1. Pasiuna
Ion implantation mao ang usa sa mga nag-unang proseso sa integrated circuit manufacturing. Kini nagtumong sa proseso sa pagpadali sa usa ka ion beam ngadto sa usa ka piho nga enerhiya (kasagaran anaa sa han-ay sa keV ngadto sa MeV) ug dayon pag-inject niini ngadto sa nawong sa usa ka solid nga materyal aron mausab ang pisikal nga mga kabtangan sa nawong sa materyal. Sa proseso sa integrated circuit, ang solid nga materyal kasagaran silicon, ug ang gitanom nga impurity ions kasagaran boron ions, phosphorus ions, arsenic ions, indium ions, germanium ions, ug uban pa. materyal o paghimo og PN junction. Kung ang gidak-on sa bahin sa mga integrated circuit gipamubu sa panahon sa sub-micron, ang proseso sa pag-implant sa ion kaylap nga gigamit.
Sa proseso sa paghimo sa integrated circuit, ang ion implantation kasagarang gigamit alang sa lawom nga gilubong nga mga layer, reverse doped wells, threshold voltage adjustment, source ug drain extension implantation, source ug drain implantation, polysilicon gate doping, pagporma sa PN junctions ug resistors/capacitors, etc. Sa proseso sa pag-andam sa silicon substrate nga mga materyales sa mga insulator, ang gilubong nga oxide layer nag-una nga naporma pinaagi sa high-concentration oxygen ion implantation, o intelihente nga pagputol nakab-ot pinaagi sa high-concentration hydrogen ion implantation.
Ang ion implantation gihimo sa usa ka ion implanter, ug ang labing importante nga mga parameter sa proseso mao ang dosis ug kusog: ang dosis nagtino sa katapusang konsentrasyon, ug ang enerhiya nagtino sa range (ie, giladmon) sa mga ion. Sumala sa lain-laing mga kinahanglanon sa disenyo sa device, ang mga kondisyon sa implantasyon gibahin ngadto sa high-dose high-energy, medium-dose medium-energy, medium-dose low-energy, o high-dose low-energy. Aron makuha ang sulundon nga epekto sa implantasyon, ang lainlaing mga implanter kinahanglan nga magamit alang sa lainlaing mga kinahanglanon sa proseso.
Human sa ion implantation, kasagaran gikinahanglan nga moagi sa usa ka high-temperature annealing process aron ayohon ang lattice damage nga gipahinabo sa ion implantation ug pagpaaktibo sa impurity ions. Sa tradisyonal nga mga proseso sa integrated circuit, bisan kung ang temperatura sa annealing adunay dako nga impluwensya sa doping, ang temperatura sa proseso sa pag-implant sa ion mismo dili hinungdanon. Sa mga node sa teknolohiya nga ubos sa 14nm, ang pipila ka mga proseso sa pag-implant sa ion kinahanglan nga himuon sa ubos o taas nga temperatura nga mga palibot aron mabag-o ang mga epekto sa kadaot sa lattice, ug uban pa.
2. ion implantation proseso
2.1 Sukaranan nga mga Prinsipyo
Ang pag-implant sa ion usa ka proseso sa doping nga naugmad kaniadtong 1960s nga labaw sa tradisyonal nga mga pamaagi sa pagsabwag sa kadaghanan nga mga aspeto.
Ang mga nag-unang kalainan tali sa ion implantation doping ug tradisyonal nga diffusion doping mao ang mga musunud:
(1) Ang pag-apod-apod sa konsentrasyon sa kahugawan sa doped nga rehiyon lahi. Ang peak impurity concentration sa ion implantation nahimutang sa sulod sa kristal, samtang ang peak impurity concentration sa diffusion nahimutang sa ibabaw sa kristal.
(2) Ion implantation mao ang usa ka proseso nga gidala sa gawas sa lawak temperatura o bisan sa ubos nga temperatura, ug ang produksyon nga panahon mao ang mubo. Ang diffusion doping nanginahanglan usa ka taas nga temperatura nga pagtambal.
(3) Ion implantation nagtugot alang sa mas flexible ug tukma nga pagpili sa implanted elemento.
(4) Tungod kay ang mga impurities apektado sa thermal diffusion, ang waveform nga naporma pinaagi sa ion implantation sa kristal mas maayo kaysa waveform nga naporma pinaagi sa diffusion sa kristal.
(5) Ion implantation kasagaran naggamit lamang photoresist ingon nga maskara nga materyal, apan ang pagsabwag doping nagkinahanglan sa pagtubo o pagdeposito sa usa ka pelikula sa usa ka piho nga gibag-on ingon sa usa ka maskara.
(6) Ion implantation batakan gipulihan pagsabwag ug nahimong nag-unang proseso sa doping sa paghimo sa integrated circuits karon.
Kung ang usa ka insidente nga ion beam nga adunay usa ka piho nga enerhiya nagbomba sa usa ka solidong target (kasagaran usa ka wafer), ang mga ion ug ang mga atomo sa target nga nawong moagi sa lainlaing mga interaksyon, ug ibalhin ang enerhiya sa target nga mga atomo sa usa ka piho nga paagi aron mapukaw o ma-ionize. kanila. Ang mga ion mahimo usab nga mawad-an sa usa ka piho nga kantidad sa enerhiya pinaagi sa pagbalhin sa momentum, ug sa katapusan magkatibulaag sa mga target nga atomo o mohunong sa target nga materyal. Kung ang gi-inject nga mga ion mas bug-at, kadaghanan sa mga ion i-inject sa solid nga target. Sa kasukwahi, kung ang gi-injected nga mga ion mas gaan, daghan sa mga na-injected nga mga ion ang mo-bounce sa target nga nawong. Sa panguna, kini nga mga high-energy ions nga gi-inject sa target mobangga sa mga atomo sa lattice ug mga electron sa solid nga target sa lainlaing lebel. Taliwala kanila, ang pagbangga tali sa mga ion ug solidong target nga mga atomo mahimong isipon nga usa ka pagkamaunat-unat nga pagbangga tungod kay sila duol sa masa.
2.2 Pangunang mga parametro sa ion implantation
Ang pag-implant sa ion usa ka flexible nga proseso nga kinahanglan magtagbo sa estrikto nga disenyo sa chip ug mga kinahanglanon sa produksiyon. Importante nga ion implantation parameters mao ang: dosis, range.
Ang Dose (D) nagtumong sa gidaghanon sa mga ion nga na-injected kada unit area sa silicon wafer surface, sa mga atomo kada square centimeter (o ions kada square centimeter). D mahimong kalkulado pinaagi sa mosunod nga pormula:
Diin ang D mao ang implantation dose (gidaghanon sa mga ion/unit area); t mao ang panahon sa implantasyon; Ako mao ang sulog sa sagbayan; q mao ang bayad nga gidala sa ion (usa ka bayad mao ang 1.6 × 1019C [1]); ug S mao ang implantation area.
Usa sa mga nag-unang rason ngano nga ang ion implantation nahimong importante nga teknolohiya sa silicon wafer manufacturing mao nga kini balik-balik nga implant sa samang dosis sa mga hugaw ngadto sa silicon wafers. Ang implanter nakakab-ot niini nga tumong uban sa tabang sa positibo nga bayad sa mga ion. Sa diha nga ang positibo nga kahugawan nga mga ion maporma nga usa ka ion beam, ang dagan sa agos niini gitawag nga ion beam nga kasamtangan, nga gisukod sa mA. Ang gidak-on sa medium ug ubos nga sulog mao ang 0.1 hangtod 10 mA, ug ang sakup sa taas nga sulog mao ang 10 hangtod 25 mA.
Ang gidak-on sa ion beam nga kasamtangan usa ka yawe nga variable sa pagtino sa dosis. Kung ang kasamtangan nga pagtaas, ang gidaghanon sa mga atomo sa kahugawan nga gitisok matag yunit sa oras usab nagdugang. Ang taas nga kasamtangan makatabang sa pagdugang sa ani sa silicon wafer (pag-inject sa daghang mga ion matag oras sa produksiyon sa yunit), apan hinungdan usab kini sa mga problema sa pagkaparehas.
3. ion implantation ekipo
3.1 Sukaranan nga Istruktura
Ion implantation equipment naglakip sa 7 basic modules:
① tinubdan sa ion ug absorber;
② mass analyzer (ie analytical magnet);
③ accelerator tube;
④ pag-scan sa disk;
⑤ electrostatic neutralization nga sistema;
⑥ proseso lawak;
⑦ sistema sa pagkontrol sa dosis.
AAng tanan nga mga module anaa sa usa ka vacuum nga palibot nga gitukod sa vacuum system. Ang sukaranan nga structural diagram sa ion implanter gipakita sa hulagway sa ubos.
(1)Ion tinubdan:
Kasagaran sa parehas nga vacuum chamber sama sa suction electrode. Ang mga hugaw nga naghulat nga ma-inject kinahanglan nga anaa sa usa ka ion nga estado aron makontrol ug mapadali sa electric field. Ang labing kasagarang gigamit nga B+, P+, As+, ug uban pa makuha pinaagi sa pag-ionize sa mga atomo o molekula.
Ang mga tinubdan sa kahugawan nga gigamit mao ang BF3, PH3 ug AsH3, ug uban pa, ug ang ilang mga istruktura gipakita sa numero sa ubos. Ang mga electron nga gipagawas sa filament nabangga sa mga atomo sa gas aron makahimo og mga ion. Ang mga electron kasagarang gihimo sa usa ka init nga gigikanan sa filament nga tungsten. Pananglitan, ang Berners ion nga tinubdan, ang cathode filament gibutang sa usa ka arc chamber nga adunay gas inlet. Ang sulod nga bungbong sa arc chamber mao ang anode.
Sa diha nga ang tinubdan sa gas gipaila-ila, ang usa ka dako nga kasamtangan nga moagi sa filament, ug ang usa ka boltahe sa 100 V gipadapat sa taliwala sa mga positibo ug negatibo nga electrodes, nga makamugna high-enerhiya electron sa palibot sa filament. Ang mga positibo nga ion namugna human ang mga high-energy nga mga electron nabangga sa gigikanan nga mga molekula sa gas.
Ang eksternal nga magnet nag-aplay sa usa ka magnetic field nga parallel sa filament aron madugangan ang ionization ug mapalig-on ang plasma. Sa arc chamber, sa pikas tumoy nga may kalabotan sa filament, adunay usa ka negatibo nga gikarga nga reflector nga nagpakita sa mga electron balik aron mapaayo ang henerasyon ug kahusayan sa mga electron.
(2)Pagsuyop:
Gigamit kini sa pagkolekta sa mga positibo nga ion nga namugna sa arc chamber sa gigikanan sa ion ug giporma kini nga usa ka ion beam. Tungod kay ang arc chamber mao ang anode ug ang cathode negatibo nga presyur sa suction electrode, ang electric field nga namugna nagkontrol sa positibo nga mga ion, hinungdan nga sila molihok padulong sa suction electrode ug makuha gikan sa ion slit, ingon sa gipakita sa numero sa ubos . Kon mas dako ang kusog sa natad sa kuryente, mas dako ang kinetic energy nga makuha sa mga ion human sa pagpatulin. Adunay usab usa ka pagsumpo sa boltahe sa suction electrode aron mapugngan ang pagpanghilabot sa mga electron sa plasma. Sa samang higayon, ang suppression electrode makahimo sa mga ions ngadto sa usa ka ion beam ug ipunting kini ngadto sa usa ka parallel ion beam stream aron kini moagi sa implanter.
(3)Analisador sa masa:
Mahimong adunay daghang mga matang sa mga ion nga namugna gikan sa gigikanan sa ion. Ubos sa pagpadali sa boltahe sa anode, ang mga ion molihok sa taas nga tulin. Lainlaing mga ion adunay lain-laing atomic mass units ug lain-laing mass-to-charge ratios.
(4)Accelerator nga tubo:
Aron makakuha og mas taas nga tulin, gikinahanglan ang mas taas nga enerhiya. Gawas pa sa electric field nga gihatag sa anode ug mass analyzer, gikinahanglan usab ang electric field nga gihatag sa accelerator tube alang sa pagpatulin. Ang accelerator tube naglangkob sa usa ka serye sa mga electrodes nga nahimulag sa usa ka dielectric, ug ang negatibo nga boltahe sa mga electrodes nagdugang sa pagkasunodsunod pinaagi sa serye nga koneksyon. Kon mas taas ang kinatibuk-ang boltahe, mas dako ang gikusgon nga makuha sa mga ion, nga mao, mas dako ang enerhiya nga gidala. Ang taas nga enerhiya makatugot sa mga impurity ions nga ma-injected sa lawom nga bahin sa silicon wafer aron maporma ang lawom nga junction, samtang ang mubu nga enerhiya mahimong magamit aron makahimo usa ka mabaw nga junction.
(5)Pag-scan sa disk
Ang naka-focus nga ion beam kasagaran gamay kaayo ang diyametro. Ang diametro sa beam spot sa usa ka medium nga beam nga implanter mga 1 cm, ug ang sa usa ka dako nga beam nga implanter sa karon mga 3 cm. Ang tibuok nga silicon wafer kinahanglang tabunan pinaagi sa pag-scan. Ang repeatability sa dosis implantation determinado pinaagi sa scan. Kasagaran, adunay upat ka matang sa mga sistema sa pag-scan sa implanter:
① electrostatic scanning;
② mekanikal nga pag-scan;
③ hybrid scanning;
④ parallel scanning.
(6)Sistema sa pag-neutralize sa static nga kuryente:
Atol sa proseso sa implantation, ang ion beam naigo sa silicon wafer ug nagpahinabo sa pag-ipon sa bayad sa nawong sa maskara. Ang resulta nga akumulasyon sa singil nagbag-o sa balanse sa bayad sa ion beam, nga naghimo sa beam spot nga mas dako ug ang pag-apod-apod sa dosis dili patas. Mahimo pa gani kini makalusot sa ibabaw nga layer sa oxide ug hinungdan sa pagkapakyas sa aparato. Karon, ang silicon wafer ug ion beam kasagarang gibutang sa usa ka lig-on nga high-density nga plasma nga palibot nga gitawag og plasma electron shower system, nga makakontrol sa pag-charge sa silicon wafer. Kini nga pamaagi nagkuha sa mga electron gikan sa plasma (kasagaran argon o xenon) sa usa ka arc chamber nga nahimutang sa agianan sa ion beam ug duol sa silicon wafer. Ang plasma gisala ug ang mga sekondaryang electron lamang ang makaabot sa ibabaw sa silicon wafer aron ma-neutralize ang positibo nga bayad.
(7)Proseso nga lungag:
Ang pag-injection sa mga ion beam ngadto sa silicon wafers mahitabo sa process chamber. Ang process chamber kay importante nga bahin sa implanter, lakip ang scanning system, terminal station nga may vacuum lock para sa loading ug unloading silicon wafers, silicon wafer transfer system, ug computer control system. Dugang pa, adunay pipila ka mga himan alang sa pag-monitor sa mga dosis ug pagkontrol sa mga epekto sa channel. Kung gigamit ang mekanikal nga pag-scan, ang estasyon sa terminal medyo dako. Ang vacuum sa proseso nga lawak gibomba ngadto sa ubos nga presyur nga gikinahanglan sa proseso pinaagi sa usa ka multi-stage mechanical pump, usa ka turbomolecular pump, ug usa ka condensation pump, nga kasagaran mahitungod sa 1 × 10-6Torr o dili kaayo.
(8)Sistema sa pagkontrol sa dosis:
Ang real-time nga pag-monitor sa dosis sa usa ka ion implanter nahimo pinaagi sa pagsukod sa ion beam nga nakaabot sa silicon wafer. Ang ion beam current gisukod gamit ang sensor nga gitawag ug Faraday cup. Sa usa ka yano nga sistema sa Faraday, adunay kasamtangan nga sensor sa agianan sa ion beam nga nagsukod sa kasamtangan. Bisan pa, kini nagpresentar sa usa ka problema, tungod kay ang ion beam nag-reaksyon sa sensor ug nagpatunghag mga sekondaryang electron nga moresulta sa sayup nga mga pagbasa sa karon. Ang usa ka sistema sa Faraday makapugong sa mga sekundaryong electron gamit ang electric o magnetic field aron makakuha og tinuod nga beam current nga pagbasa. Ang kasamtangan nga gisukod sa sistema sa Faraday gipakaon sa usa ka electronic dose controller, nga naglihok isip usa ka kasamtangan nga accumulator (nga padayon nga nagtigum sa gisukod nga beam current). Ang controller gigamit sa pag-asoy sa kinatibuk-ang kasamtangan ngadto sa katugbang nga panahon sa implantation ug kuwentahon ang panahon nga gikinahanglan alang sa usa ka piho nga dosis.
3.2 Pag-ayo sa kadaot
Ang pag-implant sa ion magpatumba sa mga atomo gikan sa istruktura sa lattice ug makadaot sa silicon wafer lattice. Kung ang gitanom nga dosis dako, ang gitanom nga layer mahimong amorphous. Dugang pa, ang gitanom nga mga ion sa batakan wala mag-okupar sa mga lattice point sa silicon, apan magpabilin sa mga posisyon sa lattice gap. Kini nga mga interstitial impurities mahimo ra nga ma-aktibo pagkahuman sa usa ka taas nga temperatura nga proseso sa pag-annea.
Ang pag-ani makapainit sa gitanum nga silicon nga wafer aron ayohon ang mga depekto sa lattice; mahimo usab nga ibalhin ang mga atomo sa kahugawan ngadto sa mga punto sa lattice ug i-activate kini. Ang temperatura nga gikinahanglan sa pag-ayo sa mga depekto sa lattice maoy mga 500°C, ug ang temperatura nga gikinahanglan aron mapalihok ang mga atomo sa kahugawan maoy mga 950°C. Ang pagpaaktibo sa mga hugaw adunay kalabotan sa oras ug temperatura: kung mas taas ang oras ug labi ka taas ang temperatura, labi ka hingpit nga gipalihok ang mga hugaw. Adunay duha ka sukaranan nga mga pamaagi sa pag-annealing sa mga wafer sa silicon:
① taas nga temperatura nga hurno annealing;
② paspas nga thermal annealing (RTA).
Taas nga temperatura nga furnace annealing: Ang taas nga temperatura nga furnace annealing usa ka tradisyonal nga pamaagi sa annealing, nga naggamit sa usa ka taas nga temperatura nga hudno aron ipainit ang silicon wafer ngadto sa 800-1000 ℃ ug itago kini sulod sa 30 minutos. Niini nga temperatura, ang mga atomo sa silicon mobalik sa posisyon sa lattice, ug ang mga atomo sa kahugawan mahimo usab nga mopuli sa mga atomo sa silicon ug mosulod sa lattice. Bisan pa, ang pagtambal sa kainit sa ingon nga temperatura ug oras magdala sa pagsabwag sa mga hugaw, nga usa ka butang nga dili gusto nga makita sa modernong industriya sa paggama sa IC.
Rapid Thermal Annealing: Ang Rapid thermal annealing (RTA) nagtratar sa mga silicon nga wafer nga adunay hilabihan ka paspas nga pagtaas sa temperatura ug mubo nga gidugayon sa target nga temperatura (kasagaran 1000°C). Ang pag-anunsyo sa gitanum nga silicon wafers kasagarang gihimo sa usa ka paspas nga thermal processor nga adunay Ar o N2. Ang paspas nga proseso sa pagtaas sa temperatura ug mubo nga gidugayon mahimo nga ma-optimize ang pag-ayo sa mga depekto sa lattice, pagpaaktibo sa mga hugaw ug pagpugong sa pagsabwag sa kahugawan. Ang RTA mahimo usab nga makunhuran ang lumalabay nga gipadako nga pagsabwag ug mao ang labing kaayo nga paagi aron makontrol ang giladmon sa junction sa mga shallow junction implants.
———————————————————————————————————————————————— ———————————-
Makahatag ang Semiceramga bahin sa graphite, humok/tig-a nga gibati, mga bahin sa silicon carbide, Mga bahin sa CVD silicon carbide, ugSiC / TaC adunay sapaw nga mga bahinuban sa 30 ka adlaw.
Kung interesado ka sa mga produkto sa semiconductor sa ibabaw,palihug ayaw pagpanuko sa pagkontak kanamo sa unang higayon.
Tel: +86-13373889683
WhatsApp: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Oras sa pag-post: Aug-31-2024