Parametry procesu implantace iontů

Při výrobě křemíkových destiček hraje distribuce iontů rozhodující roli ve výkonu zařízení, která je zase úzce spojena s hlavními parametry procesu implantace iontů. Hlavní parametry krytí iontových implantačních technologií, jako je typ zdroje iontů, injekční dávka, injekční energie, úhel vstřikování a rotace křemíkové oplatky.

Parametry procesu implantace iontů
1) Implantovací dávka
Celková koncentrace dopovaných iontů je ovlivněna hlavně injikovanou dávkou. Dávka je určena produktem hustoty paprsku (tj. Počet iontů na jednotku plochy) a dobou implantace a její specifický rozsah úzce souvisí s výkonem implantačního zařízení iontu. Obecně je rozsah dávkového stroje středního paprsku/vysokých energetických injekcí 1011 ~ 1014 cm -2. Vstřikovač s vysokým paprskem je mezi 1014 ~ 1016 cm -2 a teoretický vzorec pro výpočet dávky je:

0040-09094 Komora 200 mm
kde n představuje dávku implantace iontu (jednotka: cm -19 c). T je doba injekce, já je množství injektovaného proudu; A je oblast injekce, n je počet nábojů a E je nabitý jednotkový náboj. Je důležité si uvědomit, že dávka implantace iontu se měří z hlediska hustoty paprsku (tj. Počet iontů na jednotku plochy), zatímco, zatímco se měří Ve skutečné analýze koncentrace, jako je sekundární iontová hmotnostní spektrometrie (SIMS), je exprimována ve objemové koncentraci (tj. Počet iontů na jednotkový objem). Proto by při použití těchto dvou metod měl jeden věnovat pozornost rozdílu v jejich výpočtech.

Implantační energie
Energie v době implantace iontu, která přímo souvisí s rychlostí pohybu iontů, je klíčovým faktorem při určování hloubky implantace iontů. V integrované výrobě obvodu je energetický rozsah implantace iontu obvykle mezi 0. 1 keV a 1000 keV.

Hloubka implantace iontů souvisí nejen s injekční energií, ale také s injekční dávkou. Jak je znázorněno na obrázku níže, je ukázáno hloubkové rozdělení iontů SB při různých energetických injekcích, což je získáno analýzou SIMS. Lze pozorovat, že se zvyšováním injekční energie se také zvyšuje hloubka implantace iontů, ale odpovídajícím způsobem se koncentrace píku snižuje.

Hloubkové distribuční křivky iontů SB při různých injekcích energie (Analýza SIME)

Níže uvedený obrázek zobrazuje křivky hloubky injekce B, P a jako iontů v amorfním křemíku jako funkci injekční energie. Z grafu je zřejmé, že existuje úměrný vztah mezi hloubkou injekce a injekční energií. Kromě toho pro různé druhy iontů se stejnou implantační energií, tím větší je relativní atomová hmota iontu, tím menší je promítaný rozsah (RP) hloubky implantace.

Křivky B, P, jako hloubka injekce v amorfním křemíku jako funkce injekční energie
3) Úhel implantace
Úhlové parametry implantace iontu zahrnují náklon a zvraty, jak je znázorněno na obrázku níže. Úhel sklonu má významný dopad na hloubku implantace iontů, zatímco úhel zvratu musí být podle toho podle orientace specifické struktury produktu upraven.

Sklon a úhly iontu iontu

Ve skutečném procesu oplatky existují křemíkové krystaly jako jednotlivé krystaly, které vykazují specifickou krystalovou strukturu. Proto při pohledu z různých směrů krystalů bude projekce mřížky vykazovat velký rozdíl. Jak je znázorněno na obrázku níže, při pohledu ve směru<110 >, se vytvoří velké množství kanálů s velkými rozměry. Pokud se od tohoto úhlu odchýlíte, počet kanálů se zvyšuje, ale velikost se výrazně zmenšuje. Když jsou ionty injikovány do<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 Horní komora DPS + Poly

Pokyny pro sledování
Pod vlivem efektu kanálu je druhý pík v hloubce a koncentraci implantace iontů, jak je znázorněno na obrázku níže, což ztěžuje kontrolu hloubky implantace. Aby se zabránilo efektu kanálu, jsou přijaty dvě hlavní metody: jednou je upravit směr hlavní osy křemíkového krystalu tak, aby se odchylla od směru injekce, tj. Pro úpravu úhlu sklonu (obvykle mezi 3 stupni a 7 stupeň) Aby se křemíkový krystal objevil amorfní. Pozorováním hloubkových distribučních křivek sims dotovaných iontů, jako jsou SB, B a P při různých úhlech sklonu (např. 5 stupňů, 30 stupňů, 60 stupňů a 80 stupňů), lze zjistit, že se zvýšením pobytu Sklon, hloubka injekce se snižuje, maximální hodnota je blíže k povrchu a koncentrace píku se snižuje. Druhým je zakrytí povrchu křemíkového krystalu amorfním dielektrickým filmem, jako je oxid křemičitý a nitrid křemíku, nebo amorfizovat povrch (jako je implantovat GE nebo SI plazma).Peffect of Channel Effect na distribuci koncentrace v injekci 110 keV
4) Otočení oplatky

Když je implantace iontů prováděna na křemíkových opcích, na povrchu je často určitý strukturální vzor, ​​který způsobuje, že části oblasti byly během procesu injekce uzavřeny, což vede k tzv. Stínovému efektu. Aby se zlepšila injekční uniformita povrchu destičky křemíku, je často nutné otáčet křemíkovou destičkou. Například v některých iontových implantačních procesech se oplatka otočí čtyřikrát při 90 stupních po dobu čtvrtiny celkové dávky, aby se eliminoval účinky stínování (viz obrázek níže, poznámka: tečkovaná čára je stínovaná oblast).

Blokování struktury injekce iontů
5) Výběr zdroje iontůExistuje mnoho typů dopingových prvků, včetně boru (B), fosforu (p), arsenu (AS), india (in), kyslíku (O), vodíku (H), fluorinu (F) a germania (GE). V závislosti na potřebách aplikace produktu musí být dopovány různé prvky. Běžně používanými iontovými zdroji pro borony jsou borský trifluorid (BF₃) nebo Borane (B₂H₆), které se používají pro doping typu p, jako je tvorba pasti typu p, nastavení prahového napětí zařízení typu p-typu, například, nastavení prahového napětí p-typu zařízení Doping zařízení typu P a tvorba zdrojových odtoků. Vzhledem k nízké hmotnosti atomů boru a relativně nízkému množství potřebné implantační energie jsou pro implantaci obvykle vybrány ionty BF₃⁺.

Fosfor se často používá jako iontový zdroj pro fosfin (pH₃) nebo pevný červený fosfor pro doping typu N, jako je tvorba pastí typu N, nastavení prahového napětí zařízení typu N, doping n- Typ zařízení a tvorba zdrojových odtoků.
Arsen může být použit jako zdroj iontu, arsen (ash₃), pevný arsen nebo as₂o, který je dopovaný jako fosfor a arsen může být také použit pro injekci v hlubokých pohřbených vrstvách. Indium je indium jodid (INI) jako zdroj iontů, který je p-dotován jako boor, a často se používá pro injekci dopingu lehkého dopingu jako těžký ion.

Fluorin lze použít jako zdroj iontů k neutralizaci klíče odpružení SI na rozhraní SI/SIO₂ ke snížení hustoty stavů na rozhraní a snížení rušení proudu úniku a náhodného elektrického signálu.
Při injekci vysokých dávek může germanium narušit mřížkovou strukturu křemíku a vytvořit amorfní vrstvu, což pomáhá snížit efekt kanálu. Kromě toho pomáhá při rekrystalizaci a elektrické aktivaci během žíhání po implantaci iontu.
Monitorování procesu implantace iontů
Parametry procesu implantace iontu mají významný dopad na výkon finálního produktového zařízení, takže je důležité tento proces monitorovat nepřetržitě a efektivně. Zde je několik hlavních typů monitorování:

Technologie detekce poškození tepelných vln (viz obrázek níže)
Po implantaci iontu bude do určité míry poškozena krystalová mřížka křemíkové destičky. Detekcí rozsahu tohoto poškození mřížky můžeme monitorovat stabilitu procesu implantace iontu. To se provádí zahříváním povrchu oplatky laserovým paprskem a poté se změní odrazivost povrchu oplatky. Když je měřena specifická oblast povrchu oplatky s jiným laserem, odražený signál se změní se změnou odrazivosti a tato detekovaná změna se nazývá signál tepelné vlny (TW). Signál tepelné vlny úzce souvisí se stupněm poškození krystalové mřížky. Tato metoda reaguje rychle bez poškození oplatky, takže je ideální pro monitorování stability iontové implantační procesu v reálném čase na výrobní lince.

热波操作监控

2) Měření čtvercového odporuOplatka po implantaci iontů musí podstoupit rychlé tepelné žíhání, aby se stimulovala elektronickou aktivitu dopantů. Pro výpočet hodnoty čtvercové odporu oplatky se měří měřič listu (RS), ve které se nanáší elektrický proud mezi dvěma testovacími kolíky a napětí mezi ostatními dvěma testovacími kolíky se měří. Hodnota RS je běžně používaným monitorovacím indexem v iontových implantech, který souvisí s dávkou a úhlem vstřikování. Obecně platí, že čím vyšší je dávka, tím menší je hodnota RS. Výsledky měření RS jsou také ovlivněny stabilitou rychlého procesu tepelného žíhání. Ačkoli tato metoda není tak přímá jako detekce poškození tepelných vln, její výsledky jsou přesnější, a proto se široce používají pro in-line monitorování na výrobních linkách.

Sekundární iontová hmotnostní spektrometrieBombardováním povrchu oplatky těžkým iontovým paprskem a shromažďováním hmotnostních spekter sekundárních iontů roztrhaných v různých časech můžeme měřit typ, koncentraci a hloubku dotovaných prvků. Toto je v současné době nejpřesnější metoda monitorování pro implantaci iontu. Analýza SIMS však neumožňuje komplexní analýzu celé oplatky, vyžaduje analýzu ve specializované laboratoři pomocí zařízení SIMS analýzy a vyžaduje zničení oplatky pro odběr vzorků, takže in-line měření není možné a doba zpětné vazby není možné a doba zpětné vazby není možné a zpětná vazba je možné a doba zpětné vazby není možné je relativně dlouhá.

4) Technologie sledování povrchových částicU procesů implantace iontů je hlavním rizikem povrchových částic to, že blokují dopovanou injekční zónu, což má za následek neúplné dopingové struktury, které zase mohou ovlivnit výnos produktu. Proto musíme použít metody, jako je elektronová mikroskopie, ke sledování povrchových částic.