ნახევარგამტარული პროცესი და აღჭურვილობა (3/7) - გათბობის პროცესი და აღჭურვილობა

1. მიმოხილვა

გათბობა, რომელიც ასევე ცნობილია როგორც თერმული დამუშავება, ეხება წარმოების პროცედურებს, რომლებიც მუშაობენ მაღალ ტემპერატურაზე, ჩვეულებრივ უფრო მაღალია, ვიდრე ალუმინის დნობის წერტილი.

გათბობის პროცესი, როგორც წესი, ტარდება მაღალტემპერატურულ ღუმელში და მოიცავს ძირითად პროცესებს, როგორიცაა დაჟანგვა, მინარევების დიფუზია და ანეილირება კრისტალური დეფექტების გამოსწორებისთვის ნახევარგამტარების წარმოებაში.

დაჟანგვა: ეს არის პროცესი, რომლის დროსაც სილიკონის ვაფლი მოთავსებულია ჟანგბადის ან წყლის ორთქლის ატმოსფეროში მაღალი ტემპერატურის თერმული დამუშავებისთვის, რაც იწვევს ქიმიურ რეაქციას სილიკონის ვაფლის ზედაპირზე ოქსიდის ფენის წარმოქმნით.

მინარევების დიფუზია: გულისხმობს თერმული დიფუზიის პრინციპების გამოყენებას მაღალი ტემპერატურის პირობებში სილიკონის სუბსტრატში მინარევის ელემენტების შეტანის პროცესის მოთხოვნების შესაბამისად, ისე, რომ მას ჰქონდეს სპეციფიკური კონცენტრაციის განაწილება, რითაც იცვლება სილიკონის მასალის ელექტრული თვისებები.

ანეილირება გულისხმობს სილიკონის ვაფლის გაცხელების პროცესს იონის იმპლანტაციის შემდეგ, იონის იმპლანტაციის შედეგად გამოწვეული გისოსების დეფექტების გამოსასწორებლად.

არსებობს სამი ძირითადი ტიპის მოწყობილობა, რომელიც გამოიყენება ჟანგვის / დიფუზიის / ანეილირებისთვის:

• ჰორიზონტალური ღუმელი;
• ვერტიკალური ღუმელი;
• სწრაფი გათბობის ღუმელი: სწრაფი სითბოს დამუშავების მოწყობილობა

ტრადიციული თერმული დამუშავების პროცესები ძირითადად იყენებენ გრძელვადიან მაღალტემპერატურულ მკურნალობას იონის იმპლანტაციის შედეგად მიყენებული ზიანის აღმოსაფხვრელად, მაგრამ მისი უარყოფითი მხარეა დეფექტების არასრული მოცილება და იმპლანტირებული მინარევების დაბალი აქტივაციის ეფექტურობა.

გარდა ამისა, დუღილის მაღალი ტემპერატურისა და ხანგრძლივი დროის გამო, სავარაუდოდ მოხდება მინარევების გადანაწილება, რაც იწვევს დიდი რაოდენობით მინარევების გაფანტვას და ვერ აკმაყოფილებს ზედაპირული შეერთებებისა და მინარევების ვიწრო განაწილების მოთხოვნებს.

იონური იმპლანტირებული ვაფლების სწრაფი თერმული ანეილირება სწრაფი თერმული დამუშავების (RTP) აღჭურვილობის გამოყენებით არის თერმული დამუშავების მეთოდი, რომელიც ათბობს მთელ ვაფლს გარკვეულ ტემპერატურამდე (ზოგადად 400-1300°C) ძალიან მოკლე დროში.

ღუმელების გაცხელებასთან შედარებით, მას აქვს უპირატესობები: ნაკლები თერმული ბიუჯეტი, მინარევების მოძრაობის მცირე დიაპაზონი დოპინგ ზონაში, ნაკლები დაბინძურება და დამუშავების მოკლე დრო.

სწრაფი თერმული ანეილირების პროცესს შეუძლია გამოიყენოს ენერგიის სხვადასხვა წყარო, ხოლო ანეილირების დროის დიაპაზონი ძალიან ფართოა (100-დან 10-9 წმ-მდე, როგორიცაა ნათურის ანილირება, ლაზერული ანილირება და ა.შ.). მას შეუძლია მთლიანად გაააქტიუროს მინარევები, ხოლო ეფექტურად თრგუნავს მინარევების გადანაწილებას. ამჟამად იგი ფართოდ გამოიყენება მაღალი დონის ინტეგრირებული მიკროსქემის წარმოების პროცესებში ვაფლის დიამეტრით 200 მმ-ზე მეტი.

2. მეორე გათბობის პროცესი

2.1 დაჟანგვის პროცესი

ინტეგრირებული მიკროსქემის წარმოების პროცესში, არსებობს სილიციუმის ოქსიდის ფილმების ფორმირების ორი მეთოდი: თერმული დაჟანგვა და დეპონირება.

დაჟანგვის პროცესი ეხება სილიკონის ვაფლის ზედაპირზე SiO2 ფორმირების პროცესს თერმული დაჟანგვით. თერმული დაჟანგვის შედეგად წარმოქმნილი SiO2 ფილმი ფართოდ გამოიყენება ინტეგრირებული მიკროსქემის წარმოების პროცესში მისი უმაღლესი ელექტრული საიზოლაციო თვისებებისა და პროცესის მიზანშეწონილობის გამო.

მისი ყველაზე მნიშვნელოვანი აპლიკაციები შემდეგია:

• დაიცავით მოწყობილობები ნაკაწრებისგან და დაბინძურებისგან;
• დამუხტული მატარებლების საველე იზოლაციის შეზღუდვა (ზედაპირის პასივაცია);
• დიელექტრიკული მასალები კარიბჭის ოქსიდში ან საცავის უჯრედების სტრუქტურებში;
• იმპლანტის ნიღაბი დოპინგში;
• დიელექტრიკული ფენა ლითონის გამტარ ფენებს შორის.

(1)მოწყობილობის დაცვა და იზოლაცია

ვაფლის (სილიკონის ვაფლის) ზედაპირზე გაზრდილი SiO2 შეიძლება იყოს ეფექტური ბარიერის ფენა სილიკონში მგრძნობიარე მოწყობილობების იზოლირებისთვის და დასაცავად.

იმის გამო, რომ SiO2 არის მყარი და არაფოროვანი (მკვრივი) მასალა, მისი გამოყენება შესაძლებელია სილიკონის ზედაპირზე აქტიური მოწყობილობების ეფექტურად იზოლირებისთვის. მყარი SiO2 ფენა დაიცავს სილიკონის ვაფლს ნაკაწრებისგან და დაზიანებისგან, რაც შეიძლება წარმოიქმნას წარმოების პროცესში.

(2)ზედაპირის პასივაცია

ზედაპირის პასივაცია თერმულად გაზრდილი SiO2-ის მთავარი უპირატესობა არის ის, რომ მას შეუძლია შეამციროს სილიციუმის ზედაპირული მდგომარეობის სიმკვრივე მისი დაკიდებული ბმების შეზღუდვით, ეფექტი, რომელიც ცნობილია როგორც ზედაპირული პასივაცია.

ის ხელს უშლის ელექტრო დეგრადაციას და ამცირებს ტენიანობის, იონების ან სხვა გარე დამაბინძურებლების მიერ გამოწვეულ გაჟონვის დენის გზას. მყარი SiO2 ფენა იცავს Si-ს ნაკაწრებისგან და პროცესის დაზიანებისგან, რაც შეიძლება მოხდეს შემდგომი წარმოების დროს.

Si ზედაპირზე გაზრდილ SiO2 ფენას შეუძლია დააკავშიროს ელექტრულად აქტიური დამაბინძურებლები (მობილური იონური დაბინძურება) Si ზედაპირზე. პასივაცია ასევე მნიშვნელოვანია შეერთების მოწყობილობების გაჟონვის დენის კონტროლისთვის და სტაბილური კარიბჭის ოქსიდების ზრდისთვის.

როგორც მაღალი ხარისხის პასივაციის ფენა, ოქსიდის ფენას აქვს ხარისხის მოთხოვნები, როგორიცაა ერთგვაროვანი სისქე, არ აქვს ნახვრეტები და სიცარიელეები.

ოქსიდის ფენის Si ზედაპირის პასივაციის ფენად გამოყენების კიდევ ერთი ფაქტორი არის ოქსიდის ფენის სისქე. ოქსიდის ფენა უნდა იყოს საკმარისად სქელი, რათა თავიდან აიცილოს ლითონის ფენის დამუხტვა სილიკონის ზედაპირზე მუხტის დაგროვების გამო, რაც მსგავსია ჩვეულებრივი კონდენსატორების მუხტის შენახვისა და დაშლის მახასიათებლების.

SiO2-ს ასევე აქვს თერმული გაფართოების ძალიან მსგავსი კოეფიციენტი Si-სთან. სილიკონის ვაფლები ფართოვდება მაღალი ტემპერატურის პროცესების დროს და იკუმშება გაგრილებისას.

SiO2 ფართოვდება ან იკუმშება Si-სთან ძალიან ახლოს სიჩქარით, რაც მინიმუმამდე ამცირებს სილიკონის ვაფლის დეფორმაციას თერმული პროცესის დროს. ეს ასევე თავიდან აიცილებს ოქსიდის ფირის განცალკევებას სილიკონის ზედაპირიდან ფირის სტრესის გამო.

(3)კარიბჭე ოქსიდის დიელექტრიკი

MOS ტექნოლოგიაში ყველაზე ხშირად გამოყენებული და მნიშვნელოვანი კარიბჭის ოქსიდის სტრუქტურისთვის, დიელექტრიკულ მასალად გამოიყენება უკიდურესად თხელი ოქსიდის ფენა. იმის გამო, რომ კარიბჭის ოქსიდის ფენას და ქვემოთ მდებარე Si-ს აქვს მაღალი ხარისხისა და სტაბილურობის მახასიათებლები, კარიბჭის ოქსიდის ფენა ძირითადად მიიღება თერმული ზრდის შედეგად.

SiO2-ს აქვს მაღალი დიელექტრიკული სიმტკიცე (107V/მ) და მაღალი წინაღობა (დაახლოებით 1017Ω·სმ).

MOS მოწყობილობების საიმედოობის გასაღები არის კარიბჭის ოქსიდის ფენის მთლიანობა. კარიბჭის სტრუქტურა MOS მოწყობილობებში აკონტროლებს დენის დინებას. იმის გამო, რომ ეს ოქსიდი არის მიკროჩიპების ფუნქციის საფუძველი, რომელიც დაფუძნებულია საველე ეფექტის ტექნოლოგიაზე,

ამიტომ, მაღალი ხარისხის, შესანიშნავი ფირის სისქის ერთგვაროვნება და მინარევების არარსებობა მისი ძირითადი მოთხოვნებია. ნებისმიერი დაბინძურება, რომელმაც შეიძლება გააუარესოს კარიბჭის ოქსიდის სტრუქტურის ფუნქცია, მკაცრად უნდა კონტროლდებოდეს.

(4)დოპინგ ბარიერი

SiO2 შეიძლება გამოყენებულ იქნას, როგორც ეფექტური ნიღბის ფენა სილიკონის ზედაპირის შერჩევითი დოპინგისთვის. მას შემდეგ, რაც ოქსიდის ფენა წარმოიქმნება სილიკონის ზედაპირზე, ნიღბის გამჭვირვალე ნაწილში SiO2 იჭრება, რათა შეიქმნას ფანჯარა, რომლის მეშვეობითაც დოპინგ მასალა შეიძლება შევიდეს სილიკონის ვაფლში.

იქ, სადაც არ არის ფანჯრები, ოქსიდს შეუძლია დაიცვას სილიკონის ზედაპირი და თავიდან აიცილოს მინარევების გავრცელება, რაც შესაძლებელს გახდის შერჩევითი მინარევების იმპლანტაციას.

დოპანტები ნელა მოძრაობენ SiO2-ში Si-სთან შედარებით, ამიტომ მხოლოდ თხელი ოქსიდის ფენაა საჭირო დოპანტების დასაბლოკად (გაითვალისწინეთ, რომ ეს მაჩვენებელი დამოკიდებულია ტემპერატურაზე).

თხელი ოქსიდის ფენა (მაგ. 150 Å სისქის) ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას იმ ადგილებში, სადაც საჭიროა იონის იმპლანტაცია, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას სილიკონის ზედაპირის დაზიანების მინიმუმამდე შესამცირებლად.

ის ასევე იძლევა შეერთების სიღრმის უკეთ კონტროლს მინარევების იმპლანტაციის დროს არხების ეფექტის შემცირებით. იმპლანტაციის შემდეგ, ოქსიდი შეიძლება შერჩევით მოიხსნას ჰიდროფლუორმჟავასთან ერთად, რათა სილიციუმის ზედაპირი კვლავ ბრტყელი გახდეს.

(5)დიელექტრიკული ფენა ლითონის ფენებს შორის

SiO2 არ ატარებს ელექტროენერგიას ნორმალურ პირობებში, ამიტომ არის ეფექტური იზოლატორი მიკროჩიპებში ლითონის ფენებს შორის. SiO2-ს შეუძლია თავიდან აიცილოს მოკლე ჩართვა ლითონის ზედა ფენასა და ქვედა ლითონის ფენას შორის, ისევე როგორც მავთულზე იზოლატორს შეუძლია თავიდან აიცილოს მოკლე ჩართვა.

ოქსიდის ხარისხის მოთხოვნა არის ის, რომ ის არ იყოს ხვრელებისა და სიცარიელის გარეშე. ხშირად დოპინგი ხდება უფრო ეფექტური სითხის მისაღებად, რაც უკეთესად ამცირებს დაბინძურების დიფუზიას. ის ჩვეულებრივ მიიღება ქიმიური ორთქლის დეპონირებით და არა თერმული ზრდის შედეგად.

რეაქციის გაზიდან გამომდინარე, ჟანგვის პროცესი ჩვეულებრივ იყოფა:

• მშრალი ჟანგბადის დაჟანგვა: Si + O2→SiO2;
• სველი ჟანგბადის დაჟანგვა: 2H2O (წყლის ორთქლი) + Si→SiO2+2H2;
• ქლორის დოპირებული დაჟანგვა: ქლორის აირი, როგორიცაა წყალბადის ქლორიდი (HCl), დიქლოროეთილენ DCE (C2H2Cl2) ან მისი წარმოებულები, ემატება ჟანგბადს დაჟანგვის სიჩქარისა და ოქსიდის ფენის ხარისხის გასაუმჯობესებლად.

(1)მშრალი ჟანგბადის დაჟანგვის პროცესი: რეაქციის აირში ჟანგბადის მოლეკულები დიფუზირდება უკვე წარმოქმნილ ოქსიდის შრეში, აღწევს SiO2-სა და Si-ს შორის ინტერფეისს, რეაგირებს Si-სთან და შემდეგ ქმნის SiO2 ფენას.

მშრალი ჟანგბადის დაჟანგვით მომზადებულ SiO2-ს აქვს მკვრივი სტრუქტურა, ერთგვაროვანი სისქე, ინექციისა და დიფუზიის ძლიერი ნიღბის უნარი და პროცესის მაღალი განმეორებადობა. მისი მინუსი ის არის, რომ ზრდის ტემპი ნელია.

ეს მეთოდი ზოგადად გამოიყენება მაღალი ხარისხის დაჟანგვისთვის, როგორიცაა კარიბჭე დიელექტრიკის დაჟანგვა, თხელი ბუფერული ფენის დაჟანგვა, ან ჟანგვის დასაწყებად და ჟანგვის დასასრულებლად სქელი ბუფერული ფენის დაჟანგვის დროს.

(2)სველი ჟანგბადის დაჟანგვის პროცესი: წყლის ორთქლის გადატანა შესაძლებელია უშუალოდ ჟანგბადში, ან მისი მიღება შესაძლებელია წყალბადისა და ჟანგბადის რეაქციით. ჟანგვის სიჩქარე შეიძლება შეიცვალოს წყალბადის ან წყლის ორთქლის ნაწილობრივი წნევის ჟანგბადის თანაფარდობის კორექტირებით.

გაითვალისწინეთ, რომ უსაფრთხოების უზრუნველსაყოფად წყალბადისა და ჟანგბადის თანაფარდობა არ უნდა აღემატებოდეს 1,88:1-ს. სველი ჟანგბადის დაჟანგვა გამოწვეულია როგორც ჟანგბადის, ასევე წყლის ორთქლის არსებობით რეაქციის აირში და წყლის ორთქლი დაიშლება წყალბადის ოქსიდად (HO) მაღალ ტემპერატურაზე.

სილიციუმის ოქსიდში წყალბადის ოქსიდის დიფუზიის სიჩქარე ბევრად უფრო სწრაფია, ვიდრე ჟანგბადის, ამიტომ სველი ჟანგბადის დაჟანგვის სიჩქარე დაახლოებით ერთი რიგით მეტია, ვიდრე მშრალი ჟანგბადის დაჟანგვის სიჩქარე.

(3)ქლორის დოპირებული დაჟანგვის პროცესი: გარდა ტრადიციული მშრალი ჟანგბადის დაჟანგვისა და სველი ჟანგბადის დაჟანგვისა, ქლორის გაზი, როგორიცაა წყალბადის ქლორიდი (HCl), დიქლოროეთილენ DCE (C2H2Cl2) ან მისი წარმოებულები, შეიძლება დაემატოს ჟანგბადს დაჟანგვის სიჩქარისა და ოქსიდის ფენის ხარისხის გასაუმჯობესებლად. .

დაჟანგვის სიჩქარის გაზრდის მთავარი მიზეზი ის არის, რომ როდესაც ქლორს ემატება დაჟანგვისთვის, რეაგენტი შეიცავს არა მხოლოდ წყლის ორთქლს, რომელსაც შეუძლია დაჟანგვის დაჩქარება, არამედ ქლორი ასევე გროვდება Si-სა და SiO2-ს შორის ინტერფეისის მახლობლად. ჟანგბადის თანდასწრებით ქლოროსილიციუმის ნაერთები ადვილად გარდაიქმნება სილიციუმის ოქსიდად, რომელსაც შეუძლია დაჟანგვის კატალიზირება.

ოქსიდის ფენის ხარისხის გაუმჯობესების მთავარი მიზეზი არის ის, რომ ოქსიდის ფენაში ქლორის ატომებს შეუძლიათ ნატრიუმის იონების აქტივობის გაწმენდა, რითაც მცირდება აღჭურვილობისა და დამუშავების ნედლეულის ნატრიუმის იონებით დაბინძურებით გამოწვეული ჟანგვის დეფექტები. ამიტომ, ქლორის დოპინგი ჩართულია ჟანგბადის დაჟანგვის უმეტეს პროცესებში.

2.2 დიფუზიის პროცესი

ტრადიციული დიფუზია გულისხმობს ნივთიერებების გადატანას უფრო მაღალი კონცენტრაციის უბნებიდან ქვედა კონცენტრაციის ადგილებში, სანამ ისინი თანაბრად გადანაწილდებიან. დიფუზიის პროცესი მიჰყვება ფიკის კანონს. დიფუზია შეიძლება მოხდეს ორ ან მეტ ნივთიერებას შორის, ხოლო კონცენტრაციისა და ტემპერატურის განსხვავებები სხვადასხვა უბნებს შორის იწვევს ნივთიერებების განაწილებას ერთგვაროვან წონასწორობამდე.

ნახევარგამტარული მასალების ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი თვისება ის არის, რომ მათი გამტარობა შეიძლება დარეგულირდეს სხვადასხვა ტიპის ან კონცენტრაციის დოპანტების დამატებით. ინტეგრირებული მიკროსქემის წარმოებაში, ეს პროცესი ჩვეულებრივ მიიღწევა დოპინგის ან დიფუზიის პროცესების მეშვეობით.

დიზაინის მიზნებიდან გამომდინარე, ნახევარგამტარულ მასალებს, როგორიცაა სილიციუმი, გერმანიუმი ან III-V ნაერთები, შეუძლიათ მიიღონ ორი განსხვავებული ნახევარგამტარული თვისება, N-ტიპი ან P-ტიპი, დონორის მინარევებით ან მიმღები მინარევებით დოპინგით.

ნახევარგამტარული დოპინგი ძირითადად ხორციელდება ორი მეთოდით: დიფუზიური ან იონის იმპლანტაცია, თითოეულს აქვს საკუთარი მახასიათებლები:

დიფუზიური დოპინგი ნაკლებად ძვირია, მაგრამ დოპინგის მასალის კონცენტრაციისა და სიღრმის ზუსტად კონტროლი შეუძლებელია;

მიუხედავად იმისა, რომ იონის იმპლანტაცია შედარებით ძვირია, ის იძლევა დოპანტური კონცენტრაციის პროფილების ზუსტი კონტროლის საშუალებას.

1970-იან წლებამდე, ინტეგრირებული მიკროსქემის გრაფიკის ფუნქციის ზომა იყო 10μm-ის რიგით და ტრადიციული თერმული დიფუზიის ტექნოლოგია ძირითადად გამოიყენებოდა დოპინგისთვის.

დიფუზიის პროცესი ძირითადად გამოიყენება ნახევარგამტარული მასალების შესაცვლელად. სხვადასხვა ნივთიერებების ნახევარგამტარ მასალებში დიფუზიით, მათი გამტარობა და სხვა ფიზიკური თვისებები შეიძლება შეიცვალოს.

მაგალითად, სამვალენტიანი ელემენტის ბორის სილიციუმში დიფუზიის შედეგად წარმოიქმნება P-ტიპის ნახევარგამტარი; ხუთვალენტიანი ელემენტების ფოსფორის ან დარიშხანის დოპინგით წარმოიქმნება N- ტიპის ნახევარგამტარი. როდესაც P-ტიპის ნახევარგამტარი მეტი ხვრელით შედის კონტაქტში N- ტიპის ნახევარგამტართან მეტი ელექტრონით, წარმოიქმნება PN შეერთება.

მახასიათებლის ზომების შემცირებასთან ერთად, იზოტროპული დიფუზიის პროცესი შესაძლებელს ხდის დოპანტებს გავრცელდეს ფარის ოქსიდის ფენის მეორე მხარეს, რაც იწვევს შორტებს მეზობელ რეგიონებს შორის.

გარდა ზოგიერთი სპეციალური გამოყენებისა (როგორიცაა გრძელვადიანი დიფუზია ერთნაირად განაწილებული მაღალი ძაბვის რეზისტენტული უბნების შესაქმნელად), დიფუზიის პროცესი თანდათან შეიცვალა იონის იმპლანტაციით.

თუმცა, 10 ნმ-ზე დაბლა ტექნოლოგიის თაობაში, რადგან ფარფლის ზომა სამგანზომილებიანი ფარფლის ველის ეფექტის ტრანზისტორი (FinFET) მოწყობილობაში ძალიან მცირეა, იონის იმპლანტაცია დააზიანებს მის პაწაწინა სტრუქტურას. მყარი წყაროს დიფუზიის პროცესის გამოყენებამ შეიძლება გადაჭრას ეს პრობლემა.

2.3 დეგრადაციის პროცესი

ანეილირების პროცესს ასევე უწოდებენ თერმულ დამუშავებას. პროცესი არის სილიკონის ვაფლის მოთავსება მაღალ ტემპერატურულ გარემოში გარკვეული პერიოდის განმავლობაში, რათა შეიცვალოს მიკროსტრუქტურა სილიკონის ვაფლის ზედაპირზე ან შიგნით, კონკრეტული პროცესის მიზნის მისაღწევად.

ანეილირების პროცესში ყველაზე კრიტიკული პარამეტრებია ტემპერატურა და დრო. რაც უფრო მაღალია ტემპერატურა და რაც უფრო გრძელია დრო, მით მეტია თერმული ბიუჯეტი.

ფაქტობრივი ინტეგრირებული მიკროსქემის წარმოების პროცესში თერმული ბიუჯეტი მკაცრად კონტროლდება. თუ პროცესის ნაკადში მრავალი ანეილირების პროცესია, თერმული ბიუჯეტი შეიძლება გამოიხატოს, როგორც მრავალი თერმული დამუშავების სუპერპოზიცია.

თუმცა, პროცესის კვანძების მინიატურიზაციასთან ერთად, დასაშვები თერმული ბიუჯეტი მთელ პროცესში სულ უფრო და უფრო მცირე ხდება, ანუ მაღალი ტემპერატურის თერმული პროცესის ტემპერატურა მცირდება და დრო მცირდება.

ჩვეულებრივ, ანეილირების პროცესი შერწყმულია იონების იმპლანტაციასთან, თხელი ფირის დეპონირებასთან, ლითონის სილიციდის წარმოქმნასთან და სხვა პროცესებთან. ყველაზე გავრცელებულია თერმული ანილირება იონის იმპლანტაციის შემდეგ.

იონის იმპლანტაცია გავლენას მოახდენს სუბსტრატის ატომებზე, რის შედეგადაც ისინი დაშორდებიან მედის თავდაპირველი სტრუქტურისგან და აზიანებენ სუბსტრატის გისოსს. თერმულ ანეილირებას შეუძლია იონების იმპლანტაციით გამოწვეული გისოსების დაზიანების გამოსწორება და ასევე შეუძლია გადაიტანოს ჩანერგილი მინარევების ატომები გისოსების უფსკრულიდან გისოსებზე, რითაც ააქტიურებს მათ.

გისოსების დაზიანების აღდგენისთვის საჭირო ტემპერატურა არის დაახლოებით 500°C, ხოლო მინარევების გააქტიურებისთვის საჭირო ტემპერატურა არის დაახლოებით 950°C. თეორიულად, რაც უფრო გრძელია დამუშავების დრო და რაც უფრო მაღალია ტემპერატურა, მით უფრო მაღალია მინარევების გააქტიურების სიჩქარე, მაგრამ ძალიან მაღალი თერმული ბიუჯეტი გამოიწვევს მინარევების გადაჭარბებულ გავრცელებას, რაც პროცესს უკონტროლო გახდის და საბოლოოდ გამოიწვევს მოწყობილობისა და მიკროსქემის მუშაობის დეგრადაციას.

ამიტომ, წარმოების ტექნოლოგიის განვითარებით, ტრადიციული გრძელვადიანი ღუმელში ანეილირება თანდათანობით შეიცვალა სწრაფი თერმული ანეილით (RTA).

წარმოების პროცესში, ზოგიერთ კონკრეტულ ფილას დეპონირების შემდეგ სჭირდება თერმული ანეილირების პროცესი, რათა შეიცვალოს ფილმის გარკვეული ფიზიკური ან ქიმიური თვისებები. მაგალითად, ფხვიერი ფილმი ხდება მკვრივი, ცვლის მისი მშრალი ან სველი ჭრის სიჩქარეს;

კიდევ ერთი ხშირად გამოყენებული ანეილირების პროცესი ხდება ლითონის სილიციდის წარმოქმნის დროს. ლითონის ფირები, როგორიცაა კობალტი, ნიკელი, ტიტანი და ა.შ. იფრქვევა სილიკონის ვაფლის ზედაპირზე და შედარებით დაბალ ტემპერატურაზე სწრაფი თერმული დუღილის შემდეგ, ლითონმა და სილიციუმმა შეიძლება შექმნას შენადნობი.

გარკვეული ლითონი ქმნიან სხვადასხვა შენადნობის ფაზებს სხვადასხვა ტემპერატურის პირობებში. ზოგადად, მოსალოდნელია, რომ წარმოიქმნება შენადნობის ფაზა დაბალი კონტაქტის წინააღმდეგობით და სხეულის წინააღმდეგობით პროცესის დროს.

თერმული ბიუჯეტის სხვადასხვა მოთხოვნების მიხედვით, ანეილირების პროცესი იყოფა მაღალტემპერატურულ ღუმელში და სწრაფ თერმულ ადუღებად.

• მაღალი ტემპერატურის ღუმელის მილის ანილირება:

ეს არის ტრადიციული ანეილირების მეთოდი მაღალი ტემპერატურით, ადუღების ხანგრძლივი დროით და მაღალი ბიუჯეტით.

ზოგიერთ სპეციალურ პროცესში, როგორიცაა ჟანგბადის ინექციის იზოლაციის ტექნოლოგია SOI სუბსტრატების მოსამზადებლად და ღრმა ჭაბურღილების დიფუზიის პროცესებში, იგი ფართოდ გამოიყენება. ასეთი პროცესები, როგორც წესი, მოითხოვს უფრო მაღალ თერმულ ბიუჯეტს, რათა მივიღოთ სრულყოფილი გისოსები ან მინარევების ერთგვაროვანი განაწილება.

• სწრაფი თერმული ანეილირება:

ეს არის სილიკონის ვაფლის დამუშავების პროცესი უკიდურესად სწრაფი გათბობით/გაცივების და სამიზნე ტემპერატურაზე ხანმოკლე საცხოვრებლით, რომელსაც ზოგჯერ ასევე უწოდებენ სწრაფ თერმულ დამუშავებას (RTP).

ულტრა ზედაპირული კვანძების ფორმირების პროცესში, სწრაფი თერმული ანილირება აღწევს კომპრომისულ ოპტიმიზაციას გისოსების დეფექტის შეკეთებას, მინარევების გააქტიურებასა და მინარევების დიფუზიის მინიმიზაციას შორის და შეუცვლელია მოწინავე ტექნოლოგიური კვანძების წარმოების პროცესში.

ტემპერატურის აწევა/დაცემა და სამიზნე ტემპერატურაზე ხანმოკლე ყოფნა ერთად წარმოადგენს სწრაფი თერმული ანეილირების თერმულ ბიუჯეტს.

ტრადიციული სწრაფი თერმული დუღილის ტემპერატურა დაახლოებით 1000°C-ია და წამებში სჭირდება. ბოლო წლების განმავლობაში, მოთხოვნები სწრაფი თერმული ანეილისთვის სულ უფრო მკაცრი გახდა და თანდათან განვითარდა ფლეში, წვეტიანი და ლაზერული ანეილირება, ადუღების დრო მილიწამებში აღწევს და მიდრეკილია მიკროწამებისა და ქვემიკროწამებისკენ.

3 . სამი გათბობის პროცესის მოწყობილობა

3.1 დიფუზიური და დაჟანგვის მოწყობილობა

დიფუზიის პროცესი ძირითადად იყენებს თერმული დიფუზიის პრინციპს მაღალი ტემპერატურის (ჩვეულებრივ 900-1200℃) პირობებში სილიკონის სუბსტრატში მინარევის ელემენტების ჩასართავად საჭირო სიღრმეზე, რათა მისცეს მას კონკრეტული კონცენტრაციის განაწილება, რათა შეიცვალოს ელექტრული თვისებები. მასალა და ქმნიან ნახევარგამტარული მოწყობილობის სტრუქტურას.

სილიკონის ინტეგრირებული მიკროსქემის ტექნოლოგიაში, დიფუზიის პროცესი გამოიყენება PN შეერთების ან კომპონენტების შესაქმნელად, როგორიცაა რეზისტორები, კონდენსატორები, ურთიერთდაკავშირების გაყვანილობა, დიოდები და ტრანზისტორები ინტეგრირებულ სქემებში და ასევე გამოიყენება კომპონენტებს შორის იზოლაციისთვის.

დოპინგის კონცენტრაციის განაწილების ზუსტი კონტროლის შეუძლებლობის გამო, დიფუზიის პროცესი თანდათან შეიცვალა იონების იმპლანტაციის დოპინგის პროცესით 200 მმ და მეტი ვაფლის დიამეტრის მქონე ინტეგრირებული სქემების წარმოებაში, მაგრამ მცირე რაოდენობა მაინც გამოიყენება მძიმე პირობებში. დოპინგის პროცესები.

ტრადიციული დიფუზიური მოწყობილობა ძირითადად ჰორიზონტალური დიფუზიური ღუმელია და ასევე არის მცირე რაოდენობით ვერტიკალური დიფუზიური ღუმელები.

ჰორიზონტალური დიფუზიური ღუმელი:

ეს არის სითბოს დამუშავების მოწყობილობა, რომელიც ფართოდ გამოიყენება 200 მმ-ზე ნაკლები ვაფლის დიამეტრის მქონე ინტეგრირებული სქემების დიფუზიის პროცესში. მისი მახასიათებლები ისაა, რომ გათბობის ღუმელის სხეული, რეაქციის მილი და კვარცის ნავი, რომელიც ატარებს ვაფლებს, ყველა ჰორიზონტალურად არის განთავსებული, ამიტომ მას აქვს ვაფლებს შორის კარგი ერთგვაროვნების პროცესის მახასიათებლები.

ეს არ არის მხოლოდ ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი წინა ნაწილის მოწყობილობა ინტეგრირებული მიკროსქემის წარმოების ხაზზე, არამედ ფართოდ გამოიყენება დიფუზიის, დაჟანგვის, ანეილირების, შენადნობების და სხვა პროცესებში ისეთ ინდუსტრიებში, როგორიცაა დისკრეტული მოწყობილობები, დენის ელექტრონული მოწყობილობები, ოპტოელექტრონული მოწყობილობები და ოპტიკური ბოჭკოები. .

ვერტიკალური დიფუზიური ღუმელი:

ზოგადად ეხება სერიული სითბოს დამუშავების მოწყობილობას, რომელიც გამოიყენება 200 მმ და 300 მმ დიამეტრის ვაფლის ინტეგრირებული მიკროსქემის პროცესში, რომელიც საყოველთაოდ ცნობილია როგორც ვერტიკალური ღუმელი.

ვერტიკალური დიფუზიური ღუმელის სტრუქტურული თავისებურებები ისაა, რომ გათბობის ღუმელის სხეული, რეაქციის მილი და კვარცის ნავი, რომელიც ატარებს ვაფლს, ყველა მოთავსებულია ვერტიკალურად, ხოლო ვაფლი განთავსებულია ჰორიზონტალურად. მას აქვს ვაფლის შიგნით კარგი ერთგვაროვნების, ავტომატიზაციის მაღალი ხარისხის და სისტემის სტაბილური მუშაობის მახასიათებლები, რაც შეიძლება დააკმაყოფილოს ფართომასშტაბიანი ინტეგრირებული მიკროსქემის წარმოების ხაზების მოთხოვნილებები.

ვერტიკალური დიფუზიური ღუმელი არის ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი მოწყობილობა ნახევარგამტარული ინტეგრირებული მიკროსქემის წარმოების ხაზში და ასევე ხშირად გამოიყენება დაკავშირებულ პროცესებში ელექტროენერგიის ელექტრო მოწყობილობების (IGBT) და ა.შ.

ვერტიკალური დიფუზიური ღუმელი გამოიყენება ჟანგვის პროცესებზე, როგორიცაა მშრალი ჟანგბადის დაჟანგვა, წყალბად-ჟანგბადის სინთეზის დაჟანგვა, სილიციუმის ოქსინიტრიდის დაჟანგვა და თხელი ფირის ზრდის პროცესები, როგორიცაა სილიციუმის დიოქსიდი, პოლისილიციუმი, სილიციუმის ნიტრიდი (Si3N4) და ატომური ფენის დაშლა.

იგი ასევე ხშირად გამოიყენება მაღალტემპერატურული ანეილირების, სპილენძის დამუშავებისა და შენადნობის პროცესებში. დიფუზიის პროცესის თვალსაზრისით, ვერტიკალური დიფუზიის ღუმელები ზოგჯერ ასევე გამოიყენება მძიმე დოპინგის პროცესებში.

3.2 სწრაფი ანეილირების მოწყობილობა

სწრაფი თერმული დამუშავების მოწყობილობა (RTP) არის ერთ ვაფლიანი თერმული დამუშავების მოწყობილობა, რომელსაც შეუძლია სწრაფად გაზარდოს ვაფლის ტემპერატურა პროცესისთვის საჭირო ტემპერატურამდე (200-1300°C) და შეუძლია სწრაფად გაგრილდეს. გათბობა/გაციების სიჩქარე ჩვეულებრივ არის 20-250°C/წმ.

ენერგიის წყაროების ფართო სპექტრისა და დამუშავების დროის გარდა, RTP მოწყობილობას აქვს სხვა შესანიშნავი პროცესის შესრულება, როგორიცაა შესანიშნავი თერმული ბიუჯეტის კონტროლი და ზედაპირის უკეთესი ერთგვაროვნება (განსაკუთრებით დიდი ზომის ვაფლისთვის), იონების იმპლანტაციის შედეგად გამოწვეული ვაფლის დაზიანების აღდგენა და მრავალ პალატას შეუძლია ერთდროულად აწარმოოს პროცესის სხვადასხვა ეტაპი.

გარდა ამისა, RTP მოწყობილობას შეუძლია მოქნილად და სწრაფად გადაიყვანოს და დაარეგულიროს პროცესის გაზები, რათა მრავალი თერმული დამუშავების პროცესი დასრულდეს იმავე სითბოს დამუშავების პროცესში.

RTP მოწყობილობა ყველაზე ხშირად გამოიყენება სწრაფი თერმული ანეილირების დროს (RTA). იონის იმპლანტაციის შემდეგ, RTP მოწყობილობაა საჭირო იონის იმპლანტაციით გამოწვეული ზიანის შესაკეთებლად, დოპირებული პროტონების გასააქტიურებლად და მინარევების დიფუზიის ეფექტურად დასათრგუნავად.

ზოგადად რომ ვთქვათ, გისოსების დეფექტების გამოსასწორებლად ტემპერატურა დაახლოებით 500°C-ია, ხოლო დოპირებული ატომების გასააქტიურებლად საჭიროა 950°C. მინარევების გააქტიურება დაკავშირებულია დროსა და ტემპერატურასთან. რაც უფრო გრძელია დრო და რაც უფრო მაღალია ტემპერატურა, მით უფრო სრულად აქტიურდება მინარევები, მაგრამ ეს ხელს არ უწყობს მინარევების დიფუზიის დათრგუნვას.

იმის გამო, რომ RTP მოწყობილობას აქვს ტემპერატურის სწრაფი აწევა/დაცემა და ხანმოკლე ხანგრძლივობის მახასიათებლები, იონების იმპლანტაციის შემდეგ ანეილირების პროცესს შეუძლია მიაღწიოს პარამეტრის ოპტიმალურ შერჩევას გისოსების დეფექტის შეკეთებას, მინარევების გააქტიურებას და მინარევების დიფუზიის დათრგუნვას შორის.

RTA ძირითადად იყოფა შემდეგ ოთხ კატეგორიად:

(1)Spike Annealing

მისი მახასიათებელია ის, რომ ის ფოკუსირებულია სწრაფ გათბობა/გაგრილების პროცესზე, მაგრამ ძირითადად არ გააჩნია სითბოს შენარჩუნების პროცესი. მწვერვალის ანილირება ძალიან მცირე ხნით რჩება მაღალ ტემპერატურულ წერტილში და მისი მთავარი ფუნქციაა დოპინგ ელემენტების გააქტიურება.

რეალურ გამოყენებაში, ვაფლი იწყებს სწრაფად გაცხელებას გარკვეული სტაბილური ტემპერატურული წერტილიდან და მაშინვე გაცივდება სამიზნე ტემპერატურის წერტილამდე მიღწევის შემდეგ.

იმის გამო, რომ შენარჩუნების დრო სამიზნე ტემპერატურულ წერტილში (ანუ პიკური ტემპერატურის წერტილში) ძალიან მოკლეა, ადუღების პროცესს შეუძლია მაქსიმალურად გაზარდოს მინარევების გააქტიურების ხარისხი და მინიმუმამდე დაიყვანოს მინარევების დიფუზიის ხარისხი, ამასთან, ჰქონდეს ხარვეზის შეკეთების კარგი მახასიათებლები, რაც გამოიწვევს უფრო მაღალ შემაკავშირებელ ხარისხი და დაბალი გაჟონვის დენი.

Spike annealing ფართოდ გამოიყენება ულტრა ზედაპირული შეერთების პროცესებში 65 ნმ-ის შემდეგ. მწვერვალის ანეილირების პროცესის პარამეტრები ძირითადად მოიცავს პიკს ტემპერატურას, პიკის გაჩერების დროს, ტემპერატურის განსხვავებას და ვაფლის წინააღმდეგობას პროცესის შემდეგ.

რაც უფრო მოკლეა პიკის ყოფნის დრო, მით უკეთესი. ეს ძირითადად დამოკიდებულია ტემპერატურის კონტროლის სისტემის გათბობა/გაგრილების სიჩქარეზე, მაგრამ შერჩეული პროცესის გაზის ატმოსფერო ზოგჯერ მასზეც ახდენს გარკვეულ გავლენას.

მაგალითად, ჰელიუმს აქვს მცირე ატომური მოცულობა და სწრაფი დიფუზიის სიჩქარე, რაც ხელს უწყობს სწრაფ და ერთგვაროვან სითბოს გადაცემას და შეუძლია შეამციროს პიკის სიგანე ან პიკის რეზიდენციის დრო. ამიტომ, ჰელიუმს ზოგჯერ ირჩევენ გათბობისა და გაგრილების დასახმარებლად.

(2)ნათურის ანილირება

ფართოდ გამოიყენება ნათურის ანეილირების ტექნოლოგია. ჰალოგენური ნათურები, როგორც წესი, გამოიყენება როგორც სითბოს სწრაფი ანილირება. მათი მაღალი გათბობა/გაგრილების სიჩქარე და ზუსტი ტემპერატურის კონტროლი შეუძლია დააკმაყოფილოს 65 ნმ-ზე მეტი წარმოების პროცესების მოთხოვნები.

თუმცა, ის სრულად ვერ აკმაყოფილებს 45 ნმ პროცესის მკაცრ მოთხოვნებს (45 ნმ პროცესის შემდეგ, როდესაც ხდება ნიკელ-სილიციუმის ლოგიკური LSI კონტაქტი, ვაფლი სწრაფად უნდა გაცხელდეს 200°C-დან 1000°C-მდე მილიწამებში, ასე რომ, ლაზერული ანილირება ზოგადად საჭიროა).

(3)ლაზერული ანილირება

ლაზერული ანეილირება არის ლაზერის პირდაპირი გამოყენების პროცესი ვაფლის ზედაპირის ტემპერატურის სწრაფად გაზრდისთვის, სანამ საკმარისი იქნება სილიციუმის კრისტალის დნობა, რაც მას ძლიერ ააქტიურებს.

ლაზერული ანეილირების უპირატესობა არის ძალიან სწრაფი გათბობა და მგრძნობიარე კონტროლი. ის არ საჭიროებს ძაფის გათბობას და, ძირითადად, არ არის პრობლემები ტემპერატურის შეფერხებასთან და ძაფის ხანგრძლივობასთან დაკავშირებით.

თუმცა, ტექნიკური თვალსაზრისით, ლაზერული ანეილირებას აქვს გაჟონვის დენის და ნარჩენების დეფექტის პრობლემები, რაც ასევე გარკვეულ გავლენას მოახდენს მოწყობილობის მუშაობაზე.

(4)Flash Annealing

Flash Annealing არის ანეილირების ტექნოლოგია, რომელიც იყენებს მაღალი ინტენსივობის გამოსხივებას ვაფლებზე წვეტიანი ანეილის შესასრულებლად წინასწარ გახურების სპეციფიკურ ტემპერატურაზე.

ვაფლი წინასწარ თბება 600-800°C-მდე და შემდეგ გამოიყენება მაღალი ინტენსივობის გამოსხივება ხანმოკლე იმპულსური დასხივებისთვის. როდესაც ვაფლის პიკური ტემპერატურა მიაღწევს დუღილის საჭირო ტემპერატურას, გამოსხივება მაშინვე ითიშება.

RTP აღჭურვილობა სულ უფრო ხშირად გამოიყენება მოწინავე ინტეგრირებული მიკროსქემის წარმოებაში.

გარდა იმისა, რომ ფართოდ გამოიყენება RTA პროცესებში, RTP მოწყობილობამ ასევე დაიწყო გამოყენება სწრაფი თერმული დაჟანგვის, სწრაფი თერმული ნიტრიდაციის, სწრაფი თერმული დიფუზიის, სწრაფი ქიმიური ორთქლის დეპონირების, აგრეთვე ლითონის სილიციდის წარმოქმნისა და ეპიტაქსიური პროცესების დროს.

———————————————————————————————————————————— ---

Semicera შეუძლია უზრუნველყოსგრაფიტის ნაწილები,რბილი/ხისტი იგრძნობა,სილიციუმის კარბიდის ნაწილები,CVD სილიციუმის კარბიდის ნაწილები, დაSiC/TaC დაფარული ნაწილებისრული ნახევარგამტარული პროცესით 30 დღეში.

თუ თქვენ დაინტერესებული ხართ ზემოაღნიშნული ნახევარგამტარული პროდუქტებით,გთხოვთ, ნუ მოგერიდებათ დაგვიკავშირდეთ პირველად.

ტელ: +86-13373889683

WhatsAPP: +86-15957878134

Email: sales01@semi-cera.com