1. შესავალი
იონის იმპლანტაცია არის ერთ-ერთი მთავარი პროცესი ინტეგრირებული მიკროსქემის წარმოებაში. ეს ეხება იონური სხივის გარკვეულ ენერგიამდე აჩქარების პროცესს (ზოგადად keV-დან MeV-მდე დიაპაზონში) და შემდეგ მისი შეყვანა მყარი მასალის ზედაპირზე მასალის ზედაპირის ფიზიკური თვისებების შესაცვლელად. ინტეგრირებული მიკროსქემის პროცესში, მყარი მასალა, როგორც წესი, არის სილიციუმი, ხოლო იმპლანტირებული მინარევის იონები, როგორც წესი, არის ბორის იონები, ფოსფორის იონები, დარიშხანის იონები, ინდიუმის იონები, გერმანიუმის იონები და ა.შ. იმპლანტირებული იონები შეიძლება შეცვალონ მყარი ზედაპირის გამტარობა. მასალა ან PN კავშირის შექმნა. როდესაც ინტეგრირებული სქემების ფუნქციების ზომა შემცირდა ქვემიკრონის ეპოქამდე, ფართოდ გამოიყენებოდა იონის იმპლანტაციის პროცესი.
ინტეგრირებული მიკროსქემის წარმოების პროცესში იონური იმპლანტაცია ჩვეულებრივ გამოიყენება ღრმა ჩამარხული ფენებისთვის, უკუღმა დოპირებული ჭაბურღილების, ძაბვის ზღვრული რეგულირებისთვის, წყაროს და გადინების გაფართოების იმპლანტაციისთვის, წყაროსა და დრენაჟის იმპლანტაციისთვის, პოლისილიკონის კარიბჭის დოპინგისთვის, PN შეერთების და რეზისტორების/კონდენსატორების ფორმირებისთვის და ა.შ. იზოლატორებზე სილიციუმის სუბსტრატის მასალების მომზადების პროცესში, ჩამარხული ოქსიდის ფენა ძირითადად იქმნება მაღალი კონცენტრაციის ჟანგბადის იონის იმპლანტაციით, ან ინტელექტუალური ჭრა მიიღწევა მაღალი კონცენტრაციის წყალბადის იონის იმპლანტაციით.
იონის იმპლანტაცია ხორციელდება იონის იმპლანტატორის მიერ და მისი ყველაზე მნიშვნელოვანი პროცესის პარამეტრებია დოზა და ენერგია: დოზა განსაზღვრავს საბოლოო კონცენტრაციას, ხოლო ენერგია განსაზღვრავს იონების დიაპაზონს (ანუ სიღრმეს). მოწყობილობის დიზაინის სხვადასხვა მოთხოვნების მიხედვით, იმპლანტაციის პირობები იყოფა მაღალი დოზით მაღალი ენერგიის, საშუალო დოზის საშუალო ენერგიის, საშუალო დოზის დაბალი ენერგიის ან მაღალი დოზის დაბალი ენერგიის. იმპლანტაციის იდეალური ეფექტის მისაღებად, სხვადასხვა იმპლანტატორი უნდა იყოს აღჭურვილი სხვადასხვა პროცესის მოთხოვნებისთვის.
იონის იმპლანტაციის შემდეგ, ზოგადად, აუცილებელია გაიაროს მაღალტემპერატურული ანეილირების პროცესი იონის იმპლანტაციის შედეგად გამოწვეული გისოსების დაზიანების შესაკეთებლად და მინარევების იონების გასააქტიურებლად. ტრადიციული ინტეგრირებული მიკროსქემის პროცესებში, მიუხედავად იმისა, რომ ანეილირების ტემპერატურა დიდ გავლენას ახდენს დოპინგზე, თავად იონის იმპლანტაციის პროცესის ტემპერატურა არ არის მნიშვნელოვანი. 14 ნმ-ზე დაბლა ტექნოლოგიურ კვანძებში, გარკვეული იონური იმპლანტაციის პროცესები უნდა განხორციელდეს დაბალ ან მაღალ ტემპერატურულ გარემოში, რათა შეიცვალოს გისოსების დაზიანების ეფექტი და ა.შ.
2. იონის იმპლანტაციის პროცესი
2.1 ძირითადი პრინციპები
იონის იმპლანტაცია არის 1960-იან წლებში განვითარებული დოპინგის პროცესი, რომელიც უმეტეს ასპექტში აღემატება ტრადიციულ დიფუზიურ ტექნიკას.
იონის იმპლანტაციის დოპინგსა და ტრადიციულ დიფუზიურ დოპინგს შორის ძირითადი განსხვავებები შემდეგია:
(1) მინარევების კონცენტრაციის განაწილება დოპირებული რეგიონში განსხვავებულია. იონის იმპლანტაციის მინარევების პიკური კონცენტრაცია მდებარეობს კრისტალის შიგნით, ხოლო დიფუზიის პიკური მინარევების კონცენტრაცია მდებარეობს ბროლის ზედაპირზე.
(2) იონის იმპლანტაცია არის პროცესი, რომელიც ხორციელდება ოთახის ტემპერატურაზე ან თუნდაც დაბალ ტემპერატურაზე და წარმოების დრო მოკლეა. დიფუზიური დოპინგი მოითხოვს ხანგრძლივ მაღალტემპერატურულ მკურნალობას.
(3) იონის იმპლანტაცია იძლევა იმპლანტირებული ელემენტების უფრო მოქნილი და ზუსტი შერჩევის საშუალებას.
(4) ვინაიდან მინარევები გავლენას ახდენს თერმული დიფუზიით, კრისტალში იონის იმპლანტაციის შედეგად წარმოქმნილი ტალღის ფორმა უკეთესია, ვიდრე კრისტალში დიფუზიის შედეგად წარმოქმნილი ტალღის ფორმა.
(5) იონის იმპლანტაცია ჩვეულებრივ იყენებს მხოლოდ ფოტორეზისტს ნიღბის მასალად, მაგრამ დიფუზიური დოპინგი მოითხოვს გარკვეული სისქის ფირის ზრდას ან დეპონირებას ნიღბის სახით.
(6) იონის იმპლანტაციამ ძირითადად შეცვალა დიფუზია და გახდა მთავარი დოპინგის პროცესი დღეს ინტეგრირებული სქემების წარმოებაში.
როდესაც გარკვეული ენერგიით მოხვედრილი იონური სხივი ბომბავს მყარ სამიზნეს (ჩვეულებრივ ვაფლს), იონები და ატომები სამიზნე ზედაპირზე გაივლიან სხვადასხვა ურთიერთქმედებას და ენერგიას გადასცემენ სამიზნე ატომებს გარკვეული გზით აღგზნების ან იონიზაციის მიზნით. მათ. იონებს ასევე შეუძლიათ დაკარგონ გარკვეული რაოდენობის ენერგია იმპულსის გადაცემის გზით და საბოლოოდ გაიფანტონ სამიზნე ატომებით ან შეჩერდნენ სამიზნე მასალაში. თუ შეყვანილი იონები უფრო მძიმეა, იონების უმეტესობა შეჰყავთ მყარ სამიზნეში. პირიქით, თუ ინექციური იონები უფრო მსუბუქია, ინექციური იონების უმეტესობა ამოხტება სამიზნე ზედაპირიდან. ძირითადად, ეს მაღალი ენერგიის იონები, რომლებიც შეჰყავთ სამიზნეში, სხვადასხვა ხარისხით შეეჯახება მყარ სამიზნე გისოსებს და ელექტრონებს. მათ შორის, იონებსა და მყარ სამიზნე ატომებს შორის შეჯახება შეიძლება ჩაითვალოს ელასტიურ შეჯახებად, რადგან ისინი ახლოს არიან მასით.
2.2 იონის იმპლანტაციის ძირითადი პარამეტრები
იონის იმპლანტაცია არის მოქნილი პროცესი, რომელიც უნდა აკმაყოფილებდეს ჩიპის დიზაინისა და წარმოების მკაცრ მოთხოვნებს. იონის იმპლანტაციის მნიშვნელოვანი პარამეტრებია: დოზა, დიაპაზონი.
დოზა (D) ეხება სილიკონის ვაფლის ზედაპირის ერთეულ ფართობზე შეყვანილი იონების რაოდენობას, ატომებში კვადრატულ სანტიმეტრზე (ან იონებს კვადრატულ სანტიმეტრზე). D შეიძლება გამოითვალოს შემდეგი ფორმულით:
სადაც D არის იმპლანტაციის დოზა (იონების რაოდენობა/ერთეული ფართობი); t არის იმპლანტაციის დრო; მე არის სხივის დენი; q არის იონის მიერ გადატანილი მუხტი (ერთი მუხტი არის 1,6×1019C[1]); და S არის იმპლანტაციის არე.
ერთ-ერთი მთავარი მიზეზი, რის გამოც იონური იმპლანტაცია გახდა მნიშვნელოვანი ტექნოლოგია სილიკონის ვაფლის წარმოებაში, არის ის, რომ მას შეუძლია მინარევების იგივე დოზის განმეორებით ჩანერგვა სილიკონის ვაფლებში. იმპლანტატორი ამ მიზანს იონების დადებითი მუხტის დახმარებით აღწევს. როდესაც დადებითი მინარევების იონები ქმნიან იონურ სხივს, მის ნაკადის სიჩქარეს ეწოდება იონური სხივის დენი, რომელიც იზომება mA-ში. საშუალო და დაბალი დენების დიაპაზონი არის 0,1-დან 10 mA-მდე, ხოლო მაღალი დენების დიაპაზონი 10-დან 25 mA-მდე.
იონის სხივის დენის სიდიდე არის ძირითადი ცვლადი დოზის განსაზღვრაში. თუ დენი იზრდება, ასევე იზრდება მინარევების ატომების იმპლანტირებული რაოდენობა ერთეულ დროში. მაღალი დენი ხელს უწყობს სილიციუმის ვაფლის მოსავლიანობის გაზრდას (მეტი იონების შეყვანა ერთეულში წარმოების დროზე), მაგრამ ასევე იწვევს ერთგვაროვნების პრობლემებს.
3. იონური იმპლანტაციის მოწყობილობა
3.1 ძირითადი სტრუქტურა
იონის იმპლანტაციის მოწყობილობა მოიცავს 7 ძირითად მოდულს:
① იონის წყარო და შთამნთქმელი;
② მასის ანალიზატორი (ანუ ანალიტიკური მაგნიტი);
③ ამაჩქარებლის მილი;
④ სკანირების დისკი;
⑤ ელექტროსტატიკური ნეიტრალიზაციის სისტემა;
⑥ პროცესის პალატა;
⑦ დოზის კონტროლის სისტემა.
All მოდული არის ვაკუუმურ გარემოში, რომელიც შეიქმნა ვაკუუმის სისტემის მიერ. იონის იმპლანტატორის ძირითადი სტრუქტურული დიაგრამა ნაჩვენებია ქვემოთ მოცემულ ფიგურაში.
(1)იონის წყარო:
ჩვეულებრივ, იმავე ვაკუუმში, როგორც შეწოვის ელექტროდი. მინარევები, რომლებიც ელოდება ინექციას, უნდა არსებობდეს იონურ მდგომარეობაში, რათა კონტროლდებოდეს და დააჩქაროს ელექტრული ველი. ყველაზე ხშირად გამოყენებული B+, P+, As+ და ა.შ. მიიღება ატომების ან მოლეკულების მაიონებელი გზით.
გამოყენებული მინარევების წყაროებია BF3, PH3 და AsH3 და ა.შ. და მათი სტრუქტურა ნაჩვენებია ქვემოთ მოცემულ ფიგურაში. ძაფის მიერ გამოთავისუფლებული ელექტრონები ეჯახება გაზის ატომებს იონების წარმოქმნით. ელექტრონები ჩვეულებრივ წარმოიქმნება ცხელი ვოლფრამის ძაფის წყაროდან. მაგალითად, ბერნერის იონის წყარო, კათოდური ძაფი დამონტაჟებულია რკალის პალატაში გაზის შესასვლელით. რკალის კამერის შიდა კედელი არის ანოდი.
როდესაც გაზის წყარო შემოდის, დიდი დენი გადის ძაფში და 100 ვ ძაბვა გამოიყენება დადებით და უარყოფით ელექტროდებს შორის, რაც გამოიმუშავებს მაღალი ენერგიის ელექტრონებს ძაფის გარშემო. დადებითი იონები წარმოიქმნება მაღალი ენერგიის ელექტრონების შეჯახების შემდეგ წყარო გაზის მოლეკულებთან.
გარე მაგნიტი მიმართავს მაგნიტურ ველს ძაფის პარალელურად, რათა გაზარდოს იონიზაცია და პლაზმის სტაბილიზაცია მოახდინოს. რკალის პალატაში, ძაფთან შედარებით მეორე ბოლოში, არის უარყოფითად დამუხტული რეფლექტორი, რომელიც ასახავს ელექტრონებს უკან, რათა გააუმჯობესოს ელექტრონების წარმოქმნა და ეფექტურობა.
(2)აბსორბცია:
იგი გამოიყენება იონის წყაროს რკალის პალატაში წარმოქმნილი დადებითი იონების შესაგროვებლად და იონურ სხივად ჩამოყალიბებისთვის. ვინაიდან რკალის კამერა არის ანოდი და კათოდი უარყოფითად ზეწოლას ახდენს შეწოვის ელექტროდზე, წარმოქმნილი ელექტრული ველი აკონტროლებს დადებით იონებს, რაც იწვევს მათ გადაადგილებას შეწოვის ელექტროდისკენ და გამოყვანილია იონის ჭრილიდან, როგორც ეს ნაჩვენებია ქვემოთ მოცემულ სურათზე. . რაც უფრო დიდია ელექტრული ველის სიძლიერე, მით უფრო დიდ კინეტიკურ ენერგიას იძენენ იონები აჩქარების შემდეგ. ასევე არსებობს ჩახშობის ძაბვა შეწოვის ელექტროდზე, რათა თავიდან აიცილოს ელექტრონების ჩარევა პლაზმაში. ამავდროულად, ჩახშობის ელექტროდს შეუძლია შექმნას იონები იონურ სხივად და ფოკუსირება მოახდინოს მათ პარალელურად იონური სხივის ნაკადში ისე, რომ ის გაიაროს იმპლანტატორის მეშვეობით.
(3)მასის ანალიზატორი:
იონის წყაროდან შეიძლება წარმოიქმნას მრავალი სახის იონი. ანოდის ძაბვის აჩქარების პირობებში იონები მოძრაობენ დიდი სიჩქარით. სხვადასხვა იონებს აქვთ სხვადასხვა ატომური მასის ერთეული და განსხვავებული მასა-დამუხტვის თანაფარდობა.
(4)ამაჩქარებლის მილი:
უფრო მაღალი სიჩქარის მისაღებად საჭიროა მეტი ენერგია. გარდა ანოდისა და მასის ანალიზატორის მიერ მოწოდებული ელექტრული ველისა, აჩქარებისთვის ასევე საჭიროა ამაჩქარებლის მილში მოწოდებული ელექტრული ველი. ამაჩქარებლის მილი შედგება დიელექტრიკის მიერ იზოლირებული ელექტროდების სერიისგან, ხოლო ელექტროდებზე უარყოფითი ძაბვა თანმიმდევრობით იზრდება სერიული კავშირის საშუალებით. რაც უფრო მაღალია მთლიანი ძაბვა, მით მეტია იონების მიერ მიღებული სიჩქარე, ანუ უფრო დიდია გადატანილი ენერგია. მაღალ ენერგიას შეუძლია მინარევების იონების ღრმად შეყვანა სილიკონის ვაფლში ღრმა შეერთების შესაქმნელად, ხოლო დაბალი ენერგიის გამოყენება შეიძლება ზედაპირული შეერთების შესაქმნელად.
(5)დისკის სკანირება
ფოკუსირებული იონის სხივი, როგორც წესი, ძალიან მცირეა დიამეტრით. საშუალო სხივის დენის იმპლანტატორის სხივის ლაქის დიამეტრი არის დაახლოებით 1 სმ, ხოლო დიდი სხივის დენის იმპლანტატორის დაახლოებით 3 სმ. მთელი სილიკონის ვაფლი უნდა იყოს დაფარული სკანირებით. დოზის იმპლანტაციის განმეორებადობა განისაზღვრება სკანირებით. ჩვეულებრივ, არსებობს ოთხი ტიპის იმპლანტატორის სკანირების სისტემა:
① ელექტროსტატიკური სკანირება;
② მექანიკური სკანირება;
③ ჰიბრიდული სკანირება;
④ პარალელური სკანირება.
(6)სტატიკური ელექტროენერგიის ნეიტრალიზაციის სისტემა:
იმპლანტაციის პროცესში იონის სხივი ურტყამს სილიკონის ვაფლს და იწვევს მუხტის დაგროვებას ნიღბის ზედაპირზე. შედეგად მიღებული მუხტის დაგროვება ცვლის მუხტის ბალანსს იონურ სხივში, რაც სხივის ლაქას უფრო დიდს ხდის და დოზის განაწილებას არათანაბარს ხდის. მან შეიძლება გაარღვიოს ზედაპირული ოქსიდის ფენა და გამოიწვიოს მოწყობილობის გაუმართაობა. ახლა, სილიკონის ვაფლი და იონური სხივი ჩვეულებრივ მოთავსებულია სტაბილურ მაღალი სიმკვრივის პლაზმურ გარემოში, რომელსაც ეწოდება პლაზმური ელექტრონული შხაპის სისტემა, რომელსაც შეუძლია აკონტროლოს სილიკონის ვაფლის დატენვა. ეს მეთოდი პლაზმიდან ელექტრონებს (ჩვეულებრივ არგონს ან ქსენონს) ამოიღებს რკალის კამერაში, რომელიც მდებარეობს იონური სხივის გზაზე და სილიკონის ვაფლის მახლობლად. პლაზმა იფილტრება და მხოლოდ მეორად ელექტრონებს შეუძლიათ სილიკონის ვაფლის ზედაპირზე მიღწევა დადებითი მუხტის გასანეიტრალებლად.
(7)პროცესის ღრუ:
იონური სხივების ინექცია სილიკონის ვაფლებში ხდება პროცესის პალატაში. პროცესის პალატა არის იმპლანტატორის მნიშვნელოვანი ნაწილი, მათ შორის სკანირების სისტემა, ტერმინალის სადგური ვაკუუმური საკეტით სილიკონის ვაფლის ჩატვირთვისა და გადმოტვირთვისთვის, სილიკონის ვაფლის გადაცემის სისტემა და კომპიუტერული კონტროლის სისტემა. გარდა ამისა, არსებობს რამდენიმე მოწყობილობა დოზების მონიტორინგისა და არხის ეფექტების კონტროლისთვის. თუ გამოყენებული იქნება მექანიკური სკანირება, ტერმინალის სადგური შედარებით დიდი იქნება. პროცესის კამერის ვაკუუმი ამოტუმბულია პროცესისთვის საჭირო ქვედა წნევამდე მრავალსაფეხურიანი მექანიკური ტუმბოს, ტურბომოლეკულური ტუმბოს და კონდენსაციის ტუმბოს საშუალებით, რომელიც ზოგადად არის დაახლოებით 1×10-6 Torr ან ნაკლები.
(8)დოზის კონტროლის სისტემა:
დოზის რეალურ დროში მონიტორინგი იონური იმპლანტატორის საშუალებით ხდება იონური სხივის გაზომვით, რომელიც აღწევს სილიკონის ვაფლს. იონური სხივის დენი იზომება სენსორის გამოყენებით, რომელსაც ეწოდება ფარადეის თასი. უბრალო ფარადეის სისტემაში იონური სხივის გზაზე არის დენის სენსორი, რომელიც ზომავს დენს. თუმცა, ეს წარმოადგენს პრობლემას, რადგან იონური სხივი რეაგირებს სენსორთან და წარმოქმნის მეორად ელექტრონებს, რაც გამოიწვევს დენის მცდარ ჩვენებას. ფარადეის სისტემას შეუძლია დათრგუნოს მეორადი ელექტრონები ელექტრული ან მაგნიტური ველების გამოყენებით, რათა მიიღოს სხივის დენის ნამდვილი მაჩვენებელი. ფარადეის სისტემით გაზომილი დენი მიეწოდება ელექტრონულ დოზის კონტროლერს, რომელიც მოქმედებს როგორც დენის აკუმულატორი (რომელიც მუდმივად აგროვებს გაზომილი სხივის დენს). კონტროლერი გამოიყენება მთლიანი დენის დასაკავშირებლად იმპლანტაციის შესაბამის დროსთან და გარკვეული დოზისთვის საჭირო დროის გამოსათვლელად.
3.2 დაზიანების შეკეთება
იონის იმპლანტაცია ამოაგდებს ატომებს მედის სტრუქტურიდან და დააზიანებს სილიკონის ვაფლის გისოსს. თუ იმპლანტირებული დოზა დიდია, იმპლანტირებული ფენა ამორფული გახდება. გარდა ამისა, იმპლანტირებული იონები ძირითადად არ იკავებენ სილიკონის გისოსებს, მაგრამ რჩებიან გისოსების უფსკრული პოზიციებზე. ეს ინტერსტიციული მინარევები შეიძლება გააქტიურდეს მხოლოდ მაღალტემპერატურული ანეილირების პროცესის შემდეგ.
ანეილირებამ შეიძლება გაათბოს ჩანერგილი სილიკონის ვაფლი გისოსების დეფექტების გამოსასწორებლად; მას ასევე შეუძლია გადაიტანოს მინარევების ატომები მედის წერტილებში და გაააქტიუროს ისინი. გისოსების დეფექტების გამოსასწორებლად საჭირო ტემპერატურა არის დაახლოებით 500°C, ხოლო მინარევების ატომების გასააქტიურებლად საჭირო ტემპერატურა არის დაახლოებით 950°C. მინარევების გააქტიურება დაკავშირებულია დროსა და ტემპერატურასთან: რაც უფრო გრძელია დრო და რაც უფრო მაღალია ტემპერატურა, მით უფრო სრულად აქტიურდება მინარევები. სილიკონის ვაფლის ადუღების ორი ძირითადი მეთოდი არსებობს:
① მაღალტემპერატურულ ღუმელში ანეილირება;
② სწრაფი თერმული ანილირება (RTA).
მაღალტემპერატურული ღუმელის ადუღება: მაღალი ტემპერატურის ღუმელის ადუღება არის ტრადიციული ადუღების მეთოდი, რომელიც იყენებს მაღალი ტემპერატურის ღუმელს სილიკონის ვაფლის გასათბობად 800-1000℃-მდე და 30 წუთის განმავლობაში. ამ ტემპერატურაზე, სილიციუმის ატომები ბრუნდებიან მედის პოზიციაზე და მინარევების ატომებს შეუძლიათ შეცვალონ სილიციუმის ატომები და შევიდნენ გისოსში. თუმცა, ასეთ ტემპერატურასა და დროში თერმული დამუშავება გამოიწვევს მინარევების გავრცელებას, რისი დანახვაც თანამედროვე IC-ის მწარმოებელ ინდუსტრიას არ სურს.
სწრაფი თერმული ანილირება: სწრაფი თერმული ანეილირება (RTA) მკურნალობს სილიკონის ვაფლებს ტემპერატურის უკიდურესად სწრაფი მატებით და ხანმოკლე ხანგრძლივობით სამიზნე ტემპერატურაზე (ჩვეულებრივ 1000°C). იმპლანტირებული სილიკონის ვაფლის ანეილირება ჩვეულებრივ ხორციელდება სწრაფ თერმულ პროცესორში Ar ან N2-ით. ტემპერატურის სწრაფი აწევის პროცესს და ხანმოკლე ხანგრძლივობას შეუძლია ოპტიმიზაცია მოახდინოს გისოსების დეფექტების გამოსწორებას, მინარევების გააქტიურებას და მინარევების დიფუზიის დათრგუნვას. RTA-ს ასევე შეუძლია შეამციროს გარდამავალი გაძლიერებული დიფუზია და არის საუკეთესო გზა შეერთების სიღრმის კონტროლისთვის არაღრმა შეერთების იმპლანტანტებში.
———————————————————————————————————————————— ———————————-
Semicera შეუძლია უზრუნველყოსგრაფიტის ნაწილები, რბილი/ხისტი იგრძნობა, სილიციუმის კარბიდის ნაწილები, CVD სილიციუმის კარბიდის ნაწილები, დაSiC/TaC დაფარული ნაწილებითან 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
გამოქვეყნების დრო: აგვისტო-31-2024