İyon implantasyon işlemi parametreleri

Silikon gofret imalatında, iyonların dağılımı cihaz performansında belirleyici bir rol oynar, bu da iyon implantasyon işleminin ana parametrelerine yakından bağlantılıdır. İyon implantasyon teknolojisinin ana parametreleri, iyon kaynağı tipi, enjeksiyon dozu, enjeksiyon enerjisi, enjeksiyon açısı ve silikon gofretin dönüşü gibi faktörleri kapsar.

İyon implantasyon işlemi parametreleri
1) İmplantasyon dozu
Doped iyonların toplam konsantrasyonu esas olarak enjekte edilen dozdan etkilenir. Doz, ışın yoğunluğunun ürünü (yani birim alan başına iyon sayısı) ve implantasyon süresi ile belirlenir ve spesifik aralığı, iyon implantasyon cihazının performansı ile yakından ilişkilidir. Genel olarak, orta ışın/yüksek enerji enjeksiyon makinesinin doz aralığı 1011 ~ 1014cm'dir -2. Yüksek ışın enjektörü 1014 ~ 1016cm -2 arasındadır ve dozu hesaplamak için teorik formül:

0040-09094 oda 200mm
burada n iyon implantasyon dozunu temsil eder (birim: cm -19 c). T enjeksiyon süresidir, ben enjekte edilen akımın miktarıdır; A enjeksiyon alanıdır, n yük sayısıdır ve e birim yüküdür. İyon implantasyon dozunun ışın yoğunluğu (yani birim alan başına iyon sayısı) açısından ölçüldüğünü belirtmek önemlidir, ancak Sekonder iyon kütle spektrometrisi (SIMS) gibi gerçek konsantrasyon analizinde, yığın konsantrasyonunda (yani birim hacim başına iyon sayısı) ifade edilir. Bu nedenle, bu iki yöntemi kullanırken, hesaplama birimlerindeki farka dikkat edilmelidir.

İmplantasyon enerjisi
İyonların hareket hızı ile doğrudan ilişkili olan iyon implantasyonu sırasında enerji, iyon implantasyonunun derinliğini belirlemede anahtar bir faktördür. Entegre devre üretiminde, iyon implantasyonunun enerji aralığı tipik olarak 0 arasındadır. 1 keV ve 1000 keV.

İyonların implantasyon derinliği sadece enjeksiyon enerjisi ile değil, aynı zamanda enjeksiyon dozuyla da ilişkilidir. Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, SIMS analizi ile elde edilen farklı enerji enjeksiyonları altında SB iyonlarının derinlik dağılımı gösterilmiştir. Enjeksiyon enerjisi arttıkça, iyon implantasyonunun derinliğinin de arttığı, ancak buna bağlı olarak pik konsantrasyonunun azaldığı gözlenebilir.

SB iyonlarının farklı enerji enjeksiyonları altında derinlik dağılım eğrileri (SIME analizi)

Aşağıdaki şekil, B, P enjeksiyon derinliğinin eğrilerini ve enjeksiyon enerjisinin bir fonksiyonu olarak amorf silikondaki iyonları olarak göstermektedir. Grafikten, enjeksiyon derinliği ile enjeksiyon enerjisi arasında orantılı bir ilişki olduğu açıktır. Ek olarak, aynı implantasyon enerjisine sahip farklı iyonlar için, iyonun nispi atomik kütlesi ne kadar büyük olursa, implantasyon derinliğinin öngörülen aralığı (RP) o kadar küçük olur.

Enjeksiyon enerjisinin bir fonksiyonu olarak amorf silikonda enjeksiyon derinliği olarak B, P eğrileri
3) İmplantasyon açısı
İyon implantasyonunun açı parametreleri, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi eğim ve bükülme içerir. Eğim açısının iyon implantasyon derinliği üzerinde önemli bir etkisi vardır, bükülme açısının spesifik ürün yapısının yönüne göre buna göre ayarlanması gerekir.

İyon implantasyonunun eğim ve bükülme açıları

Gerçek gofret işleminde, silikon kristalleri, spesifik bir kristal yapı sergileyen tek kristaller olarak bulunur. Bu nedenle, farklı kristal yönlerden bakıldığında, kafes projeksiyonu büyük bir fark gösterecektir. Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi,<110 >, büyük boyutlara sahip çok sayıda kanal oluşur. Bu açıdan saparsanız, kanal sayısı artar, ancak boyut önemli ölçüde azalır. İyonlar enjekte edildiğinde<110 > direction, some of the ions advance along these channels with minimal hindrance to the nuclei and electrons, resulting in a deeper than expected injection, resulting in a so-called channel effect.

0020-33806 Üst Oda DPS + Poli

Talimatları Görüntüleme
Kanal etkisinin etkisi altında, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, iyon implantasyonunun derinliğinde ve konsantrasyonunda ikinci bir pik vardır, bu da implantasyonun derinliğini kontrol etmeyi zorlaştırır. Kanal etkisinden kaçınmak için iki ana yöntem benimsenir: biri, silikon kristalinin ana eksen yönünü enjeksiyon yönünden sapması, yani eğim açısını ayarlamaktır (genellikle 3 derece ile 7 arasında (genellikle 3 derece ve 7 arasında derece) silikon kristalinin amorf görünmesini sağlamak. AS, SB, B ve P gibi SIMS derinliği dağılım eğrilerini farklı eğim açılarında (örneğin, 5 derece, 30 derece, 60 ve 80 derece) gözlemleyerek, Eğim, enjeksiyon derinliği azalır, tepe değeri yüzeye daha yakındır ve tepe konsantrasyonu azalır. İkincisi, silikon kristalin yüzeyini silikon dioksit ve silikon nitrür gibi amorf bir dielektrik filmle örtmek veya yüzeyi (GE veya Si plazma implantasyonu gibi) amorfize etmektir.110 keV enerji enjeksiyonunun altındaki konsantrasyon dağılımı üzerindeki kanal etkisinin patlaması
4) Gofret Döner

Silikon gofretler üzerinde iyon implantasyonu gerçekleştirildiğinde, yüzeyde genellikle enjeksiyon işlemi sırasında alanın parçalarının tıkanmasına neden olan ve gölge etkisine neden olan belirli bir yapısal desen vardır. Silikon gofret yüzeyinin enjeksiyon homojenliğini artırmak için genellikle silikon gofretin dönmesi gerekir. Örneğin, bazı iyon implantasyon işlemlerinde gofret, gölgelemenin etkilerini ortadan kaldırmak için toplam dozun dörtte biri için dört kez 90 derece döndürülür (aşağıdaki şekle bakınız, not: noktalı çizgi gölgeli alandır).

İyon eğim enjeksiyon yapısı engelleme
5) iyon kaynağı seçimiBor (B), fosfor (P), arsenik (AS), indiyum (IN), oksijen (O), hidrojen (H), flor (F) ve germanyum (GE) dahil olmak üzere birçok doping elemanı türü vardır. Ürünün uygulama ihtiyaçlarına bağlı olarak, farklı unsurların katlanması gerekir. Bor için yaygın olarak kullanılan iyon kaynakları, P tipi tuzakların oluşumu, P-tipi cihazların eşik voltajının ayarlanması gibi p-tipi doping için kullanılan bor triflorür (BF₃) veya boran (b₂h₆) 'dir. P tipi cihazların doping ve kaynak drenajlarının oluşumu. Bor atomlarının düşük kütlesi ve gerekli nispeten düşük implantasyon enerjisi nedeniyle, genellikle implantasyon için bf₃⁺ iyonları seçilir.

Fosfor genellikle n-tipi tuzakların oluşumu, N-tipi cihazların eşik voltajının ayarlanması gibi n tipi doping için fosfin (ph₃) veya katı kırmızı fosfor olarak kullanılır Tip cihazlar ve kaynak drenaj oluşumu.
Arsenik, bir iyon kaynağı, arsenik (Ash₃), katı arsenik veya fosfor gibi n-tipi katkılı As₂o olarak kullanılabilir ve arsenik de derin gömülü tabakalarda enjeksiyon için kullanılabilir. İndiyum, bor gibi P-katkılı iyon kaynağı olarak indiyum iyodürdür (INI) ve genellikle ağır bir iyon olarak hafif doping enjeksiyonu için kullanılır.

Florin, arayüzdeki durumların yoğunluğunu azaltmak ve sızıntı akımı ve rastgele elektrik sinyal gürültüsünün parazitini azaltmak için Si/Sio₂ arayüzündeki Si süspansiyon anahtarını nötralize etmek için bir iyon kaynağı olarak kullanılabilir.
Yüksek dozlarla enjekte edildiğinde, Germanyum silikonun kafes yapısını bozabilir ve kanal etkisini azaltmaya yardımcı olan amorf bir tabaka oluşturabilir. Ek olarak, iyon implantasyonundan sonra tavlama sırasında yeniden kristalleştirme ve elektrik aktivasyonuna yardımcı olur.
İyon implantasyon işleminin izlenmesi
İyon implantasyon işleminin parametrelerinin nihai ürün cihazının performansı üzerinde önemli bir etkisi vardır, bu nedenle işlemi sürekli ve etkili bir şekilde izlemek önemlidir. İşte birkaç ana izleme türü:

Termal Dalga Hasar Tespit Teknolojisi (Aşağıdaki şekle bakın)
İyon implantasyonundan sonra, bir silikon gofretin kristal kafesi bir dereceye kadar hasar görecektir. Bu kafes hasarının kapsamını tespit ederek, iyon implantasyon işleminin stabilitesini izleyebiliriz. Bu, gofretin yüzeyinin bir lazer ışını ile ısıtılmasıyla yapılır ve daha sonra gofret yüzeyinin yansıtılması değişir. Gofret yüzeyinin belirli bir alanı başka bir lazerle ölçüldüğünde, yansıyan sinyal yansıtma değişikliğiyle değişir ve bu tespit edilen değişikliğe termal dalga (TW) sinyali denir. Termal dalga sinyali, kristal kafesteki hasar derecesi ile yakından ilişkilidir. Bu yöntem, gofret hasarı olmadan hızlı bir şekilde reaksiyona girerek, üretim hattındaki iyon implantasyon işleminin stabilitesinin gerçek zamanlı izlenmesi için idealdir.

热波操作监控

2) Kare Direnç Ölçümüİyon implantasyonundan sonra gofret, dopantların elektronik aktivitesini uyarmak için hızlı termal tavlamaya tabi tutulmalıdır. Tabaka direnci (RS) sayaç, iki test pimi arasında bir elektrik akımının uygulandığı dört prob yöntemini kullanır ve gofretin kare direnç değerini hesaplamak için diğer iki test pimi arasındaki voltaj ölçülür. RS değeri, enjeksiyon dozu ve açısı ile ilişkili olan iyon implanters'da yaygın olarak kullanılan bir izleme indeksidir. Genel olarak, doz ne kadar yüksek olursa, RS değeri o kadar küçük olur. RS'nin ölçüm sonuçları, hızlı termal tavlama işleminin stabilitesinden de etkilenir. Bu yöntem termal dalga hasarı tespiti kadar basit olmasa da, sonuçları daha doğrudur ve bu nedenle üretim hatlarında hat içi izleme için yaygın olarak kullanılmaktadır.

İkincil iyon kütle spektrometrisiGofret yüzeyini ağır bir iyon ışını ile bombalayarak ve farklı zamanlarda püskürtülen ikincil iyonların kütle spektrumlarını toplayarak, katkılı elementlerin tipini, konsantrasyonunu ve derinliğini ölçebiliriz. Bu şu anda iyon implantasyonu için en doğru izleme yöntemidir. Bununla birlikte, SIMS analizi, tüm gofretin kapsamlı bir analizine izin vermez, SIMS analiz ekipmanını kullanarak özel bir laboratuvarda analiz gerektirir ve örnekleme için gofretin yok edilmesini gerektirir, bu nedenle sıralı ölçüm mümkün değildir ve geri besleme süresi nispeten uzun.

4) Yüzey Parçacık İzleme Teknolojisiİyon implantasyon işlemleri için, yüzey partiküllerinin ana tehlikesi, katkılı enjeksiyon bölgesini bloke etmeleri, eksik doping yapılarına neden olmalarıdır ve bu da ürünün verimini etkileyebilir. Bu nedenle, yüzey parçacıklarını izlemek için elektron mikroskopisi gibi yöntemleri kullanmamız gerekir.