1. Танилцуулга
Ион суулгац нь нэгдсэн хэлхээний үйлдвэрлэлийн үндсэн процессуудын нэг юм. Энэ нь ионы цацрагийг тодорхой энерги болгон (ерөнхийдөө keV-ээс MeV-ийн мужид) хурдасгаж, дараа нь хатуу материалын гадаргуу руу шахаж, материалын гадаргуугийн физик шинж чанарыг өөрчлөх үйл явцыг хэлнэ. Нэгдсэн хэлхээний процесст хатуу материал нь ихэвчлэн цахиур, суулгасан хольцын ионууд нь ихэвчлэн борын ионууд, фосфорын ионууд, хүнцлийн ионууд, индийн ионууд, германий ионууд гэх мэт байдаг. Суулгасан ионууд нь хатуу биетийн гадаргуугийн дамжуулалтыг өөрчилж чаддаг. материал буюу PN уулзвар үүсгэнэ. Нэгдсэн хэлхээний онцлогийн хэмжээг микроны эрин үе хүртэл багасгах үед ион суулгах процессыг өргөнөөр ашигласан.
Нэгдсэн хэлхээний үйлдвэрлэлийн процесст ионы суулгацыг ихэвчлэн гүн булсан давхарга, урвуу хольцтой худаг, босго хүчдэлийн тохируулга, эх үүсвэр ба ус зайлуулах шугамын өргөтгөл суулгац, эх үүсвэр ба дренаж суулгац, полисиликон хаалганы допинг, PN уулзвар, резистор/конденсатор үүсгэх гэх мэт ажилд ашигладаг. Тусгаарлагч дээр цахиурын субстратын материалыг бэлтгэх явцад булсан ислийн давхаргыг голчлон өндөр концентрацитай хүчилтөрөгчийн ионы суулгацаар бүрдүүлдэг, эсвэл өндөр концентрацитай устөрөгчийн ион суулгацаар ухаалаг зүсэлт хийдэг.
Ион суулгацыг ион суулгагчаар гүйцэтгэдэг бөгөөд үйл явцын хамгийн чухал үзүүлэлтүүд нь тун ба эрчим хүч юм: тун нь эцсийн концентрацийг, энерги нь ионуудын хүрээг (өөрөөр хэлбэл гүн) тодорхойлдог. Төхөөрөмжийн дизайны янз бүрийн шаардлагын дагуу суулгац суулгах нөхцлийг өндөр тунгаар өндөр энергитэй, дунд тунгаар дунд энергитэй, дунд тунгаар бага энергитэй, их тунгаар бага энергитэй гэж хуваадаг. Суулгацын хамгийн тохиромжтой үр нөлөөг авахын тулд янз бүрийн суулгацыг өөр өөр процессын шаардлагад нийцүүлэн тоноглох ёстой.
Ион суулгацын дараа ерөнхийдөө ион суулгацын улмаас үүссэн торны эвдрэлийг арилгах, хольцын ионуудыг идэвхжүүлэхийн тулд өндөр температурт анивчих процесс хийх шаардлагатай байдаг. Уламжлалт нэгдсэн хэлхээний процесст нөхөх температур нь допинг хийхэд ихээхэн нөлөөлдөг боловч ион суулгах процессын температур өөрөө чухал биш юм. 14 нм-ээс доош технологийн зангилааны хувьд торны гэмтлийн нөлөөг өөрчлөхийн тулд бага эсвэл өндөр температурт ион суулгах тодорхой процессуудыг хийх шаардлагатай.
2. ион суулгах үйл явц
2.1 Үндсэн зарчим
Ион суулгац нь 1960-аад онд боловсруулсан допингийн процесс бөгөөд ихэнх талаараа уламжлалт диффузын техникээс давуу юм.
Ионы суулгацын допинг ба уламжлалт диффузийн допингийн хоорондох үндсэн ялгаа нь дараах байдалтай байна.
(1) Допингтой бүсэд хольцын концентрацийн тархалт өөр байна. Ионы суулгацын хольцын дээд концентраци нь болор дотор байрладаг бол диффузийн хамгийн их хольцын концентраци нь болорын гадаргуу дээр байрладаг.
(2) Ион суулгац нь тасалгааны температурт эсвэл бүр бага температурт хийгддэг процесс бөгөөд үйлдвэрлэлийн хугацаа богино байдаг. Тархалтын допинг нь өндөр температурт удаан эмчилгээ шаарддаг.
(3) Ион суулгац нь суулгасан элементүүдийг илүү уян хатан, нарийн сонгох боломжийг олгодог.
(4) Бохирдолд дулааны тархалт нөлөөлдөг тул талст дахь ион суулгацаас үүссэн долгионы хэлбэр нь болор дахь диффузийн долгионы хэлбэрээс илүү сайн байдаг.
(5) Ион суулгац нь ихэвчлэн зөвхөн фоторезистийг маскын материал болгон ашигладаг боловч диффузын допинг нь маск болгон тодорхой зузаантай хальсыг ургуулах буюу тунадасжуулахыг шаарддаг.
(6) Ион суулгац нь диффузийг үндсэндээ орлож, өнөөдрийн нэгдсэн хэлхээний үйлдвэрлэлийн гол допингийн процесс болжээ.
Тодорхой энерги бүхий туссан ионы цацраг нь хатуу байг (ихэвчлэн вафель) бөмбөгдөх үед зорилтот гадаргуу дээрх ионууд болон атомууд янз бүрийн харилцан үйлчлэлд өртөж, өдөөх эсвэл ионжуулахын тулд зорилтот атомуудад энерги шилжүүлдэг. тэд. Ионууд нь импульсийн дамжуулалтаар тодорхой хэмжээний энерги алдаж, эцэст нь зорилтот атомуудаар тархах эсвэл зорилтот материалд зогсох боломжтой. Хэрэв тарьсан ионууд илүү хүнд байвал ихэнх ионуудыг хатуу зорилтот хэсэгт шахах болно. Харин эсрэгээр тарьсан ионууд хөнгөн байвал тарьсан ионуудын ихэнх нь зорилтот гадаргуугаас үсрэх болно. Үндсэндээ бай руу тарьсан эдгээр өндөр энергитэй ионууд нь хатуу бай дахь торны атомууд болон электронуудтай янз бүрийн хэмжээгээр мөргөлдөх болно. Тэдгээрийн дотроос ион ба хатуу зорилтот атомуудын мөргөлдөөн нь массын хувьд ойролцоо байдаг тул уян харимхай мөргөлдөөн гэж үзэж болно.
2.2 Ионы суулгацын үндсэн үзүүлэлтүүд
Ион суулгац нь чипний дизайн, үйлдвэрлэлийн хатуу шаардлагыг хангасан уян хатан процесс юм. Ионы суулгацын чухал үзүүлэлтүүд нь: тун, хүрээ.
Тун (D) нь цахиурын хавтангийн гадаргуугийн нэгж талбайд тарьсан ионы тоог квадрат см тутамд атомаар (эсвэл квадрат см тутамд ион) хэлнэ. D-г дараахь томъёогоор тооцоолж болно.
Энд D нь суулгацын тун (ионы тоо/нэгж талбай); t - суулгац суулгах хугацаа; Би бол цацрагийн гүйдэл; q нь ионы зөөвөрлөх цэнэг (нэг цэнэг нь 1.6×1019C[1]); ба S нь суулгац суулгах хэсэг юм.
Цахиур хавтан үйлдвэрлэхэд ион суулгах чухал технологи болсны нэг гол шалтгаан нь ижил хэмжээний хольцыг цахиур хавтанд дахин дахин суулгаж чаддагт оршино. Суулгагч нь ионуудын эерэг цэнэгийн тусламжтайгаар энэ зорилгодоо хүрдэг. Эерэг хольцын ионууд ионы цацраг үүсгэх үед түүний урсгалын хурдыг ионы цацрагийн гүйдэл гэж нэрлэдэг бөгөөд үүнийг мА-аар хэмждэг. Дунд болон бага гүйдлийн хүрээ нь 0.1-10 мА, өндөр гүйдлийн хүрээ нь 10-25 мА байна.
Ионы цацрагийн гүйдлийн хэмжээ нь тунг тодорхойлох гол хувьсагч юм. Хэрэв гүйдэл нэмэгдвэл нэгж хугацаанд суулгасан хольцын атомын тоо мөн нэмэгдэнэ. Өндөр гүйдэл нь цахиур ялтсын гарцыг нэмэгдүүлэхэд тусалдаг (үйлдвэрлэлийн нэгж тутамд илүү их ион шахах), гэхдээ энэ нь жигд байдалд асуудал үүсгэдэг.
3. ион суулгах төхөөрөмж
3.1 Үндсэн бүтэц
Ион суулгах төхөөрөмж нь үндсэн 7 модулийг агуулдаг:
① ионы эх үүсвэр ба шингээгч;
② масс анализатор (өөрөөр хэлбэл аналитик соронз);
③ хурдасгагч хоолой;
④ дискийг сканнердах;
⑤ цахилгаан статик саармагжуулах систем;
⑥ процессын камер;
⑦ тунг хянах систем.
All модулиуд нь вакуум системээр тогтоосон вакуум орчинд байна. Ион суулгацын үндсэн бүтцийн диаграммыг доорх зурагт үзүүлэв.
(1)Ионы эх үүсвэр:
Ихэвчлэн сорох электродтой ижил вакуум камерт байдаг. Тарилгад орохыг хүлээж буй хольцууд нь цахилгаан талбараар хянагдаж, хурдасгахын тулд ион төлөвт байх ёстой. Хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг B+, P+, As+ гэх мэтийг атом эсвэл молекулуудыг ионжуулж гаргаж авдаг.
Ашигласан хольцын эх үүсвэрүүд нь BF3, PH3, AsH3 гэх мэт бөгөөд тэдгээрийн бүтцийг доорх зурагт үзүүлэв. Утаснаас ялгарсан электронууд нь хийн атомуудтай мөргөлдөж ион үүсгэдэг. Электроныг ихэвчлэн халуун вольфрамын судалтай эх үүсвэрээр үүсгэдэг. Жишээлбэл, Бернерсийн ионы эх үүсвэр, катодын судал нь хийн оролттой нуман камерт суурилагдсан. Нуман камерын дотоод хана нь анод юм.
Хийн эх үүсвэрийг нэвтрүүлэх үед утаснаас их хэмжээний гүйдэл дамжих ба эерэг ба сөрөг электродуудын хооронд 100 В-ын хүчдэл тавигдах бөгөөд энэ нь судлын эргэн тойронд өндөр энергитэй электронуудыг үүсгэнэ. Өндөр энергитэй электронууд нь эх үүсвэрийн хийн молекулуудтай мөргөлдсөний дараа эерэг ионууд үүсдэг.
Гадны соронз нь иончлолыг нэмэгдүүлж, плазмыг тогтворжуулахын тулд судалтай зэрэгцээ соронзон орон үүсгэдэг. Нуман камерт утастай харьцуулахад нөгөө үзүүрт сөрөг цэнэгтэй тусгал байдаг бөгөөд энэ нь электронуудын үүсэлт, үр ашгийг дээшлүүлэхийн тулд электронуудыг буцааж тусгадаг.
(2)Шингээлт:
Энэ нь ионы эх үүсвэрийн нуман камерт үүссэн эерэг ионуудыг цуглуулж, ионы цацраг үүсгэхэд ашиглагддаг. Нуман камер нь анод бөгөөд катод нь сорох электрод дээр сөрөг даралттай байдаг тул үүссэн цахилгаан талбар нь эерэг ионуудыг удирдаж, сорох электрод руу шилжиж, доорх зурагт үзүүлсэн шиг ионы ангархайгаас гарахад хүргэдэг. . Цахилгаан талбайн хүч их байх тусам ионууд хурдатгалын дараа их хэмжээний кинетик энерги авдаг. Мөн плазм дахь электронуудын хөндлөнгийн оролцооноос сэргийлэхийн тулд сорох электрод дээр дарах хүчдэл байдаг. Үүний зэрэгцээ дарангуйлагч электрод нь ионуудыг ионы цацраг болгон үүсгэж, тэдгээрийг параллель ионы цацрагт төвлөрүүлж, суулгацаар дамжин өнгөрөх боломжтой.
(3)Масс анализатор:
Ионы эх үүсвэрээс үүссэн олон төрлийн ионууд байж болно. Анодын хүчдэлийн хурдатгалын дор ионууд өндөр хурдтай хөдөлдөг. Янз бүрийн ионууд өөр өөр атомын массын нэгжтэй, өөр өөр масс ба цэнэгийн харьцаатай байдаг.
(4)Хурдасгагч хоолой:
Илүү өндөр хурдтай байхын тулд илүү их энерги шаардагдана. Анод ба массын анализаторын цахилгаан талбараас гадна хурдасгуурын хоолойд цахилгаан талбарыг хурдасгахад шаардлагатай. Хурдасгагч хоолой нь диэлектрикээр тусгаарлагдсан цуврал электродуудаас бүрдэх ба электродууд дээрх сөрөг хүчдэл нь цуваа холболтоор дараалан нэмэгддэг. Нийт хүчдэл өндөр байх тусам ионуудын олж авах хурд их байх болно, өөрөөр хэлбэл зөөвөрлөх энерги их байх болно. Өндөр энерги нь хольцын ионуудыг цахиурын хавтангийн гүнд шахаж гүний уулзвар үүсгэх боломжийг олгодог бол бага энергийг гүехэн уулзвар хийхэд ашиглаж болно.
(5)Диск сканнердаж байна
Төвлөрсөн ионы цацраг нь ихэвчлэн маш бага диаметртэй байдаг. Дунд зэргийн цацрагийн гүйдлийн суулгацын цацрагийн цэгийн диаметр нь ойролцоогоор 1 см, том цацрагийн гүйдлийн суулгацын диаметр нь 3 см орчим байдаг. Цахиурын хавтанг бүхэлд нь сканнердсан байх ёстой. Тун суулгацын давталтыг сканнердах замаар тодорхойлно. Ихэвчлэн дөрвөн төрлийн суулгац сканнердах систем байдаг:
① электростатик сканнер;
② механик сканнер;
③ эрлийз сканнердах;
④ зэрэгцээ сканнердах.
(6)Статик цахилгаан саармагжуулах систем:
Суулгацын явцад ионы цацраг нь цахиур хавтан дээр тусч, маскны гадаргуу дээр цэнэг хуримтлагддаг. Үүссэн цэнэгийн хуримтлал нь ионы цацраг дахь цэнэгийн тэнцвэрийг өөрчилдөг тул цацрагийн цэгийг томруулж, тунгийн хуваарилалтыг жигд бус болгодог. Энэ нь бүр гадаргуугийн ислийн давхаргыг эвдэж, төхөөрөмжийн эвдрэлд хүргэж болзошгүй юм. Одоо цахиур хавтан ба ионы цацрагийг ихэвчлэн плазмын электрон шүршүүрийн систем гэж нэрлэгддэг тогтвортой өндөр нягтралтай плазмын орчинд байрлуулсан бөгөөд энэ нь цахиур ялтсын цэнэглэлтийг хянах боломжтой юм. Энэ арга нь ионы цацрагийн зам болон цахиурын хавтангийн ойролцоо байрлах нуман камерт плазмаас (ихэвчлэн аргон эсвэл ксенон) электронуудыг гаргаж авдаг. Плазмыг шүүж, эерэг цэнэгийг саармагжуулахын тулд зөвхөн хоёрдогч электронууд цахиурын хавтан дээр хүрч чаддаг.
(7)Процессын хөндий:
Цахиурын хавтан руу ионы цацрагийг шахах нь процессын камерт явагддаг. Технологийн камер нь сканнерийн систем, цахиур хавтан ачиж буулгах вакуум түгжигчтэй терминал станц, цахиур хавтан дамжуулах систем, компьютерийн удирдлагын систем зэрэг суулгацын чухал хэсэг юм. Үүнээс гадна тунг хянах, сувгийн нөлөөг хянах зарим төхөөрөмж байдаг. Хэрэв механик сканнердсан бол терминалын станц харьцангуй том байх болно. Технологийн тасалгааны вакуумыг процесст шаардагдах доод даралт руу шахаж, олон шатлалт механик насос, турбомолекул насос, конденсацийн насосоор шахдаг бөгөөд энэ нь ерөнхийдөө 1 × 10-6 Торр ба түүнээс бага байдаг.
(8)Тунгийн хяналтын систем:
Ионы суулгац дахь бодит цагийн тунгийн хяналт нь цахиурын ялтсанд хүрэх ионы цацрагийг хэмжих замаар хийгддэг. Ионы цацрагийн гүйдлийг Фарадей аяга хэмээх мэдрэгч ашиглан хэмждэг. Энгийн Фарадей системд ионы цацрагийн замд гүйдлийг хэмждэг гүйдлийн мэдрэгч байдаг. Гэсэн хэдий ч ионы цацраг нь мэдрэгчтэй урвалд орж, хоёрдогч электронуудыг үүсгэдэг тул гүйдлийн уншилтыг алдаатай болгодог тул энэ нь асуудал үүсгэдэг. Фарадей систем нь цахилгаан эсвэл соронзон орон ашиглан хоёрдогч электронуудыг дарж, жинхэнэ цацрагийн гүйдлийн заалтыг олж авах боломжтой. Фарадей системээр хэмжсэн гүйдэл нь электрон тун хянагч руу тэжээгддэг бөгөөд энэ нь гүйдлийн аккумляторын үүрэг гүйцэтгэдэг (энэ нь хэмжсэн цацрагийн гүйдлийг тасралтгүй хуримтлуулдаг). Удирдагч нь нийт гүйдлийг суулгац суулгах хугацаатай холбож, тодорхой тунгаар шаардагдах хугацааг тооцоолоход хэрэглэгддэг.
3.2 Гэмтлийг засах
Ион суулгац нь торны бүтцээс атомуудыг унагаж, цахиурын ялтасыг гэмтээнэ. Хэрэв суулгасан тун их байвал суулгасан давхарга нь аморф болно. Нэмж дурдахад суулгасан ионууд нь үндсэндээ цахиурын торны цэгүүдийг эзэлдэггүй, харин торны цоорхойн байрлалд үлддэг. Эдгээр завсрын хольцыг зөвхөн өндөр температурт зөөлрүүлэх процессын дараа идэвхжүүлж болно.
Annealing нь торны согогийг засахын тулд суулгасан цахиур ялтсыг халааж болно; энэ нь мөн хольцын атомуудыг торны цэгүүд рүү шилжүүлж, идэвхжүүлж чаддаг. Торны согогийг засахад шаардагдах температур нь ойролцоогоор 500 ° C, хольцын атомыг идэвхжүүлэхэд шаардагдах температур нь ойролцоогоор 950 ° C байна. Бохирдлыг идэвхжүүлэх нь цаг хугацаа, температуртай холбоотой: цаг хугацаа урт, температур өндөр байх тусам хольц бүрэн идэвхждэг. Цахиур ялтсыг цэвэрлэх хоёр үндсэн арга байдаг:
① өндөр температурт зууханд халаах;
② хурдан дулааны боловсруулалт (RTA).
Өндөр температурт зууханд халаах: Өндөр температурт зууханд халаах нь цахиурын хавтанг 800-1000 ℃ хүртэл халааж, 30 минут байлгадаг өндөр температурт зуух ашигладаг уламжлалт арга юм. Энэ температурт цахиурын атомууд торны байрлал руу буцаж шилжих ба хольцын атомууд мөн цахиурын атомуудыг орлуулж торонд орж болно. Гэсэн хэдий ч ийм температур, цаг хугацаанд дулааны боловсруулалт хийснээр хольцыг тараахад хүргэдэг бөгөөд энэ нь орчин үеийн IC үйлдвэрлэлийн салбарыг харахыг хүсдэггүй.
Rapid Thermal Annealing: Rapid thermal annealing (RTA) нь цахиурын ялтсуудыг маш хурдан температурын өсөлттэй, зорилтот температурт (ихэвчлэн 1000 ° C) богино хугацаанд боловсруулдаг. Суулгасан цахиурын ялтсуудыг халаах ажлыг ихэвчлэн Ar эсвэл N2 бүхий хурдан дулааны процессороор гүйцэтгэдэг. Температурын хурдацтай өсөлт, богино хугацаа нь торны согогийг засах, хольцыг идэвхжүүлэх, бохирдлын тархалтыг дарангуйлдаг. RTA нь түр зуурын сайжруулсан тархалтыг бууруулж, гүехэн уулзвар суулгацын уулзварын гүнийг хянах хамгийн сайн арга юм.
———————————————————————————————————————————————————————————————————— ———————————-
Semicera хангах боломжтойбал чулуун хэсгүүд, зөөлөн/хатуу эсгий, цахиурын карбидын эд анги, CVD цахиурын карбидын эд анги, баSiC/TaC бүрсэн хэсгүүд30 хоногийн дотор.
Хэрэв та дээрх хагас дамжуулагч бүтээгдэхүүнийг сонирхож байгаа бол,анх удаа бидэнтэй холбоо барина уу.
Утас: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Шуудангийн цаг: 2024 оны 8-р сарын 31-ний хооронд