1. Giriş
İon implantasiyası inteqral sxem istehsalında əsas proseslərdən biridir. Bu, bir ion şüasının müəyyən bir enerjiyə (ümumiyyətlə keV-dən MeV diapazonunda) sürətləndirilməsi və sonra materialın səthinin fiziki xüsusiyyətlərini dəyişdirmək üçün onu bərk materialın səthinə vurmaq prosesinə aiddir. İnteqral sxem prosesində bərk material adətən silikon, implantasiya edilmiş çirk ionları isə adətən bor ionları, fosfor ionları, arsen ionları, indium ionları, germanium ionları və s. olur. İmplantasiya edilmiş ionlar bərk cismin səthinin keçiriciliyini dəyişə bilər. material və ya PN qovşağı təşkil edir. İnteqral sxemlərin xüsusiyyət ölçüsü sub-mikron dövrünə endirildikdə, ion implantasiyası prosesindən geniş istifadə edildi.
İnteqrasiya edilmiş sxemlərin istehsalı prosesində ion implantasiyası adətən dərin basdırılmış təbəqələr, əks qatqılı quyular, eşik gərginliyinin tənzimlənməsi, mənbə və drenaj genişləndirilməsi implantasiyası, mənbə və drenaj implantasiyası, polisilikon qapının dopinqi, PN qovşaqlarının və rezistorların/kondansatorların formalaşdırılması və s. İzolyatorlar üzərində silikon substrat materiallarının hazırlanması prosesində basdırılmış oksid təbəqəsi əsasən yüksək konsentrasiyalı oksigen ionunun implantasiyası ilə formalaşır və ya yüksək konsentrasiyalı hidrogen ionunun implantasiyası ilə ağıllı kəsmə əldə edilir.
İon implantasiyası ion implantatoru tərəfindən həyata keçirilir və onun ən mühüm proses parametrləri doza və enerjidir: doza son konsentrasiyanı, enerji isə ionların diapazonunu (yəni, dərinliyini) müəyyən edir. Müxtəlif cihaz dizayn tələblərinə görə implantasiya şərtləri yüksək dozalı yüksək enerjili, orta dozalı orta enerjili, orta dozalı aşağı enerjili və ya yüksək dozalı aşağı enerjili olmaqla bölünür. İdeal implantasiya effektini əldə etmək üçün müxtəlif implantatorlar müxtəlif proses tələbləri üçün təchiz edilməlidir.
İon implantasiyasından sonra ion implantasiyası nəticəsində yaranan qəfəs zədəsini bərpa etmək və çirkli ionları aktivləşdirmək üçün ümumiyyətlə yüksək temperaturda yumşalma prosesindən keçmək lazımdır. Ənənəvi inteqral sxem proseslərində tavlama temperaturu dopinqə böyük təsir göstərsə də, ion implantasiyası prosesinin özünün temperaturu vacib deyil. 14nm-dən aşağı olan texnoloji qovşaqlarda qəfəs zədələnməsinin təsirlərini dəyişdirmək üçün aşağı və ya yüksək temperaturlu mühitlərdə müəyyən ion implantasiya prosesləri aparılmalıdır və s.
2. ion implantasiyası prosesi
2.1 Əsas Prinsiplər
İon implantasiyası 1960-cı illərdə işlənib hazırlanmış və əksər aspektlərdə ənənəvi diffuziya üsullarından üstün olan dopinq prosesidir.
İon implantasiyası dopinqi ilə ənənəvi diffuziya dopinqi arasındakı əsas fərqlər aşağıdakılardır:
(1) Tərkibindəki çirklərin konsentrasiyasının paylanması fərqlidir. İon implantasiyasının pik çirk konsentrasiyası kristalın içərisində, diffuziyanın pik çirk konsentrasiyası isə kristalın səthində yerləşir.
(2) İon implantasiyası otaq temperaturunda və ya hətta aşağı temperaturda həyata keçirilən bir prosesdir və istehsal müddəti qısadır. Diffuziya dopinqi daha uzun yüksək temperatur müalicəsi tələb edir.
(3) İon implantasiyası implantasiya edilmiş elementlərin daha çevik və dəqiq seçilməsinə imkan verir.
(4) Çirklər termal diffuziyadan təsirləndiyi üçün kristalda ion implantasiyası nəticəsində yaranan dalğa forması kristalda diffuziya nəticəsində yaranan dalğa formasından daha yaxşıdır.
(5) İon implantasiyası adətən yalnız maska materialı kimi fotorezistdən istifadə edir, lakin diffuziya dopinqi maska kimi müəyyən qalınlıqda bir filmin böyüməsini və ya çökməsini tələb edir.
(6) İon implantasiyası əsasən diffuziyanı əvəz etdi və bu gün inteqral sxemlərin istehsalında əsas dopinq prosesinə çevrildi.
Müəyyən bir enerji ilə düşən ion şüası bərk hədəfi (adətən bir vafli) bombardman etdikdə, hədəf səthindəki ionlar və atomlar müxtəlif qarşılıqlı təsirlərə məruz qalacaq və enerjini həyəcanlandırmaq və ya ionlaşdırmaq üçün müəyyən bir şəkildə hədəf atomlara ötürəcəklər. onlar. İonlar, həmçinin impuls ötürülməsi ilə müəyyən miqdarda enerji itirə bilər və nəhayət, hədəf atomlar tərəfindən səpələnə və ya hədəf materialda dayana bilər. Əgər vurulan ionlar daha ağırdırsa, ionların çoxu bərk hədəfə vurulacaq. Əksinə, vurulan ionlar daha yüngüldürsə, yeridilmiş ionların çoxu hədəf səthdən sıçrayacaq. Əsasən, hədəfə vurulan bu yüksək enerjili ionlar bərk hədəfdəki qəfəs atomları və elektronları ilə müxtəlif dərəcələrdə toqquşacaq. Onların arasında ionlarla bərk hədəf atomlar arasındakı toqquşma, kütləcə yaxın olduqları üçün elastik toqquşma kimi qəbul edilə bilər.
2.2 İon implantasiyasının əsas parametrləri
İon implantasiyası sərt çip dizaynı və istehsal tələblərinə cavab verməli olan çevik bir prosesdir. İon implantasiyasının mühüm parametrləri bunlardır: doza, diapazon.
Doza (D) silisium vafli səthinin vahid sahəsinə vurulan ionların sayına, hər kvadrat santimetrə (yaxud kvadrat santimetrə düşən ionlara) aid edilir. D aşağıdakı düsturla hesablana bilər:
Burada D implantasiya dozasıdır (ionların sayı/vahid sahə); t implantasiya vaxtıdır; Mən şüa cərəyanıdır; q ion tərəfindən daşınan yükdür (bir yük 1,6×1019C[1]); və S implantasiya sahəsidir.
İon implantasiyasının silikon vafli istehsalında mühüm texnologiyaya çevrilməsinin əsas səbəblərindən biri onun eyni dozada çirkləri silisium vaflilərə təkrar-təkrar implantasiya edə bilməsidir. İmplantator bu məqsədə ionların müsbət yükünün köməyi ilə nail olur. Müsbət çirk ionları bir ion şüası əmələ gətirdikdə, onun axın sürəti mA ilə ölçülən ion şüa cərəyanı adlanır. Orta və aşağı cərəyanların diapazonu 0,1 ilə 10 mA, yüksək cərəyanların diapazonu isə 10 ilə 25 mA arasındadır.
İon şüası cərəyanının böyüklüyü dozanın təyin edilməsində əsas dəyişəndir. Əgər cərəyan artarsa, zaman vahidinə implantasiya edilən çirkli atomların sayı da artır. Yüksək cərəyan silisium qabığının məhsuldarlığını artırmaq üçün əlverişlidir (vahid istehsal vaxtı üçün daha çox ion vurur), lakin eyni zamanda vahidlik problemlərinə səbəb olur.
3. ion implantasiyası avadanlığı
3.1 Əsas struktur
İon implantasiya avadanlığı 7 əsas moduldan ibarətdir:
① ion mənbəyi və absorber;
② kütlə analizatoru (yəni analitik maqnit);
③ sürətləndirici borusu;
④ diskin skan edilməsi;
⑤ elektrostatik neytrallaşdırma sistemi;
⑥ proses kamerası;
⑦ doza nəzarət sistemi.
All modulları vakuum sistemi tərəfindən yaradılmış vakuum mühitindədir. İon implantatorunun əsas struktur diaqramı aşağıdakı şəkildə göstərilmişdir.
(1)İon mənbəyi:
Adətən emiş elektrodu ilə eyni vakuum kamerasında olur. Enjeksiyonu gözləyən çirklər elektrik sahəsi tərəfindən idarə oluna və sürətləndirilə bilmək üçün ion vəziyyətində olmalıdır. Ən çox istifadə olunan B+, P+, As+ və s. atomları və ya molekulları ionlaşdıraraq əldə edilir.
İstifadə olunan çirklilik mənbələri BF3, PH3 və AsH3 və s. və onların strukturları aşağıdakı şəkildə göstərilmişdir. Filamentin buraxdığı elektronlar qaz atomları ilə toqquşaraq ionlar əmələ gətirir. Elektronlar adətən isti volfram filament mənbəyi tərəfindən yaradılır. Məsələn, Berners ion mənbəyi, katod filamenti qaz girişi olan bir qövs kamerasına quraşdırılmışdır. Qövs kamerasının daxili divarı anoddur.
Qaz mənbəyi daxil edildikdə, filamentdən böyük bir cərəyan keçir və müsbət və mənfi elektrodlar arasında 100 V gərginlik tətbiq olunur, bu da filament ətrafında yüksək enerjili elektronlar yaradacaqdır. Yüksək enerjili elektronlar mənbə qaz molekulları ilə toqquşduqdan sonra müsbət ionlar əmələ gəlir.
Xarici maqnit ionlaşmanı artırmaq və plazmanı sabitləşdirmək üçün filamentə paralel bir maqnit sahəsi tətbiq edir. Qövs kamerasında, filamentə nisbətən digər ucunda, elektronların əmələ gəlməsini və səmərəliliyini yaxşılaşdırmaq üçün elektronları əks etdirən mənfi yüklü bir reflektor var.
(2)Absorbsiya:
İon mənbəyinin qövs kamerasında yaranan müsbət ionları toplamaq və onları ion şüasına çevirmək üçün istifadə olunur. Qövs kamerası anod olduğundan və katod əmmə elektrodunda mənfi təzyiqə məruz qaldığından, yaranan elektrik sahəsi müsbət ionları idarə edir, bu da onların emiş elektroduna doğru hərəkət etməsinə və aşağıdakı şəkildə göstərildiyi kimi ion yarığından çəkilməsinə səbəb olur. . Elektrik sahəsinin gücü nə qədər böyükdürsə, ionların sürətlənmədən sonra qazandıqları kinetik enerji bir o qədər çox olur. Plazmadakı elektronların müdaxiləsinin qarşısını almaq üçün emiş elektrodunda bir təzyiq gərginliyi də var. Eyni zamanda, bastırma elektrodu ionları ion şüasına çevirə və onları paralel ion şüa axınına yönəldə bilər ki, implantatordan keçsin.
(3)Kütləvi analizator:
İon mənbəyindən yaranan bir çox ion növləri ola bilər. Anod gərginliyinin sürətlənməsi altında ionlar yüksək sürətlə hərəkət edir. Fərqli ionların fərqli atom kütlə vahidləri və fərqli kütlə-yük nisbətləri var.
(4)Sürətləndirici borusu:
Daha yüksək sürət əldə etmək üçün daha yüksək enerji tələb olunur. Anod və kütlə analizatoru tərəfindən təmin edilən elektrik sahəsi ilə yanaşı, sürətləndirici boruda təmin edilmiş elektrik sahəsi də sürətlənmə üçün tələb olunur. Sürətləndirici boru dielektriklə təcrid olunmuş bir sıra elektrodlardan ibarətdir və elektrodlardakı mənfi gərginlik seriyalı əlaqə vasitəsilə ardıcıl olaraq artır. Ümumi gərginlik nə qədər yüksək olarsa, ionların əldə etdiyi sürət o qədər çox olar, yəni daşınan enerji bir o qədər çox olar. Yüksək enerji çirkli ionların dərin qovşaq yaratmaq üçün silikon vaflisinə dərin yeridilməsinə imkan verə bilər, aşağı enerji isə dayaz birləşmə yaratmaq üçün istifadə edilə bilər.
(5)Disk skan edilir
Fokuslanmış ion şüasının diametri adətən çox kiçik olur. Orta şüa cərəyanı implantatorunun şüa nöqtəsinin diametri təqribən 1 sm, böyük şüa cərəyanı implantatorunun isə təxminən 3 sm-dir. Bütün silikon vafli skan edilərək örtülməlidir. Doza implantasiyasının təkrarlanması skan etməklə müəyyən edilir. Adətən dörd növ implantator skan sistemi var:
① elektrostatik tarama;
② mexaniki tarama;
③ hibrid tarama;
④ paralel tarama.
(6)Statik elektrikin zərərsizləşdirilməsi sistemi:
İmplantasiya prosesi zamanı ion şüası silikon vafliyə dəyir və maskanın səthində yük yığılmasına səbəb olur. Nəticədə yük yığılması ion şüasındakı yük balansını dəyişdirərək şüa nöqtəsini daha böyük və dozanın qeyri-bərabər paylanmasına səbəb olur. O, hətta səthi oksid təbəqəsini qıra və cihazın sıradan çıxmasına səbəb ola bilər. İndi, silikon vafli və ion şüası adətən plazma elektron duş sistemi adlanan sabit yüksək sıxlıqlı plazma mühitində yerləşdirilir ki, bu da silikon vaflinin doldurulmasına nəzarət edə bilir. Bu üsul plazmadan (adətən arqon və ya ksenon) elektronları ion şüası yolunda və silisium vaflisinin yaxınlığında yerləşən qövs kamerasında çıxarır. Plazma süzülür və müsbət yükü neytrallaşdırmaq üçün yalnız ikinci dərəcəli elektronlar silisium vaflisinin səthinə çata bilər.
(7)Proses boşluğu:
Silikon vaflilərə ion şüalarının yeridilməsi proses kamerasında baş verir. Proses kamerası implantatorun mühüm hissəsidir, o cümlədən skan sistemi, silikon vaflilərin yüklənməsi və boşaldılması üçün vakuum kilidi olan terminal stansiyası, silikon vafli ötürmə sistemi və kompüter idarəetmə sistemi. Bundan əlavə, dozaların monitorinqi və kanal təsirlərinə nəzarət üçün bəzi cihazlar var. Mexanik skanerdən istifadə edilərsə, terminal stansiyası nisbətən böyük olacaqdır. Proses kamerasının vakuumu çoxmərhələli mexaniki nasos, turbomolekulyar nasos və kondensasiya nasosu vasitəsilə proses tərəfindən tələb olunan alt təzyiqə vurulur ki, bu da ümumiyyətlə təxminən 1×10-6Torr və ya daha azdır.
(8)Doza nəzarət sistemi:
İon implantatorunda real vaxt rejimində dozanın monitorinqi silikon vafliyə çatan ion şüasının ölçülməsi ilə həyata keçirilir. İon şüa cərəyanı Faraday kuboku adlanan sensordan istifadə edərək ölçülür. Sadə bir Faraday sistemində cərəyanı ölçən ion şüası yolunda cərəyan sensoru var. Bununla belə, bu, problem yaradır, çünki ion şüası sensorla reaksiya verir və səhv cərəyan oxunuşları ilə nəticələnəcək ikincil elektronlar istehsal edir. Faraday sistemi həqiqi şüa cərəyanının oxunuşunu əldə etmək üçün elektrik və ya maqnit sahələrindən istifadə edərək ikinci elektronları sıxışdıra bilər. Faraday sistemi ilə ölçülən cərəyan cərəyan akkumulyatoru kimi çıxış edən (ölçülmüş şüa cərəyanını davamlı olaraq toplayan) elektron doza tənzimləyicisinə verilir. Nəzarətçi ümumi cərəyanı müvafiq implantasiya vaxtı ilə əlaqələndirmək və müəyyən bir doza üçün tələb olunan vaxtı hesablamaq üçün istifadə olunur.
3.2 Zərərin təmiri
İon implantasiyası atomları qəfəs strukturundan çıxaracaq və silikon vafli qəfəsə zərər verəcəkdir. İmplantasiya olunan doza böyük olarsa, implantasiya olunan təbəqə amorf olur. Bundan əlavə, implantasiya edilmiş ionlar əsasən silisiumun qəfəs nöqtələrini tutmur, ancaq qəfəs boşluğu mövqelərində qalırlar. Bu interstisial çirkləri yalnız yüksək temperaturda yumşalma prosesindən sonra aktivləşdirmək olar.
Tavlama, qəfəs qüsurlarını düzəltmək üçün implantasiya edilmiş silikon vaflini qızdıra bilər; o, həmçinin çirkli atomları qəfəs nöqtələrinə köçürə və onları aktivləşdirə bilər. Şəbəkə qüsurlarını düzəltmək üçün tələb olunan temperatur təxminən 500 ° C-dir və çirkli atomları aktivləşdirmək üçün tələb olunan temperatur təxminən 950 ° C-dir. Çirklərin aktivləşməsi vaxt və temperaturla bağlıdır: vaxt nə qədər uzun və temperatur nə qədər yüksək olarsa, çirklər bir o qədər tam aktivləşir. Silikon vafliləri yumşaltmaq üçün iki əsas üsul var:
① yüksək temperaturda sobanın tavlanması;
② sürətli termal yumşalma (RTA).
Yüksək temperaturlu soba tavlaması: Yüksək temperaturlu soba tavlaması, silikon vaflini 800-1000 ℃-ə qədər qızdırmaq və 30 dəqiqə saxlamaq üçün yüksək temperaturlu sobadan istifadə edən ənənəvi tavlama üsuludur. Bu temperaturda silisium atomları yenidən qəfəs vəziyyətinə keçir və çirkli atomlar da silisium atomlarını əvəz edib qəfəsə daxil ola bilir. Bununla belə, belə bir temperaturda və vaxtda istilik müalicəsi çirklərin yayılmasına səbəb olacaq ki, bu da müasir IC istehsal sənayesinin görmək istəmədiyi bir şeydir.
Sürətli termal yumşalma: Sürətli termal yumşalma (RTA) son dərəcə sürətli temperatur artımı və hədəf temperaturda (adətən 1000°C) qısa müddətə malik silikon vafliləri müalicə edir. İmplantasiya edilmiş silikon vaflilərin tavlanması adətən Ar və ya N2 ilə sürətli termal prosessorda aparılır. Sürətli temperatur artımı prosesi və qısa müddət şəbəkə qüsurlarının təmirini optimallaşdıra bilər, çirkləri aktivləşdirir və çirklərin yayılmasının qarşısını alır. RTA həmçinin keçici gücləndirilmiş diffuziyanı azalda bilər və dayaz keçid implantlarında birləşmə dərinliyinə nəzarət etməyin ən yaxşı yoludur.
——————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————— ————————————-
Semicera təmin edə bilərqrafit hissələri, yumşaq/sərt hiss, silisium karbid hissələri, CVD silisium karbid hissələri, vəSiC/TaC örtüklü hissələr30 gün ərzində.
Yuxarıdakı yarımkeçirici məhsullarla maraqlanırsınızsa,ilk dəfə bizimlə əlaqə saxlamaqdan çəkinməyin.
Tel: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Göndərmə vaxtı: 31 avqust 2024-cü il