Ионная имплантация и легирование
Прецизионная ионная имплантация и диффузия. B, P, As, Sb. Si, SOI, сложные полупроводники.
Обзор
Ионная имплантация — точный контроль концентрации, глубины и распределения примесей. Энергии 5 keV – 3 MeV.
Полный цикл: подготовка, имплантация, отжиг, характеризация. Пластины 100–200mm.
Типы примесей и возможности
Бор — P-тип примесь
Бор — основной p-тип примеси. B⁺ или BF₂⁺. Глубина 20nm–1.5μm.
Фосфор — N-тип примесь
Фосфор — основной n-тип примеси. P⁺ или P²⁺. Глубина 15nm–3μm.
Мышьяк — тяжёлая N-примесь
Мышьяк — тяжёлая n-примесь для мелких переходов. As⁺. < 20nm.
Сурьма и индий — примеси с низкой диффузией
Сурьма (Sb⁺) — n-тип, низкая диффузия. Индий (In⁺) — p-тип, низкая диффузия.
Контроль параметров имплантации
| Parameter | Range / Specification | Control Mechanism |
|---|---|---|
| Implant Angle (Tilt) | 0° – 10° (typically 7° to suppress channeling) | Electrostatic beam steering ±0.1° |
| Wafer Twist | 0° – 360° (typically 22°–45° with 7° tilt) | Mechanical platen rotation ±0.5° |
| Beam Current | 10 μA – 10 mA (species and energy dependent) | Faraday cup feedback ±1% |
| Dose Uniformity | < 1% 1σ across 200mm wafer | Dual mechanical scan (slow horizontal, fast vertical) |
| Wafer Temperature | Ambient – 500°C (heated implant option) | Platen temperature control, IR pyrometer |
| Charge Neutralization | Low-energy electron flood gun for insulating substrates | Plasma bridge or electron shower, < 10V surface potential |
| Channeling Suppression | Screen oxide (10–50nm SiO₂) + 7° tilt | Amorphized surface layer via pre-amorphization implant (PAI) |
| Vacuum | < 5×10⁻⁷ Torr (end station) | Cryopump + turbomolecular pump stack |
Все параметры программируются независимо для каждого шага имплантации.
Пост-имплантационный отжиг
Быстрый термический отжиг (RTA)
RTA для активации примесей. 900–1100°C. Спайк < 1с или выдержка 10–120с.
Печной отжиг
Печной отжиг: 700–1100°C, 10 мин – 4 ч, партия 25–50 пластин.
Верификация активации примесей
Верификация активации: 4-зондовый метод, SIMS, эффект Холла, SRP.
Технологический маршрут
Подготовка пластины
RCA очистка, экранный оксид (10–50nm), инспекция.
Ионная имплантация
Выбор иона, энергия/доза, наклон 7°, двойное сканирование.
Очистка после имплантации
Удаление фоторезиста, RCA очистка, удаление оксида (опционально).
Пост-имплантационный отжиг
RTA (900–1100°C, < 1с) или печной отжиг (700–1100°C, 10 мин–4 ч).
Электрическая характеризация
4-зондовый метод (49 точек), SIMS/SRP, эффект Холла.
Финальная инспекция и отгрузка
Оптическая инспекция, сертификат, упаковка.
Подавление каналирования
Подавление каналирования: наклон 7°, экранный оксид, PAI (Si⁺/Ge⁺).
Для сверхмелких переходов: PAI + экранный оксид + наклон + низкотемпературный отжиг.
Применения
Формирование карманов CMOS
Формирование карманов CMOS: ретроградные, подстройка Vth, halo.
Легирование силовых приборов
Легирование силовых приборов: глубокие переходы, полевые кольца, эмиттеры.
Фотодетекторы и датчики изображения
Фотодиоды: профили для квантовой эффективности. Лавинные фотодиоды.
Радиационно-стойкие и исследовательские
Кастомные профили для радиационно-стойкой электроники и детекторов.
Повреждения и восстановление
Каждый удар иона смещает атомы Si, создавая каскад дефектов. При высоких дозах — аморфизация.
Отжиг восстанавливает повреждения через SPER при 550–600°C. EOR дефекты требуют 900–1000°C.
Запросите рецепт легирования
Укажите примесь, дозу, энергию и спецификацию подложки.