1. Sarrera
Ioien inplantazioa zirkuitu integratuen fabrikazioaren prozesu nagusietako bat da. Ioi-izpi bat energia jakin batera bizkortzeko prozesuari egiten dio erreferentzia (oro har, keV eta MeV arteko tartean) eta, ondoren, material solido baten gainazalean injektatzeko, materialaren gainazaleko propietate fisikoak aldatzeko. Zirkuitu integratuko prozesuan, material solidoa silizioa izan ohi da, eta inplantatutako ezpurutasun ioiak boro ioiak, fosforo ioiak, artseniko ioiak, indio ioiak, germanio ioiak, etab. Ezarritako ioiek solidoaren gainazaleko eroankortasuna alda dezakete. materiala edo PN bilgune bat osatzea. Zirkuitu integratuen ezaugarrien tamaina mikroen azpiko arora murriztu zenean, ioiak inplantatzeko prozesua asko erabili zen.
Zirkuitu integratuko fabrikazio-prozesuan, ioien inplantazioa lurperatutako geruza sakonetarako, alderantzizko dopatutako putzuetarako, atalasearen tentsioaren doikuntzarako, iturri eta drainatze luzapenerako, iturri eta drainatze inplantatzeko, polisiliziozko ate dopatzeko, PN junturak eta erresistentzia/kondentsadoreak eratzeko, etab. Isolatzaileetan silizio-substratu-materialak prestatzeko prozesuan, lurperatutako oxido-geruza kontzentrazio handiko oxigeno ioiaren inplantazioaren bidez eratzen da batez ere, edo ebaketa adimentsua lortzen da kontzentrazio handiko hidrogeno ioiaren ezarpenaren bidez.
Ioien inplantazioa ioi-inplantatzaile batek egiten du, eta bere prozesu-parametro garrantzitsuenak dosia eta energia dira: dosiak zehazten du azken kontzentrazioa, eta energiak zehazten du ioien barrutia (hau da, sakonera). Gailuen diseinu-baldintzen arabera, inplantazio-baldintzak dosi altuko energia, dosi ertaineko energia, dosi ertaineko energia baxuko edo dosi baxuko dosi altuetan banatzen dira. Inplantazio-efektu ezin hobea lortzeko, inplantagailu desberdinak prozesu-baldintza desberdinetarako hornitu behar dira.
Ioiak ezarri ondoren, orokorrean beharrezkoa da tenperatura altuko errekuzitze-prozesu bat egitea, ioiak ezartzeak eragindako sarearen kalteak konpontzeko eta ezpurutasun ioiak aktibatzeko. Zirkuitu integratuko prozesu tradizionaletan, errekostatzeko tenperaturak dopinean eragin handia duen arren, ioiak ezartzeko prozesuaren tenperatura bera ez da garrantzitsua. 14 nm-tik beherako nodo teknologikoetan, zenbait ioi-inplantazio-prozesu egin behar dira tenperatura baxuko edo altuko inguruneetan sarearen kalteen ondorioak aldatzeko, etab.
2. ioiak ezartzeko prozesua
2.1 Oinarrizko Printzipioak
Ioien inplantazioa 1960ko hamarkadan garatutako dopin-prozesu bat da, alderdi gehienetan difusio-teknik tradizionalen gainetik.
Ioi-inplantazio-dopinaren eta difusio-doping tradizionalaren arteko desberdintasun nagusiak hauek dira:
(1) Dopatutako eskualdean ezpurutasun-kontzentrazioen banaketa ezberdina da. Ioien inplantazioaren gailurra ezpurutasun-kontzentrazioa kristalaren barruan kokatzen da, eta difusioaren gailurra ezpurutasun-kontzentrazioa kristalaren gainazalean kokatzen da.
(2) Ioien inplantazioa giro-tenperaturan edo tenperatura baxuan egiten den prozesua da, eta ekoizpen-denbora laburra da. Difusio-dopinak tenperatura altuko tratamendu luzeagoa behar du.
(3) Ioien ezarpenak inplantatutako elementuen aukeraketa malguagoa eta zehatzagoa ahalbidetzen du.
(4) Ezpurutasunak difusio termikoaren eraginpean daudenez, kristalean ioiak ezartzearen ondorioz sortutako uhina kristalean difusioaren ondorioz sortutako uhina baino hobea da.
(5) Ioien ezarpenak normalean fotorresistentzia maskara-material gisa bakarrik erabiltzen du, baina difusio-doping-ak maskara gisa lodiera jakin bateko film bat haztea edo deposizioa eskatzen du.
(6) Ioien ezarpenak funtsean difusioa ordezkatu du eta gaur egun zirkuitu integratuen fabrikazioan dopatze prozesu nagusia bihurtu da.
Energia jakineko ioi-izpi intzidente batek helburu solido bat (normalean oblea bat) bonbardatzen duenean, xede-azaleko ioiek eta atomoek hainbat interakzio jasango dituzte, eta xede-atomoei energia transferituko diete modu jakin batean kitzikatzeko edo ionizatzeko. haiek. Ioiek energia-kopuru bat ere gal dezakete momentu-transferentziaren bidez, eta, azkenik, xede-atomoek sakabanatu edo xede-materialean gelditu. Injektatutako ioiak astunagoak badira, ioi gehienak helburu solidoan injektatuko dira. Aitzitik, injektatutako ioiak arinagoak badira, injektatutako ioi asko xede-azalera errebotatuko dira. Funtsean, xedean injektatutako energia handiko ioi hauek helburu solidoko sareko atomo eta elektroiekin talka egingo dute gradu ezberdinetan. Horien artean, ioien eta helburu solidoen atomoen arteko talka talka elastikotzat har daiteke, masa hurbila dutelako.
2.2 Ioiak ezartzeko parametro nagusiak
Ioien inplantazioa prozesu malgua da, txiparen diseinu eta ekoizpen baldintza zorrotzak bete behar dituena. Ioiak inplantatzeko parametro garrantzitsuak hauek dira: dosia, tartea.
Dosi (D) siliziozko oblearen gainazaleko azalera unitateko injektatutako ioi kopuruari dagokio, zentimetro karratuko atomotan (edo zentimetro karratuko ioietan). D formula honen bidez kalkula daiteke:
Non D inplantazio-dosia den (ioi kopurua/unitateko azalera); t ezartzeko denbora da; I habe-korrontea da; q ioiak daraman karga da (karga bakarra 1,6×1019C[1] da); eta S inplantazio-eremua da.
Siliziozko obleen fabrikazioan ioi-inplantazioa teknologia garrantzitsu bat bihurtu izanaren arrazoi nagusietako bat da behin eta berriz ezpurutasun-dosi bera ezarri ahal izatea siliziozko obleetan. Inplantatzaileak helburu hori lortzen du ioien karga positiboaren laguntzaz. Ezpurutasun ioi positiboek ioi-sorta osatzen dutenean, haren emaria ioi-sorta korronte deritzo, eta mA-tan neurtzen da. Korronte ertain eta baxuen tartea 0,1 eta 10 mA bitartekoa da, eta korronte altuen artekoa 10 eta 25 mA bitartekoa.
Ioi izpi korrontearen magnitudea funtsezko aldagaia da dosia definitzeko. Korrontea handitzen bada, denbora-unitateko ezpurutasun atomoen kopurua ere handitzen da. Korronte altuak siliziozko obleen etekina areagotzeko (produkzio-denbora bakoitzeko ioi gehiago injektatzen ditu), baina uniformetasun arazoak ere eragiten ditu.
3. ioiak ezartzeko ekipoak
3.1 Oinarrizko Egitura
Ioiak inplantatzeko ekipoak oinarrizko 7 modulu ditu:
① ioi iturria eta xurgatzailea;
② masa analizatzailea (hau da, iman analitikoa);
③ azeleragailua hodi;
④ eskaneatzea diskoa;
⑤ neutralizazio elektrostatikoko sistema;
⑥ prozesu-ganbera;
⑦ dosia kontrolatzeko sistema.
AModuluak hutseko sistemak ezarritako huts-ingurunean daude. Ioi-inplantatzailearen oinarrizko egitura-diagrama beheko irudian ageri da.
(1)Ioi iturria:
Normalean, xurgatze-elektrodoaren huts-ganbera berean. Injektatzeko zain dauden ezpurutasunak ioi-egoeran egon behar dira eremu elektrikoak kontrolatu eta azeleratu ahal izateko. Gehien erabiltzen diren B+, P+, As+ eta abar atomo edo molekulak ionizatuz lortzen dira.
Erabilitako ezpurutasun-iturriak BF3, PH3 eta AsH3, etab. dira, eta haien egiturak beheko irudian ageri dira. Harizpiak askatzen dituen elektroiek gas-atomoekin talka egiten dute ioiak sortzeko. Elektroiak normalean wolframio-harizpi iturri bero batek sortzen ditu. Esate baterako, Berners ioi-iturria, katodo-harizpia gas-sarrera duen arku-ganbera batean instalatzen da. Arku-ganberaren barruko horma anodoa da.
Gas-iturria sartzen denean, korronte handi bat igarotzen da harizpitik, eta elektrodo positibo eta negatiboen artean 100 V-eko tentsioa ezartzen da, harizpiaren inguruan energia handiko elektroiak sortuko dituena. Ioi positiboak energia handiko elektroiak iturriko gas molekulen aurka talka egin ondoren sortzen dira.
Kanpoko imanak eremu magnetiko bat aplikatzen du harizpiarekiko paraleloan ionizazioa areagotzeko eta plasma egonkortzeko. Arku-ganberan, harizpiarekiko beste muturrean, elektroiak atzera islatzen dituen karga negatiboko islatzaile bat dago, elektroien sorrera eta eraginkortasuna hobetzeko.
(2)Xurgapena:
Ioi-iturriaren arku-ganberan sortutako ioi positiboak biltzeko eta ioi-sorta batean osatzeko erabiltzen da. Arku-ganbera anodoa denez eta katodoa xurgatze-elektrodoan presio negatiboan dagoenez, sortutako eremu elektrikoak ioi positiboak kontrolatzen ditu, xurgapen-elektrodorantz mugitu eta ioi-zirrikitutik ateratzea eraginez, beheko irudian erakusten den moduan. . Eremu elektrikoaren indarra zenbat eta handiagoa izan, orduan eta energia zinetiko handiagoa irabaziko dute ioiek azelerazioa egin ondoren. Xurgatze-elektrodoan ere ezabatze-tentsio bat dago plasmako elektroien interferentziak saihesteko. Aldi berean, ezabatze-elektrodoak ioiak sor ditzake ioi-sorta batean eta ioi-sorta paraleloko korronte batera bideratu ditzake, inplantagailutik igaro dadin.
(3)Masa analizatzailea:
Mota askotako ioiak sor daitezke ioi-iturritik. Anodoaren tentsioaren azelerazioan, ioiak abiadura handian mugitzen dira. Ioi ezberdinek masa atomiko-unitate desberdinak eta masa-karga erlazio desberdinak dituzte.
(4)Hodi azeleratzailea:
Abiadura handiagoa lortzeko, energia handiagoa behar da. Anodoak eta masa analizatzaileak eskaintzen duen eremu elektrikoaz gain, azelerazio-hodian hornitutako eremu elektrikoa ere beharrezkoa da azeleraziorako. Hodi azeleratzailea dielektriko batek isolatutako elektrodo multzo batez osatuta dago, eta elektrodoen tentsio negatiboa segidan handitzen da serieko konexioaren bidez. Zenbat eta tentsio osoa handiagoa izan, orduan eta abiadura handiagoa izango da ioiek lortzen dutena, hau da, orduan eta handiagoa da garraiatutako energia. Energia altuak ezpurutasun ioiak silizio-oblean sakon injektatu ahal izango ditu, bilgune sakon bat osatzeko, eta energia baxua, berriz, sakonera baxuko bilgune bat egiteko.
(5)Diskoa eskaneatzea
Fokatutako ioi-sorta oso diametro txikia izan ohi da. Izpi ertaineko korronte inplantatzaile baten habe-puntuen diametroa 1 cm ingurukoa da, eta habe korronte handien inplantatzailearena 3 cm ingurukoa da. Siliziozko oblea osoa eskaneatuz estali behar da. Dosi ezartzearen errepikakortasuna eskaneatzeaz zehazten da. Normalean, lau inplantatzaileen eskaneatzeko sistema mota daude:
① eskaneatze elektrostatikoa;
② eskaneatze mekanikoa;
③ eskaneatzea hibridoa;
④ eskaneatze paraleloa.
(6)Elektrizitate estatikoa neutralizatzeko sistema:
Inplantazio-prozesuan, ioi-izpiak siliziozko oblea jotzen du eta maskara gainazalean karga pilatzea eragiten du. Ondorioz, karga metaketak karga-oreka aldatzen du ioi-sorta, izpi-puntua handiagoa eta dosi banaketa irregularra eginez. Gainazaleko oxido-geruza ere hautsi eta gailuaren hutsegitea eragin dezake. Orain, siliziozko oblea eta ioi-sorta normalean dentsitate handiko plasma-ingurune egonkor batean jartzen dira, plasma elektroi-dutxa-sistema deritzona, eta horrek silizio-oblearen karga kontrola dezake. Metodo honek elektroiak erauzten ditu plasmatik (normalean argona edo xenoia) ioien izpiaren bidean eta silizio-oblearen ondoan dagoen arku-ganbera batean. Plasma iragazten da eta elektroi sekundarioak soilik irits daitezke silizio-oblearen gainazalera karga positiboa neutralizatzeko.
(7)Prozesuaren barrunbea:
Siliziozko obleetan ioi izpien injekzioa prozesu-ganberan gertatzen da. Prozesu-ganbera inplantatzailearen zati garrantzitsu bat da, besteak beste, eskaneatzeko sistema bat, siliziozko obleak kargatzeko eta deskargatzeko hutseko blokeoa duen terminal geltokia, siliziozko obleak transferitzeko sistema eta ordenagailuaren kontrol sistema. Horrez gain, dosiak kontrolatzeko eta kanalen efektuak kontrolatzeko gailu batzuk daude. Eskaneatze mekanikoa erabiltzen bada, terminal geltokia nahiko handia izango da. Prozesu-ganberaren hutsa prozesuak eskatzen duen beheko presiora ponpatzen da etapa anitzeko ponpa mekaniko batek, ponpa turbomolekular batek eta kondentsazio ponpa batek, oro har 1×10-6Torr edo gutxiagokoa dena.
(8)Dosi kontrolatzeko sistema:
Ioi-inplantatzaile batean denbora errealeko dosiaren jarraipena egiten da silizioko oblea iristen den ioi-sorta neurtuz. Izpi ioikoen korrontea Faraday kopa izeneko sentsore baten bidez neurtzen da. Faraday sistema sinple batean, korrontea neurtzen duen ioi izpiaren bidean korronte sentsore bat dago. Hala ere, honek arazo bat dakar, ioi-izpiak sentsorearekin erreakzionatzen baitu eta korronte-irakurketa okerrak eragingo dituzten elektroi sekundarioak sortzen ditu. Faraday-ko sistema batek elektroi sekundarioak kendu ditzake eremu elektriko edo magnetikoak erabiliz, benetako izpi-korrontearen irakurketa lortzeko. Faraday sistemak neurtzen duen korrontea dosi-kontrolatzaile elektroniko batera sartzen da, korronte-metagailu gisa jokatzen duena (neurtutako habe-korrontea etengabe pilatzen duena). Kontrolagailua korronte osoa dagokion inplantazio-denborarekin erlazionatzeko eta dosi jakin baterako behar den denbora kalkulatzeko erabiltzen da.
3.2 Kalteen konponketa
Ioien ezarpenak atomoak sarearen egituratik kanporatuko ditu eta siliziozko obleen sareari kalte egingo dio. Inplantatutako dosia handia bada, inplantatutako geruza amorfo bihurtuko da. Gainera, inplantatutako ioiek, funtsean, ez dituzte silizioaren sare-puntuak okupatzen, baizik eta sare-hutsuneen posizioetan geratzen dira. Ezpurutasun interstizial hauek tenperatura altuko errekuzitze prozesu baten ondoren bakarrik aktibatu daitezke.
Errekuzitzeak inplantatutako silizio-oblea berotu dezake sarearen akatsak konpontzeko; ezpurutasun-atomoak sareko puntuetara eraman eta aktibatu ditzake. Sarearen akatsak konpontzeko behar den tenperatura 500 °C ingurukoa da, eta ezpurutasun-atomoak aktibatzeko behar den tenperatura 950 °C ingurukoa da. Ezpurutasunen aktibazioa denborarekin eta tenperaturarekin lotuta dago: zenbat eta denbora luzeagoa eta tenperatura altuagoa izan, orduan eta guztiz aktibatzen dira ezpurutasunak. Siliziozko obleak erretzeko oinarrizko bi metodo daude:
① tenperatura altuko labea erretzea;
② recozimendu termiko azkarra (RTA).
Tenperatura altuko labea erretzea: Tenperatura altuko labea erretzea metodo tradizionala da, tenperatura altuko labe bat erabiltzen duena silizio-ostia 800-1000 ℃-ra berotzeko eta 30 minutuz mantentzeko. Tenperatura horretan, silizio-atomoak sarearen posiziora itzultzen dira, eta ezpurutasun-atomoek ere silizio-atomoak ordezka ditzakete eta sarean sartu. Hala ere, tenperatura eta denbora horretan tratamendu termikoak ezpurutasunen hedapena ekarriko du, hau da, IC fabrikazio-industria modernoak ikusi nahi ez duen zerbait.
Errekuzitu termiko azkarra: Errekuzitu termiko azkarrak (RTA) siliziozko obleak tenperatura igoera oso azkarrarekin eta xede-tenperaturan iraupen laburrean (normalean 1000 °C) tratatzen ditu. Inplantatutako silizio-obleen erretiroa Ar edo N2-ko prozesadore termiko azkar batean egiten da normalean. Tenperatura igoera bizkorreko prozesuak eta iraupen laburrak sarearen akatsen konponketa, ezpurutasunen aktibazioa eta ezpurutasun difusioaren inhibizioa optimiza ditzakete. RTAk ere difusio hobetua murriztu dezake eta sakonera baxuko juntura-inplanteetan bilgune-sakonera kontrolatzeko modurik onena da.
—————————————————————————————————————————————————————————————————————— ————————————-
Semicerak eman dezakegrafito zatiak, feltro biguna/zurruna, silizio karburozko piezak, CVD silizio-karburozko piezak, etaSiC/TaC estalitako piezak30 egunetan.
Goiko produktu erdieroaleetan interesa baduzu,mesedez, ez izan zalantzarik lehen aldiz gurekin harremanetan jartzeko.
Tel.: +86-13373889683
WhatsApp: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Argitalpenaren ordua: 2024-abuztuaren 31