1. Rhagymadrodd
Mewnblannu ïon yw un o'r prif brosesau mewn gweithgynhyrchu cylched integredig. Mae'n cyfeirio at y broses o gyflymu pelydr ïon i egni penodol (yn gyffredinol yn yr ystod o keV i MeV) ac yna ei chwistrellu i wyneb deunydd solet i newid priodweddau ffisegol arwyneb y deunydd. Yn y broses cylched integredig, mae'r deunydd solet fel arfer yn silicon, ac mae'r ïonau amhuredd wedi'u mewnblannu fel arfer yn ïonau boron, ïonau ffosfforws, ïonau arsenig, ïonau indiwm, ïonau germaniwm, ac ati. Gall yr ïonau wedi'u mewnblannu newid dargludedd wyneb y solet deunydd neu ffurfio cyffordd PN. Pan gafodd maint nodwedd cylchedau integredig ei leihau i'r cyfnod is-micron, defnyddiwyd y broses mewnblannu ïon yn eang.
Yn y broses gweithgynhyrchu cylched integredig, mae mewnblannu ïon fel arfer yn cael ei ddefnyddio ar gyfer haenau dwfn wedi'u claddu, ffynhonnau wedi'u dopio'n ôl, addasiad foltedd trothwy, mewnblannu estyniad ffynhonnell a draen, mewnblannu ffynhonnell a draen, dopio giât polysilicon, ffurfio cyffyrdd PN a gwrthyddion / cynwysyddion, ac ati. Yn y broses o baratoi deunyddiau swbstrad silicon ar ynysyddion, mae'r haen ocsid claddedig yn cael ei ffurfio'n bennaf gan fewnblannu ïon ocsigen crynodiad uchel, neu gyflawnir torri deallus trwy fewnblannu ïon hydrogen â chrynodiad uchel.
Mae mewnblaniad ïon yn cael ei berfformio gan fewnblanwr ïon, a'i baramedrau proses pwysicaf yw dos ac egni: mae'r dos yn pennu'r crynodiad terfynol, ac mae'r egni yn pennu ystod (hy, dyfnder) yr ïonau. Yn ôl gwahanol ofynion dylunio dyfeisiau, mae'r amodau mewnblannu wedi'u rhannu'n ddogn uchel o ynni uchel, dos canolig-ynni, dos canolig-ynni isel, neu ddos uchel o ynni isel. Er mwyn cael yr effaith fewnblannu ddelfrydol, dylai gwahanol fewnblanwyr fod â chyfarpar ar gyfer gwahanol ofynion proses.
Ar ôl mewnblannu ïon, yn gyffredinol mae angen cynnal proses anelio tymheredd uchel i atgyweirio'r difrod dellt a achosir gan fewnblannu ïon ac actifadu ïonau amhuredd. Mewn prosesau cylched integredig traddodiadol, er bod y tymheredd anelio yn cael dylanwad mawr ar ddopio, nid yw tymheredd y broses mewnblannu ïon ei hun yn bwysig. Mewn nodau technoleg o dan 14nm, mae angen cyflawni rhai prosesau mewnblannu ïon mewn amgylcheddau tymheredd isel neu uchel i newid effeithiau difrod dellt, ac ati.
2. proses mewnblannu ïon
2.1 Egwyddorion Sylfaenol
Mae mewnblannu ïon yn broses ddopio a ddatblygwyd yn y 1960au sy'n well na thechnegau tryledu traddodiadol yn y rhan fwyaf o agweddau.
Mae'r prif wahaniaethau rhwng dopio mewnblannu ïon a dopio trylediad traddodiadol fel a ganlyn:
(1) Mae dosbarthiad crynodiad amhuredd yn y rhanbarth doped yn wahanol. Mae crynodiad amhuredd brig mewnblannu ïon wedi'i leoli y tu mewn i'r grisial, tra bod y crynodiad amhuredd brig o drylediad wedi'i leoli ar wyneb y grisial.
(2) Mae mewnblannu ïon yn broses a gynhelir ar dymheredd ystafell neu hyd yn oed tymheredd isel, ac mae'r amser cynhyrchu yn fyr. Mae dopio trylediad yn gofyn am driniaeth tymheredd uchel hirach.
(3) Mae mewnblannu ïon yn caniatáu dewis mwy hyblyg a manwl gywir o elfennau wedi'u mewnblannu.
(4) Gan fod trylediad thermol yn effeithio ar amhureddau, mae'r tonffurf a ffurfiwyd gan fewnblannu ïon yn y grisial yn well na'r tonffurf a ffurfiwyd gan drylediad yn y grisial.
(5) Mae mewnblannu ïon fel arfer dim ond yn defnyddio photoresist fel y deunydd mwgwd, ond mae dopio trylediad yn gofyn am dwf neu ddyddodiad ffilm o drwch penodol fel mwgwd.
(6) Yn y bôn, mae mewnblannu ïon wedi disodli trylediad ac wedi dod yn brif broses dopio wrth gynhyrchu cylchedau integredig heddiw.
Pan fydd trawst ïon digwyddiad gydag egni penodol yn peledu targed solet (wafer fel arfer), bydd yr ïonau a'r atomau ar yr wyneb targed yn cael amrywiaeth o ryngweithiadau, ac yn trosglwyddo egni i'r atomau targed mewn ffordd benodol i gyffroi neu ïoneiddio. nhw. Gall yr ïonau hefyd golli rhywfaint o egni trwy drosglwyddo momentwm, ac yn olaf gael eu gwasgaru gan yr atomau targed neu stopio yn y deunydd targed. Os yw'r ïonau wedi'u chwistrellu yn drymach, bydd y rhan fwyaf o'r ïonau'n cael eu chwistrellu i'r targed solet. I'r gwrthwyneb, os yw'r ïonau wedi'u chwistrellu yn ysgafnach, bydd llawer o'r ïonau wedi'u chwistrellu yn bownsio oddi ar yr wyneb targed. Yn y bôn, bydd yr ïonau ynni uchel hyn sy'n cael eu chwistrellu i'r targed yn gwrthdaro â'r atomau dellt a'r electronau yn y targed solet i raddau amrywiol. Yn eu plith, gellir ystyried y gwrthdrawiad rhwng ïonau ac atomau targed solet fel gwrthdrawiad elastig oherwydd eu bod yn agos mewn màs.
2.2 Prif baramedrau mewnblannu ïon
Mae mewnblannu ïon yn broses hyblyg sy'n gorfod bodloni gofynion dylunio a chynhyrchu sglodion llym. Paramedrau mewnblannu ïon pwysig yw: dos, ystod.
Mae dos (D) yn cyfeirio at nifer yr ïonau a chwistrellir fesul uned arwynebedd arwyneb y wafer silicon, mewn atomau fesul centimedr sgwâr (neu ïonau fesul centimedr sgwâr). Gellir cyfrifo D yn ôl y fformiwla ganlynol:
Lle D yw'r dos mewnblannu (nifer yr ïonau/arwynebedd yr uned); t yw'r amser mewnblannu; Fi yw'r cerrynt trawst; q yw'r wefr a gludir gan yr ïon (gwef sengl yw 1.6×1019C[1]); ac S yw'r ardal fewnblannu.
Un o'r prif resymau pam mae mewnblannu ïon wedi dod yn dechnoleg bwysig mewn gweithgynhyrchu wafferi silicon yw y gall fewnblannu'r un dos o amhureddau i wafferi silicon dro ar ôl tro. Mae'r mewnblannwr yn cyflawni'r nod hwn gyda chymorth gwefr bositif yr ïonau. Pan fydd yr ïonau amhuredd positif yn ffurfio pelydr ïon, gelwir ei gyfradd llif yn gerrynt pelydr ïon, sy'n cael ei fesur mewn mA. Yr ystod o gerrynt canolig ac isel yw 0.1 i 10 mA, ac ystod y ceryntau uchel yw 10 i 25 mA.
Mae maint y cerrynt pelydr ïon yn newidyn allweddol wrth ddiffinio'r dos. Os bydd y cerrynt yn cynyddu, mae nifer yr atomau amhuredd a fewnblannir fesul uned amser hefyd yn cynyddu. Mae cerrynt uchel yn ffafriol i gynyddu cynnyrch wafferi silicon (chwistrellu mwy o ïonau fesul uned amser cynhyrchu), ond mae hefyd yn achosi problemau unffurfiaeth.
3. offer mewnblannu ïon
3.1 Strwythur Sylfaenol
Mae offer mewnblannu ïon yn cynnwys 7 modiwl sylfaenol:
① ffynhonnell ïon ac amsugnwr;
② dadansoddwr màs (hy magnet dadansoddol);
③ tiwb cyflymydd;
④ disg sganio;
⑤ system niwtraleiddio electrostatig;
⑥ siambr broses;
⑦ system rheoli dos.
All modiwlau mewn amgylchedd gwactod a sefydlwyd gan y system gwactod. Dangosir diagram adeileddol sylfaenol y mewnblannwr ïon yn y ffigur isod.
(1)Ffynhonnell Ion:
Fel arfer yn yr un siambr gwactod â'r electrod sugno. Rhaid i'r amhureddau sy'n aros i gael eu chwistrellu fodoli mewn cyflwr ïon er mwyn cael eu rheoli a'u cyflymu gan y maes trydan. Mae'r B+, P+, As+ ac ati a ddefnyddir amlaf yn cael eu cael gan atomau ïoneiddio neu foleciwlau.
Y ffynonellau amhuredd a ddefnyddir yw BF3, PH3 ac AsH3, ac ati, a dangosir eu strwythurau yn y ffigur isod. Mae'r electronau sy'n cael eu rhyddhau gan y ffilament yn gwrthdaro ag atomau nwy i gynhyrchu ïonau. Mae electronau fel arfer yn cael eu cynhyrchu gan ffynhonnell ffilament twngsten poeth. Er enghraifft, mae ffynhonnell ïon Berners, y ffilament catod wedi'i osod mewn siambr arc gyda mewnfa nwy. Wal fewnol y siambr arc yw'r anod.
Pan gyflwynir y ffynhonnell nwy, mae cerrynt mawr yn mynd trwy'r ffilament, a rhoddir foltedd o 100 V rhwng yr electrodau positif a negyddol, a fydd yn cynhyrchu electronau ynni uchel o amgylch y ffilament. Cynhyrchir ïonau positif ar ôl i'r electronau ynni uchel wrthdaro â'r moleciwlau nwy ffynhonnell.
Mae'r magnet allanol yn cymhwyso maes magnetig yn gyfochrog â'r ffilament i gynyddu ionization a sefydlogi'r plasma. Yn y siambr arc, ar y pen arall o'i gymharu â'r ffilament, mae adlewyrchydd â gwefr negyddol sy'n adlewyrchu'r electronau yn ôl i wella cynhyrchu ac effeithlonrwydd electronau.
(2)Amsugno:
Fe'i defnyddir i gasglu ïonau positif a gynhyrchir yn siambr arc y ffynhonnell ïon a'u ffurfio'n belydr ïon. Gan mai'r siambr arc yw'r anod a bod y catod dan bwysau negyddol ar yr electrod sugno, mae'r maes trydan a gynhyrchir yn rheoli'r ïonau positif, gan achosi iddynt symud tuag at yr electrod sugno a chael eu tynnu allan o'r hollt ïon, fel y dangosir yn y ffigur isod. . Po fwyaf yw cryfder y maes trydan, y mwyaf yw'r egni cinetig y mae'r ïonau'n ei ennill ar ôl cyflymiad. Mae yna hefyd foltedd atal ar yr electrod sugno i atal ymyrraeth gan electronau yn y plasma. Ar yr un pryd, gall yr electrod atal ffurfio ïonau i mewn i belydr ïon a'u canolbwyntio i mewn i ffrwd trawst ïon cyfochrog fel ei fod yn mynd trwy'r mewnblannwr.
(3)Dadansoddwr màs:
Gall fod llawer o fathau o ïonau yn cael eu cynhyrchu o'r ffynhonnell ïon. O dan gyflymiad foltedd yr anod, mae'r ïonau'n symud ar gyflymder uchel. Mae gan ïonau gwahanol unedau màs atomig gwahanol a chymarebau màs-i-wefr gwahanol.
(4)Tiwb cyflymydd:
Er mwyn cael cyflymder uwch, mae angen egni uwch. Yn ogystal â'r maes trydan a ddarperir gan y dadansoddwr anod a màs, mae angen maes trydan a ddarperir yn y tiwb cyflymydd hefyd ar gyfer cyflymiad. Mae'r tiwb cyflymydd yn cynnwys cyfres o electrodau wedi'u hynysu gan ddeuelectrig, ac mae'r foltedd negyddol ar yr electrodau yn cynyddu mewn dilyniant trwy'r cysylltiad cyfres. Po uchaf yw cyfanswm y foltedd, y mwyaf yw'r cyflymder a geir gan yr ïonau, hynny yw, y mwyaf yw'r egni a gludir. Gall ynni uchel ganiatáu i ïonau amhuredd gael eu chwistrellu'n ddwfn i'r wafer silicon i ffurfio cyffordd ddwfn, tra gellir defnyddio ynni isel i wneud cyffordd bas.
(5)Disg sganio
Mae'r trawst ïon ffocws fel arfer yn fach iawn mewn diamedr. Mae diamedr sbot trawst mewnblanwr cerrynt trawst canolig tua 1 cm, ac mae diamedr mewnblanwr cerrynt trawst mawr tua 3 cm. Rhaid gorchuddio'r wafer silicon cyfan trwy sganio. Pennir ailadroddadwyedd y mewnblaniad dos trwy sganio. Fel arfer, mae pedwar math o systemau sganio mewnblanwyr:
① sganio electrostatig;
② sganio mecanyddol;
③ sganio hybrid;
④ sganio cyfochrog.
(6)System niwtraleiddio trydan statig:
Yn ystod y broses fewnblannu, mae'r trawst ïon yn taro'r wafer silicon ac yn achosi gwefr i gronni ar wyneb y mwgwd. Mae'r cronni tâl canlyniadol yn newid y cydbwysedd tâl yn y trawst ïon, gan wneud y smotyn trawst yn fwy a dosbarthiad y dos yn anwastad. Gall hyd yn oed dorri trwy'r haen ocsid arwyneb ac achosi methiant dyfais. Nawr, mae'r wafer silicon a'r trawst ïon fel arfer yn cael eu gosod mewn amgylchedd plasma dwysedd uchel sefydlog o'r enw system cawod electron plasma, a all reoli codi tâl y wafer silicon. Mae'r dull hwn yn echdynnu electronau o'r plasma (argon neu xenon fel arfer) mewn siambr arc sydd wedi'i lleoli yn y llwybr trawst ïon ac ger y wafer silicon. Mae'r plasma yn cael ei hidlo a dim ond electronau eilaidd all gyrraedd wyneb y wafer silicon i niwtraleiddio'r wefr bositif.
(7)Prosesu ceudod:
Mae chwistrelliad trawstiau ïon i wafferi silicon yn digwydd yn y siambr broses. Mae'r siambr broses yn rhan bwysig o'r mewnblannwr, gan gynnwys system sganio, gorsaf derfynell gyda chlo gwactod ar gyfer llwytho a dadlwytho wafferi silicon, system trosglwyddo wafferi silicon, a system reoli gyfrifiadurol. Yn ogystal, mae rhai dyfeisiau ar gyfer monitro dosau a rheoli effeithiau sianel. Os defnyddir sganio mecanyddol, bydd yr orsaf derfynell yn gymharol fawr. Mae gwactod y siambr broses yn cael ei bwmpio i'r pwysau gwaelod sy'n ofynnol gan y broses gan bwmp mecanyddol aml-gam, pwmp turbomoleciwlaidd, a phwmp cyddwyso, sydd yn gyffredinol tua 1 × 10-6Torr neu lai.
(8)System rheoli dos:
Cyflawnir monitro dos amser real mewn mewnblanwr ïon trwy fesur y trawst ïon sy'n cyrraedd y wafer silicon. Mae'r cerrynt trawst ïon yn cael ei fesur gan ddefnyddio synhwyrydd o'r enw cwpan Faraday. Mewn system Faraday syml, mae synhwyrydd cyfredol yn y llwybr trawst ïon sy'n mesur y cerrynt. Fodd bynnag, mae hyn yn cyflwyno problem, gan fod y pelydr ïon yn adweithio gyda'r synhwyrydd ac yn cynhyrchu electronau eilaidd a fydd yn arwain at ddarlleniadau cerrynt gwallus. Gall system Faraday atal electronau eilaidd gan ddefnyddio meysydd trydan neu magnetig i gael gwir ddarlleniad cerrynt trawst. Mae'r cerrynt a fesurir gan system Faraday yn cael ei fwydo i mewn i reolwr dos electronig, sy'n gweithredu fel cronnwr cerrynt (sy'n cronni'r cerrynt trawst mesuredig yn barhaus). Defnyddir y rheolydd i gysylltu cyfanswm y cerrynt â'r amser mewnblannu cyfatebol a chyfrifo'r amser sydd ei angen ar gyfer dos penodol.
3.2 Trwsio difrod
Bydd mewnblannu ïon yn taro atomau allan o'r strwythur dellt ac yn niweidio'r dellt wafferi silicon. Os yw'r dos a fewnblannir yn fawr, bydd yr haen a fewnblannir yn dod yn amorffaidd. Yn ogystal, nid yw'r ïonau wedi'u mewnblannu yn y bôn yn meddiannu pwyntiau dellt silicon, ond yn aros yn y swyddi bwlch dellt. Dim ond ar ôl proses anelio tymheredd uchel y gellir actifadu'r amhureddau interstitial hyn.
Gall anelio gynhesu'r wafer silicon wedi'i fewnblannu i atgyweirio diffygion dellt; gall hefyd symud atomau amhuredd i'r pwyntiau dellt a'u actifadu. Mae'r tymheredd sydd ei angen i atgyweirio diffygion dellt tua 500 ° C, ac mae'r tymheredd sydd ei angen i actifadu atomau amhuredd tua 950 ° C. Mae gweithrediad amhureddau yn gysylltiedig ag amser a thymheredd: po hiraf yw'r amser a'r uchaf yw'r tymheredd, y mwyaf llawn yw'r amhureddau sy'n cael eu gweithredu. Mae dau ddull sylfaenol ar gyfer anelio wafferi silicon:
① anelio ffwrnais tymheredd uchel;
② anelio thermol cyflym (RTA).
Anelio ffwrnais tymheredd uchel: Mae anelio ffwrnais tymheredd uchel yn ddull anelio traddodiadol, sy'n defnyddio ffwrnais tymheredd uchel i gynhesu'r wafer silicon i 800-1000 ℃ a'i gadw am 30 munud. Ar y tymheredd hwn, mae'r atomau silicon yn symud yn ôl i'r sefyllfa dellt, a gall atomau amhuredd hefyd ddisodli'r atomau silicon a mynd i mewn i'r dellt. Fodd bynnag, bydd triniaeth wres ar dymheredd ac amser o'r fath yn arwain at ymlediad amhureddau, sy'n rhywbeth nad yw'r diwydiant gweithgynhyrchu IC modern am ei weld.
Anelio Thermol Cyflym: Mae anelio thermol cyflym (RTA) yn trin wafferi silicon gyda chynnydd tymheredd hynod gyflym a chyfnod byr ar y tymheredd targed (1000 ° C fel arfer). Mae anelio wafferi silicon wedi'i fewnblannu fel arfer yn cael ei berfformio mewn prosesydd thermol cyflym gydag Ar neu N2. Gall y broses codi tymheredd cyflym a'r cyfnod byr wneud y gorau o atgyweirio diffygion dellt, actifadu amhureddau ac atal trylediad amhuredd. Gall RTA hefyd leihau trylediad gwell dros dro a dyma'r ffordd orau o reoli dyfnder cyffyrdd mewn mewnblaniadau cyffordd bas.
——————————————————————————————————————————————— ——————————-
Gall Semicera ddarparurhannau graffit, ffelt meddal/anhyblyg, rhannau carbid silicon, Rhannau CVD carbid silicon, aRhannau wedi'u gorchuddio â SiC/TaCag mewn 30 diwrnod.
Os oes gennych ddiddordeb yn y cynhyrchion lled-ddargludyddion uchod,peidiwch ag oedi cyn cysylltu â ni am y tro cyntaf.
Ffôn: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Amser postio: Awst-31-2024