پارامترهای فرآیند کاشت یون

در ساخت ویفر سیلیکون ، توزیع یون ها نقش تعیین کننده ای در عملکرد دستگاه ایفا می کند ، که به نوبه خود از نزدیک با پارامترهای اصلی فرآیند کاشت یون مرتبط است. پارامترهای اصلی فناوری کاشت یون فاکتورهای مانند نوع منبع یون ، دوز تزریق ، انرژی تزریق ، زاویه تزریق و چرخش ویفر سیلیکون را پوشش می دهد.

پارامترهای فرآیند کاشت یون
1) دوز کاشت
غلظت کلی یون های دوپ شده عمدتاً توسط دوز تزریق شده تحت تأثیر قرار می گیرد. دوز با محصول چگالی پرتو (یعنی تعداد یون ها در واحد منطقه) و زمان کاشت تعیین می شود و دامنه خاص آن از نزدیک با عملکرد دستگاه کاشت یون ارتباط دارد. به طور کلی ، دامنه دوز دستگاه تزریق پرتو متوسط/انرژی بالا 1014 ~ 1014cm {{2} است. انژکتور پرتوی بالا بین 1016 ~ 1016cm {5}}} است و فرمول نظری برای محاسبه دوز این است:

0040-09094 اتاق 200 میلی متر
جایی که n نشان دهنده دوز کاشت یون (واحد: cm -19 c) است. T زمان تزریق است ، من مقدار جریان تزریق شده است. A منطقه تزریق است ، n تعداد هزینه ها است ، و E بار واحد است. توجه به این نکته مهم است که دوز کاشت یون از نظر چگالی پرتو (یعنی تعداد یون ها در هر واحد) اندازه گیری می شود ، در حالی که در تجزیه و تحلیل غلظت واقعی ، مانند طیف سنجی جرمی یون ثانویه (SIMS) ، در غلظت فله بیان شده است (یعنی تعداد یون ها در هر واحد حجم). بنابراین ، هنگام استفاده از این دو روش ، باید به تفاوت در واحدهای محاسبه آنها توجه کرد.

انرژی کاشت
انرژی در زمان کاشت یون ، که به طور مستقیم با سرعت حرکت یونها مرتبط است ، یک عامل اصلی در تعیین عمق کاشت یون است. در تولید مدار یکپارچه ، دامنه انرژی کاشت یون به طور معمول بین {0}}} 1 kev و 1000 kev است.

عمق کاشت یون ها نه تنها مربوط به انرژی تزریق نیست بلکه به دوز تزریق نیز مربوط می شود. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است ، توزیع عمق یون های SB تحت تزریق انرژی مختلف نشان داده شده است که توسط تجزیه و تحلیل SIMS بدست می آید. می توان مشاهده کرد که با افزایش انرژی تزریق ، عمق کاشت یون نیز افزایش می یابد ، اما به همین ترتیب ، غلظت اوج کاهش می یابد.

منحنی های توزیع عمق یون های SB تحت تزریق انرژی مختلف (تجزیه و تحلیل SIME)

شکل زیر منحنی های عمق تزریق B ، P و به عنوان یون های موجود در سیلیکون آمورف به عنوان تابعی از انرژی تزریق را نشان می دهد. از نمودار مشخص است که بین عمق تزریق و انرژی تزریق رابطه متناسب وجود دارد. علاوه بر این ، برای انواع مختلف یون ها با انرژی کاشت یکسان ، هرچه جرم اتمی نسبی یون بیشتر باشد ، دامنه پیش بینی شده (RP) عمق کاشت کوچکتر است.

منحنی های B ، P ، به عنوان عمق تزریق در سیلیکون آمورف به عنوان تابعی از انرژی تزریق
3) زاویه کاشت
پارامترهای زاویه کاشت یون شامل شیب و پیچ و تاب است ، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است. زاویه تمایل تأثیر قابل توجهی در عمق کاشت یون دارد ، در حالی که زاویه پیچ و تاب باید مطابق با جهت گیری ساختار محصول خاص تنظیم شود.

تمایل و پیچ و تاب زاویه کاشت یون

در فرآیند واقعی ویفر ، کریستال های سیلیکون به عنوان کریستال های منفرد وجود دارند و یک ساختار کریستالی خاص را نشان می دهند. بنابراین ، هنگامی که از جهت های مختلف کریستالی مشاهده می شود ، طرح مشبک تفاوت زیادی را نشان می دهد. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است ، هنگامی که در جهت مشاهده شده است<110 >تعداد زیادی کانال با ابعاد بزرگ تشکیل شده است. اگر از این زاویه منحرف شوید ، تعداد کانال ها افزایش می یابد ، اما اندازه آن به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. وقتی یونها در<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 DPS اتاق فوقانی + پلی

جهت مشاهده
تحت تأثیر اثر کانال ، اوج دوم در عمق و غلظت کاشت یون وجود دارد ، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است ، و عمق کاشت را کنترل می کند. برای جلوگیری از اثر کانال ، دو روش اصلی اتخاذ شده است: یکی تنظیم جهت اصلی محور کریستال سیلیکون به گونه ای است که از جهت تزریق منحرف می شود ، یعنی تنظیم زاویه تمایل (معمولاً بین 3 درجه و 7 درجه) برای ایجاد کریستال سیلیکون آمورف به نظر می رسد. با مشاهده منحنی های توزیع عمق سیمز یونهای دوپ شده مانند ، SB ، B و P در زوایای تمایل مختلف (به عنوان مثال ، 5 درجه ، 30 درجه ، 60 درجه و 80 درجه) ، می توان دریافت که با افزایش تمایل ، عمق تزریق کاهش می یابد ، مقدار اوج به سطح نزدیکتر است و غلظت اوج کاهش می یابد. دوم پوشاندن سطح کریستال سیلیکون با یک فیلم دی الکتریک آمورف ، مانند دی اکسید سیلیکون و نیترید سیلیکون یا آمورفیزه کردن سطح (مانند کاشت GE یا پلاسما Si) است.peffect اثر کانال بر توزیع غلظت تحت تزریق انرژی 110 کیلو ولت
4) چرخش ویفر

هنگامی که کاشت یون روی ویفرهای سیلیکون انجام می شود ، اغلب یک الگوی ساختاری خاصی روی سطح وجود دارد که باعث می شود قسمت هایی از منطقه در طی فرآیند تزریق مسدود شوند و در نتیجه اثر سایه ای به وجود می آید. به منظور بهبود یکنواختی تزریق سطح ویفر سیلیکون ، غالباً لازم است که ویفر سیلیکون را بچرخانید. به عنوان مثال ، در برخی از فرآیندهای کاشت یونی ، ویفر چهار بار در 90 درجه برای یک چهارم از دوز کل چرخانده می شود تا اثرات سایه را از بین ببرد (شکل زیر را ببینید ، توجه داشته باشید: خط نقطه ای منطقه سایه دار است).

ساختار تزریق شیب یون انسداد
5) انتخاب منبع یونیانواع مختلفی از عناصر دوپینگ ، از جمله بور (B) ، فسفر (P) ، آرسنیک (AS) ، Indium (In) ، اکسیژن (O) ، هیدروژن (H) ، فلوئور (F) و ژرمانیوم (GE) وجود دارد. بسته به نیازهای کاربردی محصول ، عناصر مختلفی باید از بین بروند. منابع یونی که معمولاً برای بور استفاده می شود ، تری فلوئورید بور (BF₃) یا بوران (B₂H₆) هستند که برای دوپینگ از نوع P استفاده می شود ، مانند تشکیل تله های نوع P ، تنظیم ولتاژ آستانه دستگاههای P-Type ، دوپینگ دستگاه های نوع P و تشکیل زهکشی منبع. با توجه به جرم کم اتم های بور و مقدار نسبتاً کم انرژی کاشت مورد نیاز ، یونهای BF₃⁺ معمولاً برای کاشت انتخاب می شوند.

فسفر اغلب به عنوان منبع یون برای فسفین (pH₃) یا فسفر قرمز جامد برای دوپینگ از نوع n استفاده می شود ، مانند تشکیل تله های نوع N ، تنظیم ولتاژ آستانه دستگاه های نوع N ، دوپینگ N- دستگاه های نوع ، و تشکیل زهکشی منبع.
آرسنیک را می توان به عنوان منبع یونی ، آرسنیک (Ash₃) ، آرسنیک جامد یا AS₂O استفاده کرد که از نوع N مانند فسفر دوپ شده است و آرسنیک نیز می تواند برای تزریق در لایه های دفن شده عمیق استفاده شود. Indium به عنوان منبع یون ، یدیم یدیم (ini) است ، که مانند Boron p-doped است و اغلب برای تزریق دوپینگ سبک به عنوان یون سنگین استفاده می شود.

فلوئور می تواند به عنوان یک منبع یونی برای خنثی کردن کلید تعلیق SI در رابط Si/Sio₂ مورد استفاده قرار گیرد تا چگالی حالتها در رابط کاهش یابد و تداخل جریان نشت و نویز سیگنال الکتریکی تصادفی را کاهش دهد.
در هنگام تزریق با دوزهای بالا ، ژرمانیوم می تواند ساختار شبکه سیلیکون را مختل کرده و یک لایه آمورف تشکیل دهد که به کاهش اثر کانال کمک می کند. علاوه بر این ، در تبلور مجدد و فعال سازی الکتریکی در طول بازپخت پس از کاشت یون کمک می کند.
نظارت بر فرآیند کاشت یونی
پارامترهای فرآیند کاشت یون تأثیر قابل توجهی در عملکرد دستگاه نهایی محصول دارد ، بنابراین نظارت بر روند به طور مداوم و مؤثر مهم است. در اینجا چند نوع اصلی نظارت وجود دارد:

فناوری تشخیص آسیب دیدگی موج حرارتی (شکل زیر را ببینید)
پس از کاشت یونی ، شبکه کریستالی یک ویفر سیلیکون تا حدی آسیب می بیند. با تشخیص میزان این آسیب مشبک ، می توانیم پایداری فرآیند کاشت یون را کنترل کنیم. این کار با گرم کردن سطح ویفر با پرتو لیزر انجام می شود و سپس بازتاب سطح ویفر تغییر می کند. هنگامی که یک منطقه خاص از سطح ویفر با لیزر دیگر اندازه گیری می شود ، سیگنال منعکس شده با تغییر بازتاب تغییر می کند ، و این تغییر شناسایی شده سیگنال موج حرارتی (TW) نامیده می شود. سیگنال موج حرارتی از نزدیک با میزان آسیب به شبکه کریستال ارتباط نزدیکی دارد. این روش به سرعت بدون آسیب ویفر واکنش نشان می دهد ، و آن را برای نظارت بر زمان واقعی از پایداری فرآیند کاشت یون در خط تولید ایده آل می کند.

热波操作监控

2) اندازه گیری مقاومت مربعویفر پس از کاشت یون برای تحریک فعالیت الکترونیکی دوپانتها باید تحت فشار سریع حرارتی قرار بگیرد. متر مقاومت ورق (RS) از روش چهار پروب استفاده می کند ، که در آن یک جریان الکتریکی بین دو پین تست و ولتاژ بین دو پین آزمایش دیگر اندازه گیری می شود تا مقدار مقاومت مربع ویفر محاسبه شود. مقدار RS یک شاخص مانیتورینگ متداول در ایمپلنت های یونی است که مربوط به دوز و زاویه تزریق است. به طور کلی ، هرچه دوز بالاتر باشد ، مقدار RS کوچکتر است. نتایج اندازه گیری RS نیز تحت تأثیر پایداری فرآیند بازپرداخت حرارتی سریع است. اگرچه این روش به اندازه تشخیص آسیب موج حرارتی ساده نیست ، اما نتایج آن دقیق تر است و بنابراین به طور گسترده ای برای نظارت درون خط بر روی خطوط تولید استفاده می شود.

طیف سنجی جرمی یون ثانویهبا بمباران سطح ویفر با پرتوی یون سنگین و جمع آوری طیفهای جرم یون های ثانویه که در زمان های مختلف پراکنده شده اند ، می توانیم نوع ، غلظت و عمق عناصر دوپ را اندازه گیری کنیم. این در حال حاضر دقیق ترین روش نظارت برای کاشت یون است. با این حال ، تجزیه و تحلیل SIMS امکان تجزیه و تحلیل جامع از کل ویفر را فراهم نمی کند ، نیاز به تجزیه و تحلیل در یک آزمایشگاه اختصاصی با استفاده از تجهیزات تجزیه و تحلیل SIMS دارد ، و نیاز به تخریب ویفر برای نمونه برداری دارد ، بنابراین اندازه گیری درون خطی امکان پذیر نیست و زمان بازخورد نسبتاً طولانی است

4) فناوری نظارت بر ذرات سطحیبرای فرآیندهای کاشت یون ، خطر اصلی ذرات سطحی این است که آنها منطقه تزریق دوپ شده را مسدود می کنند و در نتیجه ساختارهای ناقص دوپینگ ایجاد می شوند ، که به نوبه خود می تواند بر عملکرد محصول تأثیر بگذارد. بنابراین ، ما برای نظارت بر ذرات سطح باید از روش هایی مانند میکروسکوپ الکترونی استفاده کنیم.