Jonų implantacija

 VILNIAUS GEDIMINO TECHNIKOS UNIVERSITETAS Elektronikos fakultetas Jonų implantacija Elektronikos technologijos VILNIUS 2005 1.JONŲ IMPLANTACIJA Priemaišų įterpimas taikant difuziją naudojamas procese, kai priemaišos įterpiamos į puslaidininkį iš begalinio šaltinio padėklo paviršiuje. Paviršinė koncentracija buvo apribota kietafazio tirpumo, o gylinis priemaišų profilis – priklausomas nuo proceso trukmės ir nuo priemaišų skvarbumo. Iš esmės atrodo, kad mažesnis legiracijos lygis galėtų būti pasiekiamas, jei priemaišų šaltinis nebūtų begalinis. Pavyzdžiui, labai mažos koncentracijos priemaišų ir inertinių dujų mišinys duotų mažesnę paviršinę priemaišų koncentraciją. Šis procesas buvo naudojamas ankstyvose elektronikos technologijose, bet paaiškėjo, kad šį procesą labai sunku valdyti. Taip pat išaiškėjo, kad silpnai legiruotoms sritims tikslus kontroliavimas yra kritiškai svarbus. Dvipolio tranzistoriaus bazė ir MOP kanalas yra du pavyzdžiai, kurie parodo, kad silpna legiracija turi būti labai tiksliai valdoma, nes nuo jų priklauso atitinkamai įtampos stiprinimas ir slenkstinė įtampa. Jonų implantacija atliekama jonizuotus priemaišų atomus greitinant elektrostatiniame lauke ir jais bombarduojant padėklo paviršių. Dozė gali būti tiksliai kontroliuojama matuojant jonų srovę. Dozės įvairiems procesams svyruoja nuo 1011 cm-2 silpnoms implantacijoms iki 1016 cm-2 mažos varžos sritims, tokioms kaip ištakos/santakos kontaktams, emiteriams ir paslėptiems kolektoriams. Kai kurioms specializuotoms pritaikymo sritims reikalinga didesnė nei 1018 cm-2 koncentracija. Priemaišų jonų įsiskverbimo gylis gali būti kontroliuojamas ir valdant elektrostatinį lauką. Taigi jonų implantacija leidžia iki tam tikro lygmens kontroliuoti priemaišinio sluoksnio profilį. Tipinės jonų energijos yra nuo 10 keV iki 200 keV. Tam tikros specifinės paskirties dariniams, kaip pvz. Potencialinėms duobėms, reikia energijos, kuri siekia kelis MeV. Po tyrimų, kurie tęsėsi daugiausiai 1960‘aisiais , pirmieji komerciniai implantatoriai pasirodė 1973 metais. Nepaisant kai kurių sunkumų, naujasis priemaišų įterpimo metodas greitai tapo plačiausiai taikomu. Iki 1980‘ųjų dauguma procesų buvo pilnai įsisavinti. Nors ir plačiai naudojama, jonų implantacija turi keletą trūkumų. Atsitiktiniai jonai gali pažeisti puslaidininkį. Ši žala turi būti ištaisyta, bet kai kuriais atvejais visiškai to ištaisyti nepavyksta. Labai seklūs arba labai gilūs profiliai yra sunkiai padaromi arba visai neįmanomi. Taip pat labai ribotas tuo pačiu metu vykdomų implantacijų skaičius, ypač tai pasireiškia kai reikalinga didesnė priemaišų koncentracija, tuo tarpu difuzijos proceso metu galima apdoroti apie 200 padėklų iš karto. Ir pagaliau jonų implantacijai reikalinga įranga yra brangi. Viena pilna sistema kainuoja apie 2000000 $. Procesas, kuris nagrinėjamas šiame skyriuje, duoda galimybę padėklą padengti iš esmės vienodu priemaišiniu sluoksniu. Norint legiruoti tik atskiras padėklo sritis, reikia naudoti legiravimo kaukes. Standartinės jonų implantacijos pakaitalas yra jonų spindulio fokusavimas į mažą tašką, kurio dėka galima priemaišas įterpti lokaliai. Šis procesas vadinamas jonų spindulio technika. Pavyzdžiui, jonai gali būti naudojami norint sukurti gylines variacijas legiruotame sluoksnyje per visą įtaisą. Šis metodas taip pat yra brangus ir per lėtas, kad būtų plačiai taikomas įvairiems komerciniams tikslams. Jonų spinduliai naudojami norint ištaisyti kaukių paliktus defektus ir diagnostikos tikslais. 1.1. IDEALI JONŲ IMPALNTACIJOS SISTEMA Jonų implantacijos mechanizmas gali būti padalintas į tris pagrindines dalis: jonų šaltinis; greitinantysis vamzdis ir padėklas. Jonų šaltinis prasideda dujų šaltiniu, kuriose yra pageidaujamas priemaišų tipas. Dažniausiai naudojamos silicio technologijose dujos yra BF3, AsH3 ir PH3. GaAs technologijoms būdingos dujos yra SiH4 ir H2. Dauguma implantatorių , kurie naudoja dujinius šaltinius, turi galimybę parinkti tinkamas dujas naudojant vožtuvus. Dujų tėkmė gali būti valgoma naudojant kintamą angą. Jei reikiamos priemaišos negali būti dujinės formos, kaip parodyta 1.2 paveiksle, kietos būsenos medžiaga gali būti kaitinama ir jos garai naudojami kaip priemaišų šaltinis. Medžiaga kaitinama krosnyje, o garai sklinda per kaitinimo siūlą. Jei šaltinis dujinis, krosnis pakeičiama tiesiog dujų šaltiniu. Esant aukštiems slėgiams, elektronų srautas yra pakankamas, kad palaikyti reikiamą išlydį. 1.1 pav. Jonų implantatoriaus schema 1.2 pav. Freeman‘o jonų šaltinio schema. Kietieji kūnai gali būti garinami krosnyje, o dujiniai šaltiniai gali būti tiesiogiai jungiami prie kameros. Dujos sklinda į arkinę kamerą. Kamera turi dvi paskirtis: išskaidyti dujas į įvairius atomus ir molekules ir jonizuoti kai kuriuos iš jų. Paprasčiausiose iš tokių sistemų, dujos sklinda pro angą į žemo slėgio kamerą, kur praeina tarp karšto siūlelio ir metalinės plokštelės. Į siūlelį paduodama didelė neigiama įtampa, lyginant su metaline plokštele. Elektronai yra nukaitinami nuo siūlelio ir pagreitinami link plokštės. Jiems skrendant link plokštės, jie susiduria su dujų molekulėmis, perduodami dalį savo energijos. Jei perduota energija yra pakankamai didelė, gali įvykti molekulės skilimas. Pavyzdžiui BF3 skyla į B, B+, BF2, BF2+, F+ ir į dar daug kitų struktūrų įvairiomis dalimis. Neigiamus jonus irgi galima gauti, bet tai jau sudėtingesnis procesas. Norint padidinti jonizacijos efektyvumą, elektronų srautas dažnai yra veikimas magnetiniu lauku. Dėl to elektronai ima judėti spiralinėmis trajektorijomis, kas labai padidina jonizacijos tikimybę. Teigiami jonai yra traukiami prie atviros kameros pusės, kuri yra veikiama didele neigiama įtampa, siūlelio atžvilgiu. Tada teigiami jonai palieka kamera pro plyšį. Gautas jonų srautas dažniausiai yra nuo kelių milimetrų iki vieno, dviejų centimetrų skersmens. Dujų slėgis šioje šaltinio dalyje yra nuo 10-5 iki 10-7 Pa, tai užtikrina stabilią arką tarp siūlelio ir anodo. Maksimali jonų srovė siekia kelis miliamperus. Spindulys dabar susideda iš kelių dalelių rūšių, dauguma kurių yra jonizuotos. Kita užduotis yra atrinkti reikalingas priemaišų daleles. Pagal ankstesnį pavyzdį, tarkime, kad norime atrinkti tik B+ iš srauto ir sustabdyti kitas daleles. Tai dažniausiai atliekama naudojant analizuojantį magnetą (pav. 1.3.). Spindulys nukreipiamas į didelę kamerą, kurioje yra palaikomas žemas slėgis. Kameroje palaikomas magnetinis laukas, kuris yra statmenas spindulio greičio vektoriui. Iš elektrostatikos žinome, kad (1.1) kur v yra jonų greitis, q yra jono krūvis, m yra jono masė, B – magnetinio lauko indukcija, r – kreivumo spindulys. Jei jonas paklūsta klasikinės mechanikos dėsniam, tai (1.2) 1.3 paveikslas. Masių atskyrimo etapas jonų implantatoriuje kur Vext yra išmušimo potencialas. 1.2 formulė neatsižvelgia į jonų gaunamą energiją susidūrimų su elektronais šaltinyje. Jonų energijos dėl šio efekto pasiskirsto 10eV ruože. Nors išmušimo potencialo amplitude yra apie 3 kartus didesne, 1.2 formule gana gerai nusako apytiksle tikrosios energijos vertę. Kitas plyšys gali būti padarytas masės analizės kameroje, taip kad tik vienos masės (krūvio ir masės santykio) dalelė įgaus reikiama kreivumo spindulį, kad išlėktų iš šaltinio (1.4 paveikslas). Faktas, kad egzistuoja divergencija, apriboja tokio įrenginio skiriamąją gebą. To priežastis – ribotas plyšio dydis ir nedidelė jonų energijos kaita. Kaip bebūtų, tokia sistema gali laisvai atskirti boro izotopus B11 ir B10. Apjungiant 1.1 ir 1.2 formules, (1.3) Paprastai, analizuojantis laukas yra statmenas jonų greičio vektoriui, o įėjimas ir išėjimas yra simetriški. Dabar tarkime, kad laukas nustatytas taip, kad leistų M masės jonui tiksliai skrieti r spindulio apkritimu. Jei M+M masės jonas patenka į tokią sistemą, spindulys pasislinks atstumu: (1.4) Dvi masės gali būti atskirtos, kai D yra didesnis negu spindulio pločio ir plyšio išėjimo pločio suma. Didžiausia skiriamoji geba pasiekiama, kai r yra didelis, o M yra mažas. (Dėl spindulio divergencijos, L daro labai mažą įtaką ir šioje paprastoje analizėje ši įtaka yra paneigiama, kol L yra metrų eilės.) Dauguma masės filtrų, naudojamų IC, spinduliai yra nedidesni už metrą. 1.1 pavyzdys. Masės atskyrimas Jei analizuojantis magnetas užlenkia jonų spindulį 45o kampu ir L = r = 50 cm, raskite pasislinkimą D, kuris būtų stebimas, jei B10 patektų į sistemą, suderintą dirbti su B11. Išmušimo potencialas yra 20 kV. Kadangi masės skirtumas yra 1 a.m.v., ir Kadangi plyšio plotis yra dažniausiai keli milimetrai, šis analizatorius galėtų atskirti šias dvi mases. Akivaizdu, sunkesnės dalelės bus sunkiau atskiriamos ir gali reikėti didesnio magneto. Pagal 1.3 formulę, čia lauko matavimo vienetai yra teslos (T) ir kiloGausai (kG). Jonų greitinimas gali būti atliktas arba prieš, arba po masės analizės. Greitinimas prieš masės atskyrimą labai sumažina riziką, kad jonai praras savo krūvį prieš pasiekdami padėklo paviršių, bet tam reikia daug didesnio magneto. Tolimesnis aptarimas bus vykdomas tariant, kad visų pirma įvykdoma masės analizė, o po to – greitinimas. Vamzdis dažniausiai yra kelių metrų ilgio ir jame palaikomas gana stiprus vakuumas (

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!