1. Entwodiksyon
Enplantasyon Ion se youn nan pwosesis prensipal yo nan manifakti sikwi entegre. Li refere a pwosesis pou akselere yon gwo bout bwa ion nan yon sèten enèji (jeneralman nan seri keV a MeV) ak Lè sa a, enjekte li nan sifas la nan yon materyèl solid chanje pwopriyete fizik sifas la nan materyèl la. Nan pwosesis la sikwi entegre, materyèl la solid se nòmalman Silisyòm, ak iyon yo enpurte implanted yo anjeneral iyon bor, iyon fosfò, iyon asenik, iyon endyòm, iyon germanium, elatriye. Iyon yo implanté ka chanje konduktiviti sifas la nan solid la. materyèl oswa fòme yon junction PN. Lè gwosè karakteristik sikui entegre yo te redwi nan epòk sub-micron, pwosesis implantation ion yo te lajman itilize.
Nan pwosesis manifakti sikwi entegre, enplantasyon ion anjeneral yo itilize pou kouch byen fon antere, pwi doped ranvèse, ajisteman vòltaj papòt, sous ak drenaj ekstansyon enplantasyon, sous ak drenaj enplantasyon, polisilicon pòtay dopaj, fòme junctions PN ak rezistans / kondansateur, elatriye. Nan pwosesis la nan prepare materyèl substra Silisyòm sou izolasyon, kouch oksid antere l se sitou ki fòme pa enplantasyon ion oksijèn ki wo konsantrasyon, oswa koupe entèlijan reyalize pa enplantasyon ion idwojèn ki wo konsantrasyon.
Enplantasyon iyon fèt pa yon implanter ion, ak paramèt pwosesis ki pi enpòtan li yo se dòz ak enèji: dòz la detèmine konsantrasyon final la, ak enèji a detèmine seri a (sa vle di, pwofondè) nan iyon yo. Dapre kondisyon konsepsyon aparèy diferan, kondisyon yo enplantasyon yo divize an dòz segondè-enèji, mwayen-dòz mwayen-enèji, mwayen-dòz ba-enèji, oswa gwo-dòz ba-enèji. Yo nan lòd yo jwenn efè a enplantasyon ideyal, diferan implanters yo ta dwe ekipe pou kondisyon pwosesis diferan.
Apre enplantasyon ion, li nesesè jeneralman sibi yon pwosesis rkwir wo-tanperati pou repare domaj lasi ki te koze pa enplantasyon ion ak aktive iyon enpurte. Nan pwosesis tradisyonèl sikwi entegre, byenke tanperati a annealing gen yon gwo enfliyans sou dopaj, tanperati a nan pwosesis la implantation ion tèt li pa enpòtan. Nan nœuds teknoloji ki pi ba yo 14nm, sèten pwosesis enplantasyon ion bezwen yo dwe fèt nan anviwònman tanperati ki ba oswa segondè pou chanje efè domaj lasi, elatriye.
2. ion implantation pwosesis
2.1 Prensip debaz yo
Enplantasyon iyon se yon pwosesis dopan devlope nan ane 1960 yo ki siperyè teknik difizyon tradisyonèl yo nan pifò aspè yo.
Diferans prensipal ki genyen ant dopaj enplantasyon iyon ak dopaj difizyon tradisyonèl yo se jan sa a:
(1) Distribisyon konsantrasyon enpurte nan rejyon dope a diferan. Se konsantrasyon nan pik enpurte nan enplantasyon ion ki sitiye andedan kristal la, pandan y ap konsantrasyon nan pik enpurte nan difizyon sitiye sou sifas la nan kristal la.
(2) Enplantasyon ion se yon pwosesis ki fèt nan tanperati chanm oswa menm tanperati ki ba, ak tan pwodiksyon an kout. Dopaj difizyon mande pou yon tretman tanperati ki pi long.
(3) Enplantasyon iyon pèmèt pou seleksyon pi fleksib ak egzak nan eleman implanté.
(4) Piske enpurte yo afekte pa difizyon tèmik, fòm vag ki te fòme pa enplantasyon ion nan kristal la pi bon pase fòm vag ki te fòme pa difizyon nan kristal la.
(5) Enplantasyon ion anjeneral itilize sèlman fotorezist kòm materyèl mask la, men dopaj difizyon mande pou kwasans oswa depozisyon yon fim nan yon epesè sèten kòm yon mask.
(6) Enplantasyon iyon fondamantalman ranplase difizyon epi li vin prensipal pwosesis dopan nan fabrikasyon sikwi entegre jodi a.
Lè yon reyon ion ensidan ak yon sèten enèji bonbade yon sib solid (anjeneral yon wafer), iyon yo ak atòm yo sou sifas sib la pral sibi yon varyete entèraksyon, epi transfere enèji nan atòm sib yo nan yon sèten fason pou eksite oswa ionize. yo. Iyon yo kapab tou pèdi yon sèten kantite enèji nan transfè momantòm, epi finalman yo gaye pa atòm yo sib oswa sispann nan materyèl la sib. Si iyon yo enjekte yo pi lou, pi fò nan iyon yo pral sou fòm piki nan sib la solid. Okontrè, si iyon yo sou fòm piki yo pi lejè, anpil nan iyon yo sou fòm piki yo pral rebondi sou sifas sib la. Fondamantalman, iyon gwo enèji sa yo ki enjekte nan sib la pral fè kolizyon ak atòm yo lasi ak elektwon nan sib la solid nan diferan degre. Pami yo, kolizyon ant iyon ak atòm sib solid ka konsidere kòm yon kolizyon elastik paske yo fèmen nan mas.
2.2 Paramèt prensipal nan enplantasyon ion
Enplantasyon Iyon se yon pwosesis fleksib ki dwe satisfè kondisyon strik konsepsyon chip ak pwodiksyon. Paramèt enplantasyon ion enpòtan yo se: dòz, ranje.
Dòz (D) refere a kantite iyon ki enjekte pou chak inite sifas nan sifas wafer Silisyòm, an atòm pou chak santimèt kare (oswa iyon pou chak santimèt kare). D ka kalkile pa fòmil sa a:
Ki kote D se dòz enplantasyon an (kantite iyon/inite zòn); t se tan enplantasyon an; I se kouran gwo bout bwa a; q se chaj iyon an pote (yon sèl chaj se 1.6×1019C[1]); ak S se zòn enplantasyon an.
Youn nan rezon prensipal poukisa enplantasyon ion te vin tounen yon teknoloji enpòtan nan fabrikasyon Silisyòm wafer se ke li ka repete implant menm dòz la nan enpurte nan Silisyòm wafers. Enplantè a reyalize objektif sa a avèk èd nan chaj la pozitif nan iyon yo. Lè iyon enpurte pozitif yo fòme yon gwo bout bwa iyon, yo rele to koule li yo aktyèl la, ki mezire an mA. Ranje a nan kouran mwayen ak ba se 0.1 a 10 mA, ak seri a nan kouran segondè se 10 a 25 mA.
Gwosè a nan aktyèl la gwo bout bwa ion se yon varyab kle nan defini dòz la. Si aktyèl la ogmante, kantite atòm enpurte implanté pou chak inite tan ogmante tou. Segondè aktyèl se fezab pou ogmante pwodiksyon wafer Silisyòm (enjekte plis iyon pou chak tan pwodiksyon inite), men li lakòz tou pwoblèm inifòmite.
3. ekipman implantation ion
3.1 Estrikti debaz
Ekipman enplantasyon ion gen ladan 7 modil debaz:
① sous ion ak absòbe;
② analizeur mas (sa vle di leman analyse);
③ tib akseleratè;
④ optik disk;
⑤ sistèm netralizasyon elektwostatik;
⑥ chanm pwosesis;
⑦ sistèm kontwòl dòz.
All modil yo nan yon anviwònman vakyòm etabli pa sistèm vakyòm nan. Dyagram estriktirèl debaz implanter ion la montre nan figi ki anba a.
(1)Ion sous:
Anjeneral nan menm chanm vakyòm ak elektwòd pou aspirasyon an. Enpurte yo ap tann pou yo enjekte yo dwe egziste nan yon eta ion yo nan lòd yo dwe kontwole ak akselere pa jaden elektrik la. B+, P+, As+, elatriye ki pi souvan itilize yo jwenn nan atòm oswa molekil ionize.
Sous enpurte yo itilize yo se BF3, PH3 ak AsH3, elatriye, ak estrikti yo montre nan figi ki anba a. Elektwon yo pibliye pa filaman an fè kolizyon ak atòm gaz pou pwodui iyon. Elektwon yo anjeneral pwodwi pa yon sous filaman tengstèn cho. Pou egzanp, sous iyon Berners la, filaman katod la enstale nan yon chanm arc ak yon inlet gaz. Miray enteryè a nan chanm arc se anod la.
Lè yo prezante sous gaz la, yon gwo kouran pase nan filaman an, epi yo aplike yon vòltaj 100 V ant elektwòd pozitif ak negatif, ki pral jenere elektwon wo-enèji alantou filaman an. Iyon pozitif yo pwodwi apre elektwon ki gen gwo enèji fè kolizyon ak molekil gaz sous yo.
Eman ekstèn lan aplike yon jaden mayetik paralèl ak filaman an pou ogmante ionizasyon ak estabilize plasma a. Nan chanm arc la, nan lòt bout relatif a filaman an, gen yon reflektè negatif chaje ki reflete elektwon yo tounen amelyore jenerasyon an ak efikasite nan elektwon.
(2)Absòpsyon:
Yo itilize li pou kolekte iyon pozitif ki te pwodwi nan chanm arc nan sous iyon an epi fòme yo nan yon gwo bout bwa ion. Depi chanm arc la se anod la epi katod la presyon negatif sou elektwòd pou aspirasyon an, jaden elektrik la pwodwi kontwole iyon pozitif yo, sa ki lakòz yo deplase nan direksyon elektwòd pou aspirasyon an epi yo dwe trase soti nan fant ion lan, jan yo montre nan figi ki anba a. . Pi gwo fòs jaden elektrik la, se pi gwo enèji sinetik iyon yo genyen apre akselerasyon. Genyen tou yon vòltaj repwesyon sou elektwòd pou aspirasyon an pou anpeche entèferans nan elektwon nan plasma a. An menm tan an, elektwòd repwesyon an ka fòme iyon nan yon gwo bout bwa iyon epi konsantre yo nan yon kouran paralèl iyon gwo bout bwa pou ke li pase nan implanter la.
(3)Analizè mas:
Ka gen anpil kalite iyon ki pwodui nan sous iyon an. Anba akselerasyon vòltaj anod la, iyon yo deplase nan yon gwo vitès. Iyon diferan gen diferan inite mas atomik ak diferan rapò mas-a-chaj.
(4)Tib akseleratè:
Pou jwenn pi gwo vitès, pi wo enèji nesesè. Anplis de sa nan jaden elektrik la bay anod la ak analizè mas, se yon jaden elektrik ki bay nan tib la akseleratè tou obligatwa pou akselerasyon. Tib akseleratè a konsiste de yon seri elektwòd izole pa yon dyelèktrik, ak vòltaj negatif sou elektwòd yo ogmante nan sekans atravè koneksyon seri a. Plis vòltaj total la pi wo, se pi gwo vitès iyon yo jwenn, se sa ki pi gwo enèji a pote. Enèji segondè ka pèmèt iyon enpurte yo dwe sou fòm piki fon nan wafer Silisyòm nan fòme yon junction gwo twou san fon, pandan y ap ba enèji ka itilize fè yon junction fon.
(5)Eskanè disk
Gwo bout bwa a ion konsantre anjeneral piti anpil an dyamèt. Dyamèt tach gwo bout bwa a nan yon gwo bout bwa aktyèl implanter se apeprè 1 cm, ak sa yo ki nan yon gwo gwo bout bwa aktyèl enplantè se apeprè 3 cm. Tout wafer Silisyòm lan dwe kouvri pa optik. Repetibilite nan implantation dòz la detèmine pa optik. Anjeneral, gen kat kalite sistèm optik implanter:
① optik elektwostatik;
② optik mekanik;
③ optik ibrid;
④ optik paralèl.
(6)Sistèm netralizasyon elektrisite estatik:
Pandan pwosesis enplantasyon an, gwo bout bwa a ion frape wafer Silisyòm lan ak lakòz chaj akimile sou sifas mask la. Akimilasyon chaj ki kapab lakòz chanje balans chaj la nan gwo bout bwa a ion, fè plas la gwo bout bwa pi gwo ak distribisyon an dòz inegal. Li ka menm kraze nan kouch oksid sifas la ak lakòz echèk aparèy. Koulye a, wafer a Silisyòm ak gwo bout bwa ion yo anjeneral mete nan yon anviwònman ki estab ki wo plasma ki rele yon sistèm douch elèktron plasma, ki ka kontwole chaj la nan wafer nan Silisyòm. Metòd sa a ekstrè elektwon ki soti nan plasma a (anjeneral agon oswa ksenon) nan yon chanm arc ki sitiye nan chemen an travès ion ak tou pre wafer nan Silisyòm. Plasma a filtre epi sèlman elektwon segondè ka rive nan sifas wafer Silisyòm pou netralize chaj pozitif la.
(7)Pwosesis kavite:
Piki a nan travès ion nan gauf Silisyòm rive nan chanm nan pwosesis. Chanm pwosesis la se yon pati enpòtan nan implanter la, ki gen ladan yon sistèm optik, yon estasyon tèminal ak yon seri vakyòm pou chaje ak dechaje gaufre Silisyòm, yon sistèm transfè silisyòm, ak yon sistèm kontwòl òdinatè. Anplis de sa, gen kèk aparèy pou kontwole dòz ak kontwole efè chanèl. Si yo itilize optik mekanik, estasyon tèminal la pral relativman gwo. Se vakyòm nan chanm nan pwosesis ponpe nan presyon anba a mande pa pwosesis la pa yon ponp mekanik milti-etap, yon ponp turbomolekilè, ak yon ponp kondansasyon, ki se jeneralman sou 1 × 10-6Torr oswa mwens.
(8)Sistèm kontwòl dòz:
Siveyans dòz an tan reyèl nan yon implanter ion reyalize lè w mezire gwo bout bwa a ion rive nan wafer Silisyòm lan. Kouran an gwo bout bwa ion mezire lè l sèvi avèk yon Capteur ki rele yon tas Faraday. Nan yon sistèm Faraday senp, gen yon Capteur aktyèl nan chemen an gwo bout bwa ion ki mezire aktyèl la. Sepandan, sa a prezante yon pwoblèm, kòm gwo bout bwa a ion reyaji ak Capteur a epi li pwodui elektwon segondè ki pral lakòz lekti aktyèl inègza. Yon sistèm Faraday ka siprime elektwon segondè lè l sèvi avèk jaden elektrik oswa mayetik pou jwenn yon lekti aktyèl gwo bout bwa vre. Kouran an mezire pa sistèm Faraday la manje nan yon kontwolè dòz elektwonik, ki aji kòm yon akimilatè aktyèl (ki kontinyèlman akimile aktyèl gwo bout bwa mezire). Yo itilize kontwolè a pou fè rapò total aktyèl la ak tan enplantasyon korespondan an epi kalkile tan ki nesesè pou yon sèten dòz.
3.2 Reparasyon domaj
Enplantasyon Iyon pral frape atòm soti nan estrikti a lasi ak domaje lasi a wafer Silisyòm. Si dòz la implanté gwo, kouch implanté a ap vin amorphe. Anplis de sa, iyon yo implanté fondamantalman pa okipe pwen yo lasi nan Silisyòm, men rete nan pozisyon yo diferans lasi. Enpurte entèstisyèl sa yo ka aktive sèlman apre yon pwosesis rkwir wo-tanperati.
Recuit ka chofe wafer Silisyòm implanté a pou repare domaj lasi; li kapab tou deplase atòm enpurte nan pwen yo lasi ak aktive yo. Tanperati ki nesesè pou repare domaj lasi se apeprè 500 ° C, ak tanperati ki nesesè pou aktive atòm enpurte se sou 950 ° C. Aktivasyon nan enpurte gen rapò ak tan ak tanperati: pi long la tan an ak pi wo tanperati a, plis konplètman enpurte yo aktive. Gen de metòd debaz pou rkwir wafers Silisyòm:
① rkwir gwo tanperati;
② rapid tèmik recuit (RTA).
Recuit gwo tanperati: Recuit gwo tanperati se yon metòd tradisyonèl, ki sèvi ak yon gwo founo tanperati pou chofe Silisyòm wafer a 800-1000 ℃ epi kenbe li pou 30 minit. Nan tanperati sa a, atòm Silisyòm yo deplase tounen nan pozisyon lasi a, ak atòm enpurte kapab tou ranplase atòm Silisyòm yo epi antre nan lasi a. Sepandan, tretman chalè nan yon tanperati konsa ak tan ap mennen nan difizyon nan enpurte, ki se yon bagay ke endistri a modèn IC manifakti pa vle wè.
Rapid tèmik annealing: Rapid tèmik annealing (RTA) trete gaufre Silisyòm ak ogmantasyon tanperati trè vit ak dire kout nan tanperati sib la (anjeneral 1000 ° C). Recuit de gaufrèt Silisyòm implanté dabitid fè nan yon processeur tèmik rapid ak Ar oswa N2. Pwosesis rapid ogmantasyon tanperati a ak dire kout ka optimize reparasyon domaj lasi, aktivasyon enpurte ak anpèchman difizyon enpurte. RTA kapab tou redwi transitwa difizyon amelyore epi li se pi bon fason pou kontwole pwofondè junction nan enplantasyon junction fon.
———————————————————————————————————————————————————— ————————————-
Semicera ka baypati grafit, mou/rijid te santi, pati carbure Silisyòm, Pati carbure Silisyòm CVD, epiSiC/TaC kouvwi patiak nan 30 jou.
Si w enterese nan pwodwi semi-conducteurs ki anwo yo,tanpri pa ezite kontakte nou nan premye fwa.
Tel: +86-13373889683
WhatsApp: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Tan pòs: Out-31-2024