. Акрамя таго, ёсць некаторыя прылады для кантролю доз і кантролю эфектаў канала. Пры выкарыстанні механічнага сканавання тэрмінальная станцыя будзе адносна вялікай. Вакуум тэхналагічнай камеры нагнятаецца да ніжняга ціску, неабходнага для працэсу, шматступеннай механічнай помпай, турбамалекулярнай помпай і кандэнсацыйным помпай, якое звычайна складае каля 1 × 10-6 Торр або менш.
(8)Сістэма кантролю дазоўкі:
Маніторынг дозы ў рэжыме рэальнага часу ў іённым імплантатары ажыццяўляецца шляхам вымярэння іённага пучка, які дасягае крамянёвай пласціны. Ток іённага пучка вымяраецца з дапамогай датчыка, які называецца чашкай Фарадэя. У простай сістэме Фарадэя на шляху прамяня іёнаў ёсць датчык току, які вымярае ток. Аднак гэта ўяўляе праблему, бо іённы прамень уступае ў рэакцыю з датчыкам і стварае другасныя электроны, якія прывядуць да памылковых паказанняў току. Сістэма Фарадэя можа душыць другасныя электроны з дапамогай электрычнага або магнітнага поля для атрымання сапраўднага паказання току пучка. Ток, вымераны сістэмай Фарадэя, падаецца ў электронны кантролер дозы, які дзейнічае як акумулятар току (які бесперапынна назапашвае вымераны ток пучка). Кантролер выкарыстоўваецца для сувязі агульнага току з адпаведным часам імплантацыі і разліку часу, неабходнага для пэўнай дозы.
3.2 Рамонт пашкоджанняў
Іённая імплантацыя выбівае атамы са структуры рашоткі і пашкоджвае рашотку крэмніевай пласціны. Калі імплантаваная доза вялікая, імплантаваны пласт стане аморфным. Акрамя таго, імплантаваныя іёны ў асноўным не займаюць кропкі рашоткі крэмнію, а застаюцца ў пазіцыях рашоткі. Гэтыя міжтканкавай прымешкі могуць быць актываваныя толькі пасля працэсу высокатэмпературнага адпалу.
Адпал можа награваць імплантаваную крэмніевую пласціну для выпраўлення дэфектаў рашоткі; ён таксама можа перамяшчаць атамы прымешак у кропкі рашоткі і актываваць іх. Тэмпература, неабходная для аднаўлення дэфектаў рашоткі, складае каля 500 °C, а тэмпература, неабходная для актывацыі атамаў прымешак, складае каля 950 °C. Актывацыя прымешак звязана з часам і тэмпературай: чым больш час і чым вышэй тэмпература, тым больш поўна актывуюцца прымешкі. Ёсць два асноўных метаду адпалу крэмніевых пласцін:
① высокатэмпературнага адпалу ў печы;
② хуткі тэрмічны адпал (RTA).
Высокотэмпературны адпал у печы: высокатэмпературны адпал у печы - гэта традыцыйны метад адпалу, які выкарыстоўвае высокатэмпературную печ для нагрэву крамянёвай пласціны да 800-1000 ℃ і вытрымлівае яе на працягу 30 хвілін. Пры гэтай тэмпературы атамы крэмнію вяртаюцца ў становішча рашоткі, і атамы прымешак таксама могуць замяніць атамы крэмнію і ўвайсці ў рашотку. Аднак тэрмічная апрацоўка пры такой тэмпературы і часу прывядзе да распаўсюджвання прымешак, чаго не хоча бачыць сучасная прамысловасць па вытворчасці мікрасхем.
Хуткі тэрмічны адпал: хуткі тэрмічны адпал (RTA) апрацоўвае крэмніевыя пласціны надзвычай хуткім павышэннем тэмпературы і кароткай працягласцю пры мэтавай тэмпературы (звычайна 1000°C). Адпал імплантаваных крэмніевых пласцін звычайна выконваецца ў хуткім цеплавым працэсары з Ar або N2. Хуткі працэс павышэння тэмпературы і кароткая працягласць могуць аптымізаваць аднаўленне дэфектаў рашоткі, актывацыю прымешак і інгібіраванне дыфузіі прымешак. RTA таксама можа паменшыць пераходную ўзмоцненую дыфузію і з'яўляецца лепшым спосабам кантраляваць глыбіню злучэння ў імплантатах з неглыбокім злучэннем.
——————————————————————————————————————————————————— ———————————-
Semicera можа дацьграфітавыя дэталі, мяккі/цвёрды фетр, дэталі з карбіду крэмнію, CVD дэталі з карбіду крэмнію, іДэталі з пакрыццём SiC/TaCз на працягу 30 дзён.
Калі вы зацікаўлены ў вышэйзгаданых паўправадніковых прадуктах,калі ласка, не саромейцеся звяртацца да нас у першы раз.
Тэл.: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Час публікацыі: 31 жніўня 2024 г