1. Pambuka
Implantasi ion minangka salah sawijining proses utama ing manufaktur sirkuit terpadu. Iki nuduhake proses nyepetake sinar ion menyang energi tartamtu (umume ing kisaran keV nganti MeV) lan banjur nyuntikake menyang permukaan bahan padhet kanggo ngganti sifat fisik permukaan materi. Ing proses sirkuit terpadu, bahan padhet biasane silikon, lan ion impurity sing ditanem biasane ion boron, ion fosfor, ion arsenik, ion indium, ion germanium, lan liya-liyane. materi utawa mbentuk prapatan PN. Nalika ukuran fitur sirkuit terpadu dikurangi dadi jaman sub-mikron, proses implantasi ion akeh digunakake.
Ing proses manufaktur sirkuit terpadu, implantasi ion biasane digunakake kanggo lapisan sing dikubur jero, sumur doped mbalikke, pangaturan tegangan ambang, implantasi ekstensi sumber lan saluran, implantasi sumber lan saluran, doping gerbang polysilicon, mbentuk persimpangan PN lan resistor / kapasitor, lsp. Ing proses nyiapake bahan substrat silikon ing insulator, lapisan oksida sing dikubur utamane dibentuk dening implantasi ion oksigen konsentrasi dhuwur, utawa pemotongan cerdas digayuh kanthi implantasi ion hidrogen konsentrasi dhuwur.
Implantasi ion ditindakake dening implanter ion, lan paramèter proses sing paling penting yaiku dosis lan energi: dosis nemtokake konsentrasi pungkasan, lan energi nemtokake jarak (yaiku, ambane) ion. Miturut syarat desain piranti sing beda-beda, kondisi implantasi dipérang dadi dhuwur-dosis dhuwur-energi, medium-dosis medium-energi, medium-dosis kurang-energi, utawa dhuwur-dosis kurang-energi. Kanggo entuk efek implantasi sing cocog, implanter sing beda kudu dilengkapi kanggo syarat proses sing beda.
Sawise implantasi ion, umume kudu ngalami proses annealing suhu dhuwur kanggo ndandani karusakan kisi sing disebabake dening implantasi ion lan ngaktifake ion impurity. Ing pangolahan sirkuit terpadu tradisional, sanajan suhu annealing nduweni pengaruh gedhe ing doping, suhu proses implantasi ion dhewe ora penting. Ing simpul teknologi ing ngisor 14nm, proses implantasi ion tartamtu kudu ditindakake ing lingkungan suhu sing sithik utawa dhuwur kanggo ngganti efek karusakan kisi, lsp.
2. proses implantasi ion
2.1 Prinsip dhasar
Implantasi ion minangka proses doping sing dikembangake ing taun 1960-an sing luwih unggul tinimbang teknik difusi tradisional ing pirang-pirang aspek.
Bedane utama antarane doping implantasi ion lan doping difusi tradisional yaiku:
(1) Distribusi konsentrasi impurity ing wilayah doped beda. Konsentrasi impuritas puncak implantasi ion dumunung ing jero kristal, dene konsentrasi impuritas puncak difusi dumunung ing permukaan kristal.
(2) Implantasi ion minangka proses sing ditindakake ing suhu kamar utawa malah suhu sing kurang, lan wektu produksi cendhak. Doping difusi mbutuhake perawatan suhu dhuwur sing luwih dawa.
(3) Implantasi ion ngidini pilihan sing luwih fleksibel lan tepat saka unsur sing ditanem.
(4) Amarga impurities kena pengaruh difusi termal, gelombang sing dibentuk dening implantasi ion ing kristal luwih apik tinimbang gelombang sing dibentuk dening difusi ing kristal.
(5) Implantasi ion biasane mung nggunakake photoresist minangka bahan topeng, nanging doping difusi mbutuhake wutah utawa deposisi film kanthi kekandelan tartamtu minangka topeng.
(6) implantasi ion Sejatine wis ngganti difusi lan dadi proses doping utama ing Pabrik sirkuit terpadu saiki.
Nalika sinar ion kedadean kanthi energi tartamtu nyerang target sing padhet (biasane wafer), ion lan atom ing permukaan target bakal ngalami macem-macem interaksi, lan mindhah energi menyang atom target kanthi cara tartamtu kanggo excite utawa ionisasi. wong-wong mau. Ion uga bisa ilang jumlah energi tartamtu liwat transfer momentum, lan pungkasane kasebar dening atom target utawa mandheg ing materi target. Yen ion sing disuntikake luwih abot, akeh ion bakal disuntikake menyang target sing padhet. Kosok baline, yen ion sing disuntikake luwih entheng, akeh ion sing disuntikake bakal mumbul saka permukaan target. Sejatine, ion energi dhuwur sing disuntikake menyang target bakal tabrakan karo atom kisi lan elektron ing target padhet kanthi derajat sing beda-beda. Ing antarane, tabrakan antarane ion lan atom target sing padhet bisa dianggep minangka tabrakan elastis amarga massane cedhak.
2.2 Parameter utama implantasi ion
Implantasi ion minangka proses fleksibel sing kudu nyukupi desain chip lan syarat produksi sing ketat. Parameter implantasi ion penting yaiku: dosis, kisaran.
Dosis (D) nuduhake jumlah ion sing disuntikake saben unit area permukaan wafer silikon, ing atom saben centimeter persegi (utawa ion saben centimeter persegi). D bisa diitung nganggo rumus ing ngisor iki:
Ing endi D yaiku dosis implantasi (jumlah ion / area unit); t yaiku wektu implantasi; Aku saiki balok; q minangka muatan sing digawa dening ion (muatan siji yaiku 1,6 × 1019C [1]); lan S minangka area implantasi.
Salah sawijining sebab utama kenapa implantasi ion dadi teknologi penting ing manufaktur wafer silikon yaiku bisa bola-bali implan impurities dosis sing padha menyang wafer silikon. Implanter entuk gol iki kanthi bantuan muatan positif saka ion. Nalika ion pengotor positif mbentuk sinar ion, laju aliran kasebut diarani arus sinar ion, sing diukur ing mA. Kisaran arus medium lan kurang yaiku 0,1 nganti 10 mA, lan kisaran arus dhuwur yaiku 10 nganti 25 mA.
Gedhene arus sinar ion minangka variabel kunci kanggo nemtokake dosis. Yen saiki mundhak, jumlah atom impurity sing ditanem saben unit wektu uga mundhak. Arus dhuwur bisa nambah asil wafer silikon (nyuntikake luwih akeh ion saben wektu produksi unit), nanging uga nyebabake masalah keseragaman.
3. peralatan implantasi ion
3.1 Struktur dhasar
Peralatan implantasi ion kalebu 7 modul dhasar:
① sumber ion lan absorber;
② mass analyzer (yaiku magnet analitik);
③ tabung akselerator;
④ scan disk;
⑤ sistem netralisasi elektrostatik;
⑥ proses kamar;
⑦ sistem kontrol dosis.
All modul ana ing lingkungan vakum ditetepake dening sistem vakum. Diagram struktural dhasar saka implanter ion ditampilake ing gambar ing ngisor iki.
(1)Sumber ion:
Biasane ing kamar vakum sing padha karo elektroda nyedhot. Kotoran sing nunggu disuntikake kudu ana ing negara ion supaya bisa dikontrol lan dipercepat dening medan listrik. B+, P+, As+, lan liya-liyane sing paling umum digunakake dipikolehi kanthi atom utawa molekul ionisasi.
Sumber najis sing digunakake yaiku BF3, PH3 lan AsH3, lan liya-liyane, lan strukture ditampilake ing gambar ing ngisor iki. Elektron sing dibebasake dening filamen tabrakan karo atom gas kanggo ngasilake ion. Elektron biasane digawe dening sumber filamen tungsten panas. Contone, sumber ion Berners, filamen katoda dipasang ing kamar busur kanthi inlet gas. Tembok njero ruangan busur yaiku anoda.
Nalika sumber gas ditepungi, arus gedhe liwat filamen, lan voltase 100 V ditrapake ing antarane elektroda positif lan negatif, sing bakal ngasilake elektron energi dhuwur ing sekitar filamen. Ion positif diasilake sawise elektron energi dhuwur tabrakan karo molekul gas sumber.
Magnetik eksternal nggunakake medan magnet sing sejajar karo filamen kanggo nambah ionisasi lan nyetabilake plasma. Ing kamar busur, ing mburi liyane relatif kanggo filament, ana reflektor daya negatif sing nuduhake elektron bali kanggo nambah generasi lan efficiency elektron.
(2)panyerepan:
Iki digunakake kanggo ngumpulake ion positif sing diasilake ing ruang busur sumber ion lan mbentuk sinar ion. Wiwit kamar busar minangka anoda lan katoda kanthi tekanan negatif ing elektroda nyedhot, medan listrik sing diasilake ngontrol ion positif, nyebabake dheweke pindhah menyang elektroda nyedhot lan ditarik metu saka celah ion, kaya sing ditampilake ing gambar ing ngisor iki. . Sing luwih gedhe kekuatan medan listrik, sing luwih gedhe energi kinetik ion gain sawise akselerasi. Ana uga voltase supresi ing elektroda nyedhot kanggo nyegah gangguan saka elektron ing plasma. Ing wektu sing padha, elektroda supresi bisa mbentuk ion dadi sinar ion lan fokus menyang aliran sinar ion paralel supaya bisa ngliwati implanter.
(3)Analisa massa:
Bisa uga ana akeh jinis ion sing diasilake saka sumber ion. Ing akselerasi voltase anoda, ion-ion pindhah kanthi kacepetan dhuwur. Ion sing beda duwe unit massa atom sing beda lan rasio massa-kanggo-muatan sing beda.
(4)Tabung akselerator:
Kanggo entuk kacepetan sing luwih dhuwur, energi sing luwih dhuwur dibutuhake. Saliyane medan listrik sing diwenehake dening anoda lan penganalisis massa, medan listrik sing diwenehake ing tabung akselerator uga dibutuhake kanggo akselerasi. Tabung akselerator kasusun saka seri elektrods diisolasi dening dielektrik, lan voltase negatif ing elektrods mundhak ing urutan liwat sambungan seri. Sing luwih dhuwur voltase total, luwih gedhe kacepetan sing dipikolehi dening ion, yaiku, energi sing digawa luwih gedhe. Energi dhuwur bisa ngidini ion impurity disuntikake menyang wafer silikon kanggo mbentuk persimpangan jero, nalika energi kurang bisa digunakake kanggo nggawe persimpangan cethek.
(5)Scanning disk
Beam ion fokus biasane diameteripun cilik banget. Dhiameter titik balok saka implanter arus balok medium kira-kira 1 cm, lan implanter arus balok gedhe kira-kira 3 cm. Wafer silikon kabeh kudu ditutupi kanthi mindhai. Baleni implantasi dosis ditemtokake kanthi mindhai. Biasane, ana papat jinis sistem scanning implanter:
① scanning elektrostatik;
② scanning mekanik;
③ mindhai hibrida;
④ pemindaian paralel.
(6)Sistem netralisasi listrik statis:
Sajrone proses implantasi, sinar ion tekan wafer silikon lan nyebabake muatan nglumpukake ing permukaan topeng. Akumulasi muatan sing diasilake ngganti keseimbangan muatan ing sinar ion, nggawe titik sinar luwih gedhe lan distribusi dosis ora rata. Malah bisa nembus lapisan oksida permukaan lan nyebabake kegagalan piranti. Saiki, wafer silikon lan sinar ion biasane diselehake ing lingkungan plasma kapadhetan dhuwur sing stabil sing disebut sistem padusan elektron plasma, sing bisa ngontrol ngisi wafer silikon. Cara iki ngekstrak elektron saka plasma (biasane argon utawa xenon) ing ruang busur sing ana ing jalur sinar ion lan cedhak wafer silikon. Plasma disaring lan mung elektron sekunder sing bisa tekan permukaan wafer silikon kanggo netralake muatan positif.
(7)Rongga proses:
Injeksi sinar ion menyang wafer silikon dumadi ing ruang proses. Kamar proses minangka bagéyan penting saka implanter, kalebu sistem pemindaian, stasiun terminal kanthi kunci vakum kanggo ngisi lan mbongkar wafer silikon, sistem transfer wafer silikon, lan sistem kontrol komputer. Kajaba iku, ana sawetara piranti kanggo ngawasi dosis lan ngontrol efek saluran. Yen mindhai mechanical digunakake, stasiun terminal bakal relatif gedhe. Vakum saka kamar proses dipompa menyang tekanan ngisor sing dibutuhake dening proses kanthi pompa mekanik multi-tataran, pompa turbomolekul, lan pompa kondensasi, sing umume kira-kira 1 × 10-6Torr utawa kurang.
(8)Sistem kontrol dosis:
Pemantauan dosis wektu nyata ing implanter ion ditindakake kanthi ngukur sinar ion sing tekan wafer silikon. Arus sinar ion diukur nganggo sensor sing diarani cangkir Faraday. Ing sistem Faraday sing prasaja, ana sensor saiki ing jalur sinar ion sing ngukur arus. Nanging, iki nyebabake masalah, amarga sinar ion bereaksi karo sensor lan ngasilake elektron sekunder sing bakal nyebabake maca arus sing salah. Sistem Faraday bisa nyuda elektron sekunder kanthi nggunakake medan listrik utawa magnet kanggo entuk maca saiki sinar sing bener. Arus sing diukur dening sistem Faraday diwenehake menyang pengontrol dosis elektronik, sing tumindak minangka akumulator saiki (sing terus-terusan nglumpukake arus sinar sing diukur). Kontroler digunakake kanggo ngubungake total saiki menyang wektu implantasi sing cocog lan ngitung wektu sing dibutuhake kanggo dosis tartamtu.
3.2 Karusakan ndandani
Implantasi ion bakal ngalahake atom metu saka struktur kisi lan ngrusak kisi wafer silikon. Yen dosis sing ditanem gedhe, lapisan sing ditanem bakal dadi amorf. Kajaba iku, ion sing ditanem ing dasare ora ngenggoni titik kisi silikon, nanging tetep ing posisi longkangan kisi. Kotoran interstisial iki mung bisa diaktifake sawise proses anil suhu dhuwur.
Annealing bisa dadi panas wafer silikon sing ditanem kanggo ndandani cacat kisi; uga bisa mindhah atom impurity menyang titik kisi lan ngaktifake. Suhu sing dibutuhake kanggo ndandani cacat kisi kira-kira 500 ° C, lan suhu sing dibutuhake kanggo ngaktifake atom najis kira-kira 950 ° C. Aktivasi impurities ana hubungane karo wektu lan suhu: saya suwe wektu lan suhu sing luwih dhuwur, luwih lengkap impurities diaktifake. Ana rong cara dhasar kanggo anil wafer silikon:
① suhu dhuwur tungku anil;
② rapid thermal annealing (RTA).
Annealing tungku suhu dhuwur: Annealing tungku suhu dhuwur minangka cara anil tradisional, sing nggunakake tungku suhu dhuwur kanggo panas wafer silikon nganti 800-1000 ℃ lan tetep nganti 30 menit. Ing suhu iki, atom silikon bali menyang posisi kisi, lan atom impurity uga bisa ngganti atom silikon lan mlebu kisi. Nanging, perawatan panas ing suhu lan wektu kasebut bakal nyebabake panyebaran impurities, yaiku sing ora pengin dideleng ing industri manufaktur IC modern.
Rapid Thermal Annealing: Rapid thermal annealing (RTA) nambani wafer silikon kanthi suhu sing cepet banget lan durasi sing cendhak ing suhu target (biasane 1000 ° C). Annealing wafer silikon sing ditanem biasane ditindakake ing prosesor termal kanthi cepet kanthi Ar utawa N2. Proses kenaikan suhu kanthi cepet lan durasi sing cendhak bisa ngoptimalake ndandani cacat kisi, aktivasi impurities lan nyegah panyebaran impurity. RTA uga bisa nyuda difusi ditingkatake sementara lan minangka cara paling apik kanggo ngontrol kedalaman persimpangan ing implan persimpangan cethek.
——————————————————————————————————————————————— ———————————-
Semicera bisa nyedhiyanibagean grafit, alus/kaku felt, bagean silikon karbida, Bagian CVD silikon karbida, lanSiC / TaC dilapisi bageankaro ing 30 dina.
Yen sampeyan kasengsem ing produk semikonduktor ing ndhuwur,aja ragu-ragu kanggo hubungi kita ing pisanan.
Telpon: +86-13373889683
WhatsApp: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Wektu kirim: Aug-31-2024