1. Utangulizi
Uwekaji wa ion ni moja ya michakato kuu katika utengenezaji wa mzunguko jumuishi. Inarejelea mchakato wa kuongeza kasi ya boriti ya ioni kwa nishati fulani (kwa ujumla katika safu ya keV hadi MeV) na kisha kuiingiza kwenye uso wa nyenzo ngumu ili kubadilisha sifa za kimwili za uso wa nyenzo. Katika mchakato wa mzunguko jumuishi, nyenzo imara ni silicon, na ioni za uchafu zilizopandikizwa kawaida ni ioni za boroni, ioni za fosforasi, ioni za arseniki, ioni za indium, ioni za germanium, nk. Ioni zilizopandikizwa zinaweza kubadilisha conductivity ya uso wa imara. nyenzo au kuunda makutano ya PN. Wakati ukubwa wa kipengele cha saketi zilizounganishwa ulipunguzwa hadi enzi ya micron ndogo, mchakato wa uwekaji wa ayoni ulitumiwa sana.
Katika mchakato wa utengenezaji wa mzunguko jumuishi, uwekaji wa ioni kwa kawaida hutumiwa kwa tabaka za kina zilizozikwa, visima vya kurudi nyuma, marekebisho ya voltage ya kizingiti, upandaji wa upanuzi wa chanzo na kukimbia, upandaji wa chanzo na kukimbia, doping ya lango la polysilicon, kuunda makutano ya PN na vipinga / capacitors, nk. Katika mchakato wa kuandaa nyenzo za substrate ya silicon kwenye vihami, safu ya oksidi iliyozikwa huundwa hasa na upandaji wa ioni ya oksijeni ya ukolezi wa juu, au kukata kwa akili kunapatikana kwa upandikizaji wa ioni ya hidrojeni ya high-concentration.
Uwekaji wa ioni hufanywa na kipandikizi cha ioni, na vigezo vyake muhimu zaidi vya mchakato ni kipimo na nishati: kipimo huamua mkusanyiko wa mwisho, na nishati huamua anuwai (yaani, kina) cha ioni. Kulingana na mahitaji tofauti ya muundo wa kifaa, masharti ya upandikizaji yamegawanywa katika kiwango cha juu cha nishati, kiwango cha wastani cha nishati, kiwango cha wastani cha nishati ya chini, au kiwango cha juu cha nishati ya chini. Ili kupata athari bora ya uwekaji, vipandikizi tofauti vinapaswa kuwa na vifaa kwa mahitaji tofauti ya mchakato.
Baada ya kupandikizwa kwa ioni, kwa ujumla ni muhimu kupitia mchakato wa uwekaji wa hewa ya halijoto ya juu ili kurekebisha uharibifu wa kimiani unaosababishwa na upachikaji wa ayoni na kuamilisha ioni za uchafu. Katika michakato ya jadi iliyojumuishwa ya mzunguko, ingawa halijoto ya annealing ina ushawishi mkubwa kwenye doping, halijoto ya mchakato wa upachikaji wa ioni yenyewe si muhimu. Katika nodi za teknolojia chini ya 14nm, michakato fulani ya uwekaji wa ioni inahitaji kufanywa katika mazingira ya joto la chini au la juu ili kubadilisha athari za uharibifu wa kimiani, nk.
2. mchakato wa implantation ya ion
2.1 Kanuni za Msingi
Uwekaji wa ioni ni mchakato wa dawa za kuongeza nguvu mwilini uliotengenezwa miaka ya 1960 ambao ni bora kuliko mbinu za kitamaduni za uenezaji katika nyanja nyingi.
Tofauti kuu kati ya doping ya uwekaji wa ioni na dawa za jadi za uenezaji ni kama ifuatavyo.
(1) Usambazaji wa mkusanyiko wa uchafu katika eneo la doped ni tofauti. Mkusanyiko wa kilele wa uchafu wa upandikizaji wa ioni unapatikana ndani ya fuwele, wakati kilele cha mkusanyiko wa uchafu wa mgawanyiko kiko juu ya uso wa fuwele.
(2) Uwekaji wa ion ni mchakato unaofanywa kwa joto la kawaida au hata joto la chini, na muda wa uzalishaji ni mfupi. Usambazaji wa doping unahitaji matibabu ya muda mrefu ya joto la juu.
(3) Uwekaji wa ioni huruhusu uteuzi rahisi zaidi na sahihi wa vipengele vilivyopandikizwa.
(4) Kwa kuwa uchafu huathiriwa na uenezaji wa mafuta, umbo la mawimbi linaloundwa na kupandikizwa kwa ayoni kwenye fuwele ni bora kuliko umbo la mawimbi linaloundwa na usambaaji katika fuwele.
(5) Upandikizaji wa ioni kwa kawaida hutumia tu mpiga picha kama nyenzo ya kinyago, lakini upandikizaji wa ioni unahitaji ukuaji au uwekaji wa filamu ya unene fulani kama kinyago.
(6) Uwekaji wa ioni kimsingi umechukua nafasi ya uenezaji na kuwa mchakato mkuu wa doping katika utengenezaji wa saketi zilizounganishwa leo.
Wakati boriti ya ioni ya tukio yenye nishati fulani inapopiga shabaha thabiti (kawaida kaki), ayoni na atomi kwenye uso unaolengwa zitapitia mwingiliano wa aina mbalimbali, na kuhamisha nishati hadi kwa atomi lengwa kwa njia fulani ili kusisimua au kuaini. yao. Ioni pia zinaweza kupoteza kiasi fulani cha nishati kupitia uhamishaji wa kasi, na hatimaye kutawanywa na atomi lengwa au kuacha kwenye nyenzo inayolengwa. Ikiwa ioni zilizodungwa ni nzito, ioni nyingi zitadungwa kwenye shabaha thabiti. Kinyume chake, ikiwa ioni zilizodungwa ni nyepesi, ioni nyingi zilizodungwa zitaruka kutoka kwa uso unaolengwa. Kimsingi, ioni hizi za nishati ya juu hudungwa kwenye lengwa zitagongana na atomi za kimiani na elektroni katika shabaha thabiti kwa viwango tofauti. Miongoni mwao, mgongano kati ya ioni na atomi thabiti inayolengwa inaweza kuzingatiwa kama mgongano wa elastic kwa sababu ziko karibu kwa wingi.
2.2 Vigezo kuu vya uwekaji wa ioni
Uwekaji wa ion ni mchakato unaonyumbulika ambao lazima ukidhi mahitaji madhubuti ya muundo wa chip na uzalishaji. Vigezo muhimu vya uwekaji wa ion ni: kipimo, anuwai.
Kipimo (D) kinarejelea idadi ya ayoni zilizodungwa kwa kila kitengo cha uso wa kaki ya silicon, katika atomi kwa kila sentimita ya mraba (au ioni kwa kila sentimita ya mraba). D inaweza kuhesabiwa kwa formula ifuatayo:
Ambapo D ni kipimo cha kupandikiza (idadi ya ioni / eneo la kitengo); t ni wakati wa kupandikiza; Mimi ni mkondo wa boriti; q ni malipo yanayobebwa na ayoni (chaji moja ni 1.6×1019C[1]); na S ni eneo la kupandikiza.
Mojawapo ya sababu kuu kwa nini uwekaji wa ayoni umekuwa teknolojia muhimu katika utengenezaji wa kaki ya silicon ni kwamba inaweza kupandikiza tena kipimo sawa cha uchafu kwenye kaki za silicon. Mpandaji hufikia lengo hili kwa msaada wa malipo mazuri ya ions. Wakati ions chanya ya uchafu huunda boriti ya ion, kiwango cha mtiririko wake kinaitwa sasa ya boriti ya ion, ambayo hupimwa kwa mA. Upeo wa mikondo ya kati na ya chini ni 0.1 hadi 10 mA, na aina mbalimbali za mikondo ya juu ni 10 hadi 25 mA.
Ukubwa wa sasa wa boriti ya ioni ni kigezo muhimu katika kufafanua kipimo. Ikiwa sasa inaongezeka, idadi ya atomi za uchafu zilizopandikizwa kwa kila kitengo pia huongezeka. Mkondo wa juu unafaa kwa kuongeza mavuno ya kaki ya silicon (kudunga ioni zaidi kwa kila wakati wa uzalishaji wa kitengo), lakini pia husababisha matatizo ya usawa.
3. vifaa vya kupandikiza ioni
3.1 Muundo wa Msingi
Vifaa vya uwekaji wa ion ni pamoja na moduli 7 za msingi:
① chanzo cha ioni na kifyonza;
② molekuli analyzer (yaani uchambuzi sumaku);
③ bomba la kuongeza kasi;
④ diski ya kuchanganua;
⑤ umemetuamo neutralization mfumo;
⑥ chumba cha mchakato;
⑦ mfumo wa kudhibiti kipimo.
Amoduli zote ziko katika mazingira ya utupu yaliyoanzishwa na mfumo wa utupu. Mchoro wa msingi wa kimuundo wa implant ya ion umeonyeshwa kwenye takwimu hapa chini.
(1)Chanzo cha ion:
Kawaida katika chumba cha utupu sawa na electrode ya kunyonya. Uchafu unaosubiri kudungwa lazima uwepo katika hali ya ioni ili kudhibitiwa na kuharakishwa na uwanja wa umeme. B+, P+, As+, nk zinazotumiwa zaidi zinapatikana kwa atomi za ionizing au molekuli.
Vyanzo vya uchafu vinavyotumiwa ni BF3, PH3 na ASH3, nk, na miundo yao imeonyeshwa kwenye takwimu hapa chini. Elektroni zinazotolewa na filamenti hugongana na atomi za gesi ili kutoa ayoni. Elektroni kawaida huzalishwa na chanzo cha moto cha tungsten filament. Kwa mfano, chanzo cha Berners ion, filament ya cathode imewekwa kwenye chumba cha arc na uingizaji wa gesi. Ukuta wa ndani wa chumba cha arc ni anode.
Wakati chanzo cha gesi kinapoanzishwa, sasa kubwa hupita kupitia filament, na voltage ya 100 V hutumiwa kati ya electrodes nzuri na hasi, ambayo itazalisha elektroni za juu-nishati karibu na filament. Ioni chanya huzalishwa baada ya elektroni zenye nishati nyingi kugongana na molekuli za gesi asilia.
Sumaku ya nje inatumika shamba la sumaku sambamba na filamenti ili kuongeza ionization na kuleta utulivu wa plasma. Katika chumba cha arc, kwenye mwisho mwingine unaohusiana na filamenti, kuna kiakisi kilicho na chaji hasi ambacho huonyesha elektroni nyuma ili kuboresha kizazi na ufanisi wa elektroni.
(2)Kunyonya:
Inatumika kukusanya ioni chanya zinazozalishwa kwenye chemba ya arc ya chanzo cha ioni na kuziunda kuwa boriti ya ioni. Kwa kuwa chemba ya arc ni anode na cathode imeshinikizwa vibaya kwenye elektrodi ya kunyonya, uwanja wa umeme unaozalishwa hudhibiti ioni chanya, na kuzifanya zielekee kwenye elektrodi ya kunyonya na kutolewa kutoka kwa mwako wa ioni, kama inavyoonyeshwa kwenye takwimu hapa chini. . Kadiri nguvu ya uwanja wa umeme inavyoongezeka, ndivyo nishati ya kinetic ambayo ioni hupata baada ya kuongeza kasi. Pia kuna voltage ya kukandamiza kwenye electrode ya kunyonya ili kuzuia kuingiliwa kutoka kwa elektroni kwenye plasma. Wakati huo huo, electrode ya ukandamizaji inaweza kuunda ioni kwenye boriti ya ioni na kuzielekeza kwenye mkondo wa boriti ya ion sambamba ili ipite kupitia kipandikizi.
(3)Misa analyzer:
Kunaweza kuwa na aina nyingi za ioni zinazozalishwa kutoka kwa chanzo cha ioni. Chini ya kuongeza kasi ya voltage ya anode, ions huenda kwa kasi ya juu. Ioni tofauti zina vitengo tofauti vya molekuli ya atomiki na uwiano tofauti wa wingi hadi chaji.
(4)Bomba la kuongeza kasi:
Ili kupata kasi ya juu, nishati ya juu inahitajika. Mbali na uwanja wa umeme unaotolewa na anode na analyzer ya molekuli, uwanja wa umeme unaotolewa kwenye tube ya kuongeza kasi pia inahitajika kwa kuongeza kasi. Bomba la kuongeza kasi lina mfululizo wa electrodes iliyotengwa na dielectric, na voltage hasi kwenye electrodes huongezeka kwa mlolongo kupitia uunganisho wa mfululizo. Ya juu ya voltage ya jumla, kasi kubwa zaidi iliyopatikana na ions, yaani, nishati kubwa zaidi inayobebwa. Nishati ya juu inaweza kuruhusu ayoni za uchafu kudungwa ndani kabisa ya kaki ya silicon ili kuunda makutano ya kina, wakati nishati kidogo inaweza kutumika kutengeneza makutano ya kina.
(5)Inachanganua diski
Boriti ya ioni iliyolengwa kawaida ni ndogo sana kwa kipenyo. Kipenyo cha doa ya boriti ya kipandikizi cha sasa cha boriti ni karibu 1 cm, na ile ya kipandikizi kikubwa cha boriti ni karibu 3 cm. Kaki nzima ya silicon lazima ifunikwa na skanning. Kurudiwa kwa uwekaji wa dozi imedhamiriwa na skanning. Kawaida, kuna aina nne za mifumo ya skanning ya vipandikizi:
① skanning ya kielektroniki;
② skanning mitambo;
③ skanning mseto;
④ utambazaji sambamba.
(6)Mfumo wa neutralization wa umeme tuli:
Wakati wa mchakato wa uwekaji, boriti ya ioni hugonga kaki ya silicon na kusababisha chaji kukusanyika kwenye uso wa barakoa. Mkusanyiko wa malipo unaotokana hubadilisha salio la malipo katika boriti ya ayoni, na kufanya sehemu ya boriti kuwa kubwa na usambazaji wa kipimo kutofautiana. Inaweza hata kuvunja safu ya oksidi ya uso na kusababisha hitilafu ya kifaa. Sasa, kaki ya silicon na boriti ya ioni kwa kawaida huwekwa katika mazingira thabiti ya plazima yenye msongamano wa juu unaoitwa mfumo wa kuoga elektroni wa plasma, ambao unaweza kudhibiti upakiaji wa kaki ya silicon. Njia hii hutoa elektroni kutoka kwa plasma (kawaida argon au xenon) katika chumba cha arc kilicho kwenye njia ya boriti ya ioni na karibu na kaki ya silicon. Plasma huchujwa na elektroni za upili pekee ndizo zinaweza kufikia uso wa kaki ya silicon ili kupunguza chaji chanya.
(7)Cavity ya mchakato:
Sindano ya mihimili ya ioni kwenye kaki za silicon hutokea kwenye chumba cha mchakato. Chumba cha kuchakata ni sehemu muhimu ya kipandikizi, ikiwa ni pamoja na mfumo wa skanning, kituo cha terminal kilicho na kufuli ya utupu ya kupakia na kupakua kaki za silicon, mfumo wa uhamishaji wa kaki ya silicon, na mfumo wa kudhibiti kompyuta. Kwa kuongeza, kuna baadhi ya vifaa vya kufuatilia vipimo na kudhibiti athari za njia. Ikiwa skanning ya mitambo inatumiwa, kituo cha terminal kitakuwa kikubwa. Utupu wa chumba cha mchakato husukumwa hadi shinikizo la chini linalohitajika na mchakato na pampu ya mitambo ya hatua nyingi, pampu ya turbomolecular, na pampu ya condensation, ambayo kwa ujumla ni kuhusu 1×10-6Torr au chini.
(8)Mfumo wa udhibiti wa kipimo:
Ufuatiliaji wa kipimo cha wakati halisi katika kipandikizi cha ioni unakamilishwa kwa kupima boriti ya ayoni inayofikia kaki ya silicon. Mkondo wa boriti ya ioni hupimwa kwa kutumia kihisi kinachoitwa kikombe cha Faraday. Katika mfumo rahisi wa Faraday, kuna kihisi cha sasa katika njia ya boriti ya ion ambayo hupima sasa. Hata hivyo, hii inaleta tatizo, kwani boriti ya ioni humenyuka na kihisi na kutoa elektroni za upili ambazo zitasababisha usomaji wa sasa wenye makosa. Mfumo wa Faraday unaweza kukandamiza elektroni za pili kwa kutumia sehemu za umeme au sumaku kupata usomaji wa kweli wa boriti. Kiwango cha sasa kinachopimwa na mfumo wa Faraday huingizwa kwenye kidhibiti cha kipimo cha kielektroniki, ambacho hufanya kazi kama kikusanyaji cha sasa (ambacho hukusanya mfululizo wa sasa wa boriti iliyopimwa). Kidhibiti kinatumika kuhusisha jumla ya sasa na muda wa kupandikizwa unaolingana na kuhesabu muda unaohitajika kwa kipimo fulani.
3.2 Urekebishaji wa uharibifu
Uwekaji wa ioni utaondoa atomi kutoka kwa muundo wa kimiani na kuharibu kimiani cha kaki ya silicon. Ikiwa kipimo kilichopandikizwa ni kikubwa, safu iliyopandikizwa itakuwa ya amofasi. Kwa kuongezea, ioni zilizopandikizwa kimsingi hazichukui sehemu za kimiani za silicon, lakini hukaa kwenye nafasi za pengo la kimiani. Uchafu huu wa unganishi unaweza tu kuwashwa baada ya mchakato wa uondoaji wa joto la juu.
Anealing inaweza kupasha moto kaki ya silicon iliyopandikizwa ili kurekebisha kasoro za kimiani; inaweza pia kusogeza atomi za uchafu kwenye sehemu za kimiani na kuziamilisha. Joto linalohitajika ili kurekebisha kasoro za kimiani ni takriban 500°C, na halijoto inayohitajika ili kuwezesha atomi za uchafu ni takriban 950°C. Uanzishaji wa uchafu unahusiana na wakati na joto: kwa muda mrefu na joto la juu, uchafu unafanywa kikamilifu. Kuna njia mbili za msingi za kuweka kaki za silicon:
① uwekaji wa tanuru la joto la juu;
② annealing ya haraka ya mafuta (RTA).
Uwekaji wa tanuru ya joto la juu: Uwekaji wa tanuru ya halijoto ya juu ni njia ya kitamaduni ya kuanika, ambayo hutumia tanuru ya halijoto ya juu kuwasha kaki ya silicon hadi 800-1000℃ na kuiweka kwa dakika 30. Katika halijoto hii, atomi za silicon hurudi kwenye nafasi ya kimiani, na atomi za uchafu pia zinaweza kuchukua nafasi ya atomi za silicon na kuingia kwenye kimiani. Walakini, matibabu ya joto kwa joto na wakati kama huo itasababisha kuenea kwa uchafu, ambayo ni jambo ambalo tasnia ya kisasa ya utengenezaji wa IC haitaki kuona.
Ufungaji wa Haraka wa Joto: Uondoaji wa mafuta kwa haraka (RTA) hutibu kaki za silicon kwa kupanda kwa kasi sana kwa joto na muda mfupi katika halijoto inayolengwa (kwa kawaida 1000°C). Ufungaji wa kaki za silicon zilizopandikizwa kwa kawaida hufanywa katika kichakataji cha haraka cha mafuta na Ar au N2. Mchakato wa kupanda kwa kasi kwa joto na muda mfupi unaweza kuboresha ukarabati wa kasoro za kimiani, uanzishaji wa uchafu na kuzuia uenezaji wa uchafu. RTA pia inaweza kupunguza uenezaji ulioimarishwa wa muda mfupi na ndiyo njia bora ya kudhibiti kina cha makutano katika vipandikizi vya kina vya makutano.
—————————————————————————————————————————————————— ————————————-
Semicera inaweza kutoasehemu za grafiti, kuhisi laini/imara, sehemu za silicon, Sehemu za kaboni za silicon za CVD, naSehemu zilizofunikwa za SiC/TaCna ndani ya siku 30.
Ikiwa una nia ya bidhaa za semiconductor hapo juu,tafadhali usisite kuwasiliana nasi kwa mara ya kwanza.
Simu: +86-13373889683
WhatsApp: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Muda wa kutuma: Aug-31-2024