Ionenimplantationsprozessparameter

Bei der Herstellung von Siliziumwafer spielt die Verteilung der Ionen eine entscheidende Rolle bei der Geräteleistung, was wiederum eng mit den Hauptparametern des Ionenimplantationsprozesses verbunden ist. Die Hauptparameter der Ionenimplantationstechnologie bedecken Faktoren wie die Art der Ionenquelle, die Injektionsdosis, die Injektionsenergie, der Injektionswinkel und die Drehung des Siliziumwafers.

Ionenimplantationsprozessparameter
1) Implantationsdosis
Die Gesamtkonzentration von dotierten Ionen wird hauptsächlich durch die injizierte Dosis beeinflusst. Die Dosis wird durch das Produkt der Strahldichte (dh der Anzahl der Ionen pro Flächeneinheit) und der Implantationszeit bestimmt, und der spezifische Bereich hängt eng mit der Leistung des Ionenimplantationsgeräts zusammen. Im Allgemeinen beträgt der Dosisbereich der Mittelstrahl-/Hochenergie -Injektionsmaschine 1011 ~ 1014cm -2. Der Hochstrahlinjektor liegt zwischen 1014 ~ 1016cm -2, und die theoretische Formel zur Berechnung der Dosis lautet:

0040-09094 Chamber 200 mm
wobei n die Ionenimplantationsdosis darstellt (Einheit: cm -19 C). T ist die Injektionszeit, ich ist die Menge des injizierten Stroms; A ist der Injektionsbereich, n ist die Anzahl der Gebühren, und E ist die Ladung der Einheiten. Es ist wichtig zu beachten In der tatsächlichen Konzentrationsanalyse wie der Sekundärion -Massenspektrometrie (SIMS) wird sie in der Massenkonzentration (dh der Anzahl der Ionen pro Volumeneinheit) ausgedrückt. Bei Verwendung dieser beiden Methoden sollte daher auf den Unterschied in ihren Berechnungseinheiten achten.

Implantationsenergie
Die Energie zum Zeitpunkt der Ionenimplantation, die direkt mit der Bewegungsgeschwindigkeit der Ionen zusammenhängt, ist ein Schlüsselfaktor bei der Bestimmung der Tiefe der Ionenimplantation. In der Herstellung von integrierten Schaltkreisen liegt der Energiebereich der Ionenimplantation typischerweise zwischen 0. 1 kev und 1000 kev.

Die Tiefe der Implantation von Ionen hängt nicht nur mit der Injektionsenergie, sondern auch mit der Injektionsdosis zusammen. Wie in der folgenden Abbildung gezeigt, wird die Tiefenverteilung von SB -Ionen unter verschiedenen Energieinjektionen dargestellt, die durch SIMS -Analyse erhalten wird. Es kann beobachtet werden, dass mit zunehmender Injektionsenergie auch die Tiefe der Ionenimplantation zunimmt, aber entsprechend nimmt die Spitzenkonzentration ab.

Tiefenverteilungskurven von SB -Ionen unter verschiedenen Energieinjektionen (SIME -Analyse)

Die folgende Abbildung zeigt die Kurven der Injektionstiefe von B, P und als Ionen in amorphem Silizium als Funktion der Injektionsenergie. Aus der Grafik geht hervor, dass es eine proportionale Beziehung zwischen der Injektionstiefe und der Injektionsenergie gibt. Für verschiedene Arten von Ionen mit derselben Implantationsenergie ist die relative Atommasse des Ions umso geringer der projizierte Bereich (RP) der Implantationstiefe.

Kurven von B, P als Injektionstiefe im amorphen Silizium als Funktion der Injektionsenergie
3) Implantationswinkel
Die Winkelparameter der Ionenimplantation umfassen Neigung und Verdrehung, wie in der folgenden Abbildung gezeigt. Der Neigungswinkel hat einen signifikanten Einfluss auf die Ionenimplantationstiefe, während der Drehwinkel entsprechend entsprechend der Ausrichtung der spezifischen Produktstruktur angepasst werden muss.

Neigung und Drehwinkel der Ionenimplantation

Im tatsächlichen Waferprozess existieren Siliziumkristalle als Einzelkristalle, die eine spezifische Kristallstruktur aufweisen. Daher zeigt die Gitterprojektion, wenn sie aus verschiedenen Kristallrichtungen betrachtet werden, einen großen Unterschied. Wie in der Abbildung unten gezeigt, wenn sie in Richtung von von betrachtet werden<110 >Es entsteht eine große Anzahl von Kanälen mit großen Abmessungen. Wenn Sie von diesem Winkel abweichen, nimmt die Anzahl der Kanäle zu, die Größe nimmt jedoch erheblich ab. Wenn Ionen in die injiziert werden<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 obere Kammer dps + poly

Anweisungen anzeigen
Unter dem Einfluss des Kanaleffekts gibt es einen zweiten Peak in der Tiefe und Konzentration der Ionenimplantation, wie in der folgenden Abbildung gezeigt, wodurch die Tiefe der Implantation schwer zu kontrollieren wird. Um den Kanal -Effekt zu vermeiden, werden zwei Hauptmethoden angewendet: Eine besteht darin, die Hauptachse -Richtung des Siliziumkristalls so einzustellen, dass sie von der Injektionsrichtung abweist, dh den Neigungwinkel (normalerweise zwischen 3 Grad und 7) einzustellen (normalerweise zwischen 3 Grad und 7 Grad), um den Siliziumkristall amorph erscheinen zu lassen. Durch die Beobachtung der Sims -Tiefenverteilungskurven dotierter Ionen wie AS, SB, B und P in verschiedenen Neigungswinkeln (z. B. 5 Grad, 30 Grad, 60 Grad und 80 Grad), kann festgestellt werden Neigung, die Injektionstiefe nimmt ab, der Spitzenwert liegt näher an der Oberfläche und die Spitzenkonzentration nimmt ab. Die zweite besteht darin, die Oberfläche des Siliziumkristalls mit einem amorphen dielektrischen Film wie Siliziumdioxid und Siliziumnitrid zu bedecken oder die Oberfläche (z. B. GE oder Si -Plasma implantieren) zu amorphisieren.Peffect of Channel -Effekt auf die Konzentrationsverteilung unter 110 keV -Energieinjektion
4) Wafer dreht sich

Wenn Ionenimplantation an Siliziumwafern durchgeführt wird, gibt es häufig ein bestimmtes strukturelles Muster auf der Oberfläche, wodurch Teile des Bereichs während des Injektionsprozesses verdeckt werden, was zum sogenannten Schatteneffekt führt. Um die Einspritzungsgleichmäßigkeit der Siliziumwaferoberfläche zu verbessern, ist es häufig erforderlich, den Siliziumwafer zu drehen. Beispielsweise wird in einigen Ionenimplantationsprozessen der Wafer für ein Viertel der Gesamtdosis viermal um 90 Grad gedreht, um die Auswirkungen der Schattierung zu beseitigen (siehe Abbildung unten, Hinweis: Die gepunktete Linie ist der schattierte Bereich).

Ionenneigungspritzstruktur Blockierung
5) Auswahl der IonenquelleEs gibt viele Arten von Dopingelementen, einschließlich Bor (B), Phosphor (P), Arsen (AS), Indium (IN), Sauerstoff (O), Wasserstoff (H), Fluor (F) und Germanium (GE). Abhängig vom Anwendungsbedarf des Produkts müssen verschiedene Elemente dotiert werden. Die häufig verwendeten Ionenquellen für Bor sind Bor-Trifluorid (BF₃) oder Boran (B₂h₆), die für die Dotierung des P-Typs verwendet werden, wie die Bildung von P-Typen-Fallen, die Einstellung der Schwellenspannung von P-Type-Geräten, die P-Type-Typen, die P-Type-Typen, die Typen-Geräte, die Schwellenspannung von P-Type-Geräten, die Typen, Geräte, Geräte, Geräte, Geräte, Geräte, Geräte, Geräte vom Typ P-Typ, die Schwellenspannung von P-Type-Geräten, Geräte, Geräte, Geräte, Geräte, Geräte, Geräte, Geräte, Geräte, Geräte, Geräte, Geräte, Geräte, Geräte, Geräte, Geräte, die Schwellenspannung, werden verwendet. Die Doping von P-Typ-Geräten und die Bildung von Quellenabflüssen. Aufgrund der geringen Masse an Boratomen und der relativ geringen Menge an implantationsen Energie werden BF₃⁺ -Ionen normalerweise zur Implantation ausgewählt.

Phosphor wird häufig als Ionenquelle für Phosphin- (PH₃) oder fester rotes Phosphor für die Dotierung des N-Typs verwendet, wie die Bildung von N-Typ-Fallen, die Einstellung der Schwellenspannung von N-Typ-Geräten, das Dotieren von N- Geben Sie Geräte und die Bildung von Quellenabläufen ein.
Arsen kann als Ionenquelle, Arsen (Ash₃), festes Arsen oder AS₂O verwendet werden, das wie Phosphor dotiert ist, und Arsen kann auch zur Injektion in tief vergrabenen Schichten verwendet werden. Indium ist Indiumiodid (INI) als Ionenquelle, die wie Bor p-dotiert ist und häufig als schweres Ion zur leichten Doping-Injektion verwendet wird.

Fluor kann als Ionenquelle verwendet werden, um den SI -Suspensionsschlüssel an der SI/SiO₂ -Grenzfläche zu neutralisieren, um die Dichte der Zustände an der Grenzfläche zu verringern und die Interferenz des Leckstroms und des zufälligen elektrischen Signalrauschens zu verringern.
Bei der Injektion mit hohen Dosen kann Germanium die Gitterstruktur von Silizium stören und eine amorphe Schicht bilden, die dazu beiträgt, den Kanaleffekt zu verringern. Darüber hinaus hilft es bei der Rekristallisation und der elektrischen Aktivierung während des Tempers nach Ionenimplantation.
Überwachung des Ionenimplantationsprozesses
Die Parameter des Ion -Implantationsprozesses haben erhebliche Auswirkungen auf die Leistung des Endproduktgeräts. Daher ist es wichtig, den Prozess kontinuierlich und effektiv zu überwachen. Hier sind einige Hauptarten der Überwachung:

Thermalwellenschädenerkennungstechnologie (siehe Abbildung unten)
Nach der Ionenimplantation wird das Kristallgitter eines Siliziumwafers bis zu einem gewissen Grad beschädigt. Durch Erkennen des Ausmaßes dieser Gitterschädigung können wir die Stabilität des Ion -Implantationsprozesses überwachen. Dies geschieht durch Erhitzen der Oberfläche des Wafers mit einem Laserstrahl, und dann ändert sich das Reflexionsvermögen der Waferoberfläche. Wenn eine spezifische Fläche der Waferoberfläche mit einem anderen Laser gemessen wird, ändert sich das reflektierte Signal mit der Änderung des Reflexionsvermögens und diese erkannte Änderung wird als Wärmewelle (TW) als Signal bezeichnet. Das thermische Wellensignal ist eng mit dem Grad der Schädigung des Kristallgitters verbunden. Diese Methode reagiert schnell ohne Waferschäden und macht es ideal für die Echtzeitüberwachung der Stabilität des Ionenimplantationsprozesses auf der Produktionslinie.

热波操作监控

2) QuadratwiderstandsmessungDer Wafer nach der Ionenimplantation muss schnelles thermisches Glühen erfahren, um die elektronische Aktivität der Dotiermittel zu stimulieren. Das RS-Messgerät (Blechwiderstand) verwendet das Vier-Probe-Verfahren, bei dem ein elektrischer Strom zwischen zwei Teststiften angewendet wird, und die Spannung zwischen den beiden anderen Teststiften wird gemessen, um den quadratischen Widerstandswert des Wafers zu berechnen. Der RS ​​-Wert ist ein häufig verwendeter Überwachungsindex in Ionen -Implantern, der mit der Injektionsdosis und dem Winkel zusammenhängt. Je höher die Dosis ist, desto kleiner ist der RS ​​-Wert. Die Messergebnisse von RS werden auch durch die Stabilität des schnellen thermischen Glühprozesses beeinflusst. Obwohl diese Methode nicht so einfach ist wie die Erkennung von Wärmewellenschäden, sind ihre Ergebnisse genauer und werden daher häufig für die Inline-Überwachung auf Produktionslinien verwendet.

Sekundäre IonenmassenspektrometrieDurch Bombardieren der Waferoberfläche mit einem schweren Ionenstrahl und dem Sammeln der Massenspektren von Sekundärionen, die zu unterschiedlichen Zeiten gesputtert sind, können wir den Typ, die Konzentration und die Tiefe der dotierten Elemente messen. Dies ist derzeit die genaueste Überwachungsmethode für die Ionenimplantation. Die SIMS-Analyse ermöglicht jedoch keine umfassende Analyse des gesamten Wafers, erfordert eine Analyse in einem speziellen Labor unter Verwendung von SIMS-Analysegeräten und erfordert die Zerstörung des Wafers für die Probenahme, sodass die Inline-Messung nicht möglich ist und die Rückkopplungszeit ist relativ lang.

4) OberflächenpartikelüberwachungstechnologieBei Ionenimplantationsprozessen besteht die Hauptgefahr von Oberflächenpartikeln darin, dass sie die dotierte Injektionszone blockieren, was zu unvollständigen Dopingstrukturen führt, die wiederum die Ausbeute des Produkts beeinflussen können. Daher müssen wir Methoden wie Elektronenmikroskopie verwenden, um Oberflächenpartikel zu überwachen.