1. Aféierung
Ionimplantatioun ass ee vun den Haaptprozesser an der integréierter Circuitfabrikatioun. Et bezitt sech op de Prozess fir en Ionestrahl op eng gewëssen Energie ze beschleunegen (allgemeng am Beräich vu keV bis MeV) an dann an d'Uewerfläch vun engem festen Material ze sprëtzen fir d'physikalesch Eegeschafte vun der Uewerfläch vum Material z'änneren. Am integréierte Circuitprozess ass de festen Material normalerweis Silizium, an déi implantéiert Gëft-Ionen sinn normalerweis Bor-Ionen, Phosphor-Ionen, Arsen-Ionen, Indium-Ionen, Germanium-Ionen, etc. Material oder eng PN-Kräizung bilden. Wann d'Featuregréisst vun integréierte Circuiten op d'Submikron Ära reduzéiert gouf, gouf den Ionimplantatiounsprozess wäit benotzt.
Am integréierte Circuit Fabrikatiounsprozess gëtt Ionimplantatioun normalerweis fir déif begruewe Schichten benotzt, ëmgedréint dotéiert Wells, Schwellspannungsjustéierung, Quell- an Drain-Extensiounsimplantatioun, Quell- an Drain-Implantatioun, Polysilisium-Gate-Doping, Bildung vun PN-Kräizungen a Widderstänn / Kondensatoren, etc. Am Prozess vun der Virbereedung vu Siliziumsubstratmaterialien op Isolatoren ass déi begruewen Oxidschicht haaptsächlech geformt duerch héichkonzentréiert Sauerstoffionimplantatioun, oder intelligent Ausschneiden gëtt duerch héichkonzentréiert Waasserstoffionimplantatioun erreecht.
D'Ionimplantatioun gëtt vun engem Ionimplantateur duerchgefouert, a seng wichtegst Prozessparameter sinn Dosis an Energie: D'Dosis bestëmmt d'Finale Konzentratioun, an d'Energie bestëmmt d'Gamme (dh Déift) vun den Ionen. No verschiddenen Apparat Design Ufuerderunge, sinn d'Implantatioun Konditiounen ënnerdeelt an héich-Dosis héich-Energie, mëttel-Dosis mëttel-Energie, mëttel-Dosis niddereg-Energie, oder héich-Dosis niddereg-Energie. Fir den ideale Implantatiounseffekt ze kréien, sollten verschidden Implantater fir verschidde Prozessfuerderunge ausgestatt sinn.
No der Ionimplantatioun ass et allgemeng noutwendeg fir en Héichtemperatur-Annealungsprozess ze maachen fir de Gitterschued ze reparéieren, deen duerch Ionimplantatioun verursaacht gëtt an d'Gëfter-Ionen aktivéieren. An traditionellen integréierte Circuitprozesser, obwuel d'Annealtemperatur e groussen Afloss op Doping huet, ass d'Temperatur vum Ionimplantatiounsprozess selwer net wichteg. Bei Technologieknäppchen ënner 14nm musse verschidde Ionimplantatiounsprozesser an niddregen oder héijen Temperaturen Ëmfeld ausgefouert ginn fir d'Effekter vum Gitterschued z'änneren, etc.
2. Ion Implantatioun Prozess
2.1 Grondprinzipien
Ionimplantatioun ass en Dopingprozess, deen an den 1960er Joren entwéckelt gouf, deen an de meeschten Aspekter méi héich ass wéi traditionell Diffusiounstechniken.
D'Haaptdifferenzen tëscht Ionimplantatioun Doping an traditionell Diffusioun Doping sinn wéi follegt:
(1) D'Verdeelung vun der Gëftstoffkonzentratioun an der dotéierter Regioun ass anescht. D'Peak Gëftstoffkonzentratioun vun der Ionimplantatioun ass am Kristall lokaliséiert, während d'Peak Gëftstoffkonzentratioun vun der Diffusioun op der Uewerfläch vum Kristall läit.
(2) Ionimplantatioun ass e Prozess dee bei Raumtemperatur oder souguer niddereg Temperatur duerchgefouert gëtt, an d'Produktiounszäit ass kuerz. Diffusiounsdoping erfuerdert eng länger Héichtemperaturbehandlung.
(3) Ionimplantatioun erlaabt méi flexibel a präzis Auswiel vun implantéierten Elementer.
(4) Well Gëftstoffer duerch thermesch Diffusioun betraff sinn, ass d'Welleform, déi duerch Ionimplantatioun am Kristall geformt gëtt, besser wéi d'Welleform, déi duerch Diffusioun am Kristall geformt gëtt.
(5) Ionimplantatioun benotzt normalerweis nëmmen Photoresist als Maskmaterial, awer Diffusiounsdoping erfuerdert de Wuesstum oder Oflagerung vun engem Film vun enger gewësser Dicke als Mask.
(6) Ionimplantatioun huet am Fong d'Diffusioun ersat an ass den Haaptdopingprozess bei der Fabrikatioun vun integréierte Circuits haut ginn.
Wann en Tëschefall Ionestrahl mat enger gewësser Energie e festen Zil (normalerweis e Wafer) bombardéiert, wäerten d'Ionen an d'Atomer op der Ziloberfläch eng Vielfalt vun Interaktiounen ënnerhuelen, an Energie op d'Zilatome op eng gewësse Manéier iwwerdroen fir ze excitéieren oder ze ioniséieren hinnen. D'Ionen kënnen och eng gewësse Quantitéit un Energie duerch Impulstransfer verléieren, a schliisslech duerch d'Zielatome verspreet ginn oder am Zilmaterial ophalen. Wann déi injizéiert Ione méi schwéier sinn, ginn déi meescht vun den Ionen an dat zolidd Zil injizéiert. Am Géigendeel, wann déi injizéiert Ionen méi hell sinn, wäerte vill vun den injizéierten Ionen vun der Ziloberfläche sprangen. Basis, dës héich-Energie-Ionen, déi an d'Zil injizéiert sinn, kollidéiere mat de Gitteratomen an Elektronen am zolidd Zil a variéierend Grad. Ënnert hinnen kann d'Kollisioun tëscht Ionen a festen Zilatome als elastesch Kollisioun ugesi ginn, well se an der Mass no sinn.
2.2 Haaptparameter vun Ionimplantatioun
Ionimplantatioun ass e flexibele Prozess dee strikt Chip Design a Produktiounsufuerderunge erfëllen muss. Wichteg Ionimplantatiounsparameter sinn: Dosis, Range.
Dosis (D) bezitt sech op d'Zuel vun den Ionen, déi pro Eenheet Beräich vun der Siliziumwafer Uewerfläch injizéiert sinn, an Atomer pro Quadratzentimeter (oder Ionen pro Quadratzentimeter). D kann mat der folgender Formel berechent ginn:
Wou D d'Implantatiounsdosis ass (Zuel vun Ionen / Eenheetsfläch); t ass d'Implantatiounszäit; I ass de Strahlstroum; q ass d'Laascht gedroe vum Ion (eng eenzeg Ladung ass 1,6 × 1019C[1]); an S ass d'Implantatiounsberäich.
Ee vun den Haaptgrënn firwat d'Ionimplantatioun eng wichteg Technologie an der Siliziumwafer Fabrikatioun ginn ass, ass datt et ëmmer erëm déiselwecht Dosis Gëftstoffer a Siliziumwaferen implantéiere kann. Den Implantateur erreecht dëst Zil mat der Hëllef vun der positiver Ladung vun den Ionen. Wann déi positiv Gëftstoffer Ionen en Ionestrahl bilden, gëtt säi Flowrate den Ionstrahlstroum genannt, deen a mA gemooss gëtt. D'Gamme vu mëttleren a nidderegen Stroum ass 0,1 bis 10 mA, an d'Gamme vu héije Stroum ass 10 bis 25 mA.
D'Gréisst vum Ionstrahlstroum ass eng Schlësselvariabel bei der Definitioun vun der Dosis. Wann de Stroum eropgeet, erhéicht och d'Zuel vun de Gëftstoffer, déi pro Unitéit Zäit implantéiert sinn. Héich Stroum ass förderlech fir d'Ausbezuele vu Siliziumwafer ze erhéijen (méi Ionen pro Eenheet Produktiounszäit injizéieren), awer et verursaacht och Uniformitéitsproblemer.
3. Ion Implantatioun Equipement
3.1 Basis Struktur
Ionimplantatiounsausrüstung enthält 7 Basismoduler:
① Ion Quell an absorber;
② Mass Analyser (dh analytesch Magnéit);
③ Beschleuniger Röhre;
④ Scannen Scheif;
⑤ elektrostatesch Neutraliséierungssystem;
⑥ Prozess Chamber;
⑦ Dosis Kontroll System.
All Moduler sinn an engem Vakuum Ëmfeld etabléiert vum Vakuum System. D'Basis strukturell Diagramm vum Ionimplantator gëtt an der Figur hei ënnen gewisen.
(1)Ion Quell:
Normalerweis an der selwechter Vakuumkammer wéi d'Saugelektrode. D'Gëftstoffer, déi op injizéiert ginn, mussen an engem Ionenzoustand existéieren fir vum elektresche Feld kontrolléiert a beschleunegt ze ginn. Déi meescht benotzt B+, P+, As+, etc. ginn duerch ioniséierend Atomer oder Moleküle kritt.
Déi benotzte Gëftstofferquellen sinn BF3, PH3 an AsH3, etc., an hir Strukture ginn an der Figur hei ënnen gewisen. D'Elektronen, déi vum Filament verëffentlecht ginn, kollidéieren mat Gasatome fir Ionen ze produzéieren. Elektrone ginn normalerweis vun enger waarmer Wolfram Filamentquell generéiert. Zum Beispill, d'Berner Ionquell, d'Kathodefilament gëtt an enger Bogenkammer mat engem Gasinngang installéiert. Déi bannescht Mauer vun der Bogenkammer ass d'Anode.
Wann d'Gasquell agefouert gëtt, passéiert e grousse Stroum duerch de Filament, an eng Spannung vun 100 V gëtt tëscht de positiven an negativen Elektroden applizéiert, déi héich-Energie-Elektronen ronderëm de Filament generéieren. Positiv Ionen ginn generéiert nodeems d'High-Energie Elektronen mat de Quellgasmoleküle kollidéieren.
Den externen Magnéit applizéiert e Magnéitfeld parallel zum Filament fir d'Ioniséierung ze erhéijen an de Plasma ze stabiliséieren. An der Bogenkammer, um aneren Enn relativ zum Filament, gëtt et en negativ geluedenen Reflektor deen d'Elektronen zréck reflektéiert fir d'Generatioun an d'Effizienz vun Elektronen ze verbesseren.
(2)Absorptioun:
Et gëtt benotzt fir positiv Ionen ze sammelen, déi an der Bogenkammer vun der Ionequell generéiert ginn an se an en Ionestrahl bilden. Well d'Boukammer d'Anode ass an d'Kathode negativ op der Saugelektrode ënnerdréckt ass, kontrolléiert dat generéiert elektrescht Feld déi positiv Ionen, sou datt se an d'Saugelektrode bewegen an aus dem Ioneschlit erausgezunn ginn, wéi an der Figur hei ënnendrënner. . Wat méi grouss d'elektresch Feldstäerkt ass, wat méi grouss ass d'kinetesch Energie déi d'Ionen no der Beschleunegung gewannen. Et gëtt och eng Ënnerdréckungsspannung op der Saugelektrode fir Interferenz vun Elektronen am Plasma ze vermeiden. Zur selwechter Zäit kann d'Ënnerdréckungselektrode Ionen an en Ionenstrahl bilden an se an e parallele Ionstrahlstroum fokusséieren, sou datt et duerch den Implantator passéiert.
(3)Mass Analyser:
Et kënne vill Arten vun Ionen aus der Ionequell generéiert ginn. Ënnert der Beschleunigung vun der Anodespannung beweegen d'Ionen mat héijer Geschwindegkeet. Verschidde Ionen hu verschidden Atommass Eenheeten a verschidde Mass-zu-Lade Verhältnisser.
(4)Beschleuniger Röhre:
Fir méi héich Geschwindegkeet ze kréien, ass méi héich Energie erfuerderlech. Zousätzlech zum elektresche Feld, deen vum Anode a Massenanalysator zur Verfügung gestallt gëtt, ass och en elektrescht Feld am Beschleunigungsröhr fir Beschleunegung erfuerderlech. De Beschleunigungsröhr besteet aus enger Serie vun Elektroden, déi vun engem Dielektrikum isoléiert sinn, an d'negativ Spannung op den Elektroden erhéicht an der Sequenz duerch d'Serieverbindung. Wat méi héich d'Gesamtspannung ass, wat méi grouss d'Geschwindegkeet vun den Ionen kritt, dat heescht, wat d'Energie méi grouss ass. Héich Energie kann et erlaben datt Gëfter-Ionen déif an de Siliziumwafer injizéiert ginn fir en déiwe Kräizung ze bilden, während eng niddreg Energie ka benotzt ginn fir e flaache Kräizung ze maachen.
(5)Scannen Disk
De fokusséierten Ionestrahl ass normalerweis ganz kleng am Duerchmiesser. Den Duerchmiesser vum Strahlfleck vun engem Mëttelstrahlstroumimplanter ass ongeféier 1 cm, an dee vun engem grousse Strahlstroumimplantator ass ongeféier 3 cm. De ganze Siliziumwafer muss duerch Scannen bedeckt ginn. D'Wiederholbarkeet vun der Dosisimplantatioun gëtt duerch Scannen bestëmmt. Normalerweis ginn et véier Aarte vun Implantater Scannen Systemer:
① elektrostatesch Scannen;
② mechanesch Scannen;
③ Hybrid Scannen;
④ parallel Scannen.
(6)Statescht Elektrizitéitsneutraliséierungssystem:
Wärend dem Implantatiounsprozess trefft den Ionenstrahl op de Siliziumwafer a verursaacht Ladung op der Maskoberfläche accumuléiert. Déi resultéierend Chargeakkumulatioun verännert d'Ladebalance am Ionestrahl, wat de Strahlfleck méi grouss mécht an d'Dosisverdeelung ongläich ass. Et kann souguer duerch d'Uewerflächoxidschicht duerchbriechen an Apparatausfall verursaachen. Elo ginn d'Silisiumwafer an d'Ionenstrahl normalerweis an engem stabile Plasma-Ëmfeld mat héijer Dicht plazéiert, e Plasma Elektronenduschsystem genannt, wat d'Ladung vun der Siliziumwafer kontrolléiere kann. Dës Method extrahéiert Elektronen aus dem Plasma (normalerweis Argon oder Xenon) an enger Bogenkammer, déi am Ionenstrahlwee an no bei der Siliziumwafer läit. De Plasma gëtt gefiltert an nëmmen sekundär Elektronen kënnen d'Uewerfläch vum Siliziumwafer erreechen fir déi positiv Ladung ze neutraliséieren.
(7)Prozess Kavitéit:
D'Injektioun vun Ionenstrahlen a Siliziumwafere geschitt an der Prozesskammer. D'Prozesskammer ass e wichtege Bestanddeel vum Implanter, dorënner e Scannersystem, eng Terminalstatioun mat engem Vakuumschloss fir d'Luede an d'Entluede vu Siliziumwafers, e Siliziumwafer Transfersystem, an e Computerkontrollsystem. Zousätzlech ginn et e puer Apparater fir Dosen ze iwwerwaachen a Kanaleffekter ze kontrolléieren. Wann mechanesch Scannen benotzt gëtt, wäert d'Terminalstatioun relativ grouss sinn. De Vakuum vun der Prozesskammer gëtt op den ënneschten Drock gepompelt, dee vum Prozess erfuerderlech ass, vun enger Multi-Stage mechanesch Pompel, enger turbomolekulärer Pompel, an enger Kondensatiounspompel, déi allgemeng ongeféier 1 × 10-6Torr oder manner ass.
(8)Doséierungskontrollsystem:
Echtzäit Dosis Iwwerwaachung an engem Ionimplantator gëtt erreecht andeems d'Ionestrahl gemooss gëtt, déi de Siliziumwafer erreecht. Den Ionstrahlstroum gëtt gemooss mat engem Sensor genannt Faraday Cup. An engem einfache Faraday System gëtt et e Stroumsensor am Ionenstrahlwee, deen de Stroum moosst. Wéi och ëmmer, dëst stellt e Problem, well den Ionestrahl mam Sensor reagéiert a sekundär Elektronen produzéiert, déi zu falsche Stroumlesungen resultéieren. E Faraday System kann sekundär Elektronen ënnerdrécken mat elektreschen oder magnetesche Felder fir eng richteg Strahlstroumlesung ze kréien. De Stroum, dee vum Faraday System gemooss gëtt, gëtt an en elektroneschen Dosiskontroller gefüttert, deen als Stroumakkumulator wierkt (dee kontinuéierlech de gemoossene Strahlstroum accumuléiert). De Controller gëtt benotzt fir de Gesamtstroum mat der entspriechender Implantatiounszäit ze bezéien an d'Zäit ze berechnen déi fir eng gewëssen Dosis néideg ass.
3.2 Schued Reparatur
Ionimplantatioun wäert Atomer aus der Gitterstruktur klappen an d'Silisiumwafer Gitter beschiedegen. Wann déi implantéiert Dosis grouss ass, gëtt déi implantéiert Schicht amorph. Zousätzlech besetzen déi implantéiert Ionen am Fong net d'Gitterpunkte vum Silizium, awer bleiwen an de Gitterspaltpositiounen. Dës interstitiell Gëftstoffer kënnen nëmmen no engem Héichtemperatur-Glühungsprozess aktivéiert ginn.
Annealing kann de implantéierte Siliziumwafer erhëtzen fir Gitterfehler ze reparéieren; et kann och Gëftstoffer Atomer op d'Gitter Punkten plënneren an aktivéieren. D'Temperatur déi néideg ass fir Gitterfehler ze reparéieren ass ongeféier 500 ° C, an d'Temperatur déi néideg ass fir Gëftstoffatome ze aktivéieren ass ongeféier 950 ° C. D'Aktivatioun vu Gëftstoffer ass mat der Zäit an der Temperatur verbonnen: wat méi laang d'Zäit ass a wat d'Temperatur méi héich ass, wat méi komplett d'Gëftstoffer aktivéiert ginn. Et ginn zwou Basismethoden fir Siliziumwaferen ze annealéieren:
① Héich-Temperatur Schmelzhäre annealing;
② rapid thermesch annealing (RTA).
Héich Temperatur Uewen annealing: Héich Temperatur Schmelzhäre annealing ass eng traditionell annealing Method, déi en Héichtemperatur Uewen benotzt der Silicon wafer op 800-1000 ℃ Hëtzt an halen et fir 30 Minutten. Bei dëser Temperatur réckelen d'Silisiumatome zréck an d'Gitterpositioun, an d'Gëftstoffatome kënnen och d'Silisiumatome ersetzen an an d'Gitter kommen. Wéi och ëmmer, Hëtztbehandlung bei esou enger Temperatur an Zäit wäert zu der Diffusioun vu Gëftstoffer féieren, wat eppes ass wat d'modern IC-Fabrikatiounsindustrie net wëllt gesinn.
Rapid Thermal Annealing: Rapid Thermal Annealing (RTA) behandelt Siliziumwafere mat extrem séier Temperaturerhéijung a kuerzer Dauer bei der Ziltemperatur (normalerweis 1000 ° C). Annealing vun implantéierte Siliziumwafer gëtt normalerweis an engem schnelle thermesche Prozessor mat Ar oder N2 gemaach. De schnelle Temperaturerhéijungsprozess a kuerzer Dauer kënnen d'Reparatur vu Gitterfehler optimiséieren, d'Aktivatioun vun Gëftstoffer an d'Inhibitioun vun der Gëftstoffdiffusioun optimiséieren. RTA kann och transient verstäerkte Diffusioun reduzéieren an ass de beschte Wee fir d'Kräizungsdéift a flaache Kräizungsimplantater ze kontrolléieren.
———————————————————————————————————————————————— ———————————
Semicera kann ubiddengraphite Deeler, mëll / steiwe Filz, Siliziumkarbid Deeler, CVD Siliziumkarbid Deeler,an anSiC / TaC Beschichtete Deelermat an 30 Deeg.
Wann Dir un den uewe genannten Halbleiterprodukter interesséiert sidd,zéckt net fir eis déi éischte Kéier ze kontaktéieren.
Tel: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Post Zäit: Aug-31-2024