Was ist die Halbleiter-Ionenimplantationstechnologie?

Wie funktioniertIonenimplantatationArbeiten?

In der Halbleiterfertigung werden bei der Ionenimplantation hochenergetische Beschleuniger eingesetzt, um bestimmte Verunreinigungsatome wie Arsen oder Bor in einen Körper zu injizierenSiliziumsubstrat. Silizium, das im Periodensystem an der 14. Stelle steht, bildet kovalente Bindungen, indem es seine vier Außenelektronen mit benachbarten Atomen teilt. Dieser Prozess verändert die elektrischen Eigenschaften des Siliziums, passt die Schwellenspannungen der Transistoren an und bildet Source- und Drain-Strukturen.

Ein Physiker dachte einmal darüber nach, welche Auswirkungen die Einführung verschiedener Atome in das Siliziumgitter haben könnte. Durch die Zugabe von Arsen, das über fünf Außenelektronen verfügt, bleibt ein Elektron frei, wodurch die Leitfähigkeit des Siliziums erhöht und es in einen Halbleiter vom n-Typ umgewandelt wird. Umgekehrt erzeugt die Einführung von Bor mit nur drei Außenelektronen ein positives Loch, was zu einem Halbleiter vom p-Typ führt. Diese Methode, verschiedene Elemente in das Siliziumgitter einzubauen, wird als Ionenimplantation bezeichnet.

Was sind die Bestandteile vonIonenimplantationAusrüstung?

Ionenimplantationsgeräte bestehen aus mehreren Schlüsselkomponenten: einer Ionenquelle, einem elektrischen Beschleunigungssystem, einem Vakuumsystem, einem Analysemagneten, einem Strahlengang, einem Nachbeschleunigungssystem und einer Implantationskammer. Die Ionenquelle ist von entscheidender Bedeutung, da sie den Atomen Elektronen entzieht, um positive Ionen zu bilden, die dann extrahiert werden, um einen Ionenstrahl zu bilden.

Dieser Strahl durchläuft ein Massenanalysemodul und isoliert selektiv die gewünschten Ionen für die Halbleitermodifikation. Nach der Massenanalyse wird der hochreine Ionenstrahl fokussiert und geformt, auf die erforderliche Energie beschleunigt und gleichmäßig über die gesamte Fläche gescanntHalbleitersubstrat. Hochenergetische Ionen dringen in das Material ein und betten sich in das Gitter ein, was zu Defekten führen kann, die für bestimmte Anwendungen von Vorteil sind, beispielsweise für die Isolierung von Bereichen auf Chips und integrierten Schaltkreisen. Bei anderen Anwendungen werden Glühzyklen verwendet, um Schäden zu reparieren und Dotierstoffe zu aktivieren, wodurch die Materialleitfähigkeit verbessert wird.

Was sind die Prinzipien der Ionenimplantation?

Die Ionenimplantation ist eine Technik zum Einbringen von Dotierstoffen in Halbleiter und spielt eine wichtige Rolle bei der Herstellung integrierter Schaltkreise. Der Prozess umfasst:

Ionenreinigung: Von der Quelle erzeugte Ionen mit unterschiedlichen Elektronen- und Protonenzahlen werden beschleunigt, um einen positiven/negativen Ionenstrahl zu bilden. Verunreinigungen werden basierend auf dem Ladungs-zu-Masse-Verhältnis gefiltert, um die gewünschte Ionenreinheit zu erreichen.

Ioneninjektion: Der beschleunigte Ionenstrahl wird in einem bestimmten Winkel auf die Zielkristalloberfläche gerichtet und bestrahlt sie gleichmäßigdie Waffel. Nach dem Eindringen in die Oberfläche kollidieren und streuen die Ionen innerhalb des Gitters und setzen sich schließlich in einer bestimmten Tiefe ab, wodurch sich die Eigenschaften des Materials verändern. Eine strukturierte Dotierung kann mithilfe physikalischer oder chemischer Masken erreicht werden, was präzise elektrische Modifikationen bestimmter Schaltkreisbereiche ermöglicht.

Die erwartete Tiefenverteilung der Dotierstoffe wird durch die Energie, den Winkel und die Materialeigenschaften des Wafers bestimmt.

Was sind die Vorteile und Grenzen vonIonenimplantation?

Vorteile:

Große Auswahl an Dotierstoffen: Nahezu alle Elemente des Periodensystems können verwendet werden, wobei eine hohe Reinheit durch präzise Ionenauswahl gewährleistet wird.

Präzise Steuerung: Die Energie und der Winkel des Ionenstrahls können genau gesteuert werden, was eine präzise Tiefen- und Konzentrationsverteilung der Dotierstoffe ermöglicht.

Flexibilität: Die Ionenimplantation ist nicht durch die Löslichkeitsgrenzen des Wafers begrenzt und ermöglicht höhere Konzentrationen als andere Methoden.

Gleichmäßige Dotierung: Eine großflächige gleichmäßige Dotierung ist erreichbar.

Temperaturkontrolle: Die Temperatur des Wafers kann während der Implantation kontrolliert werden.

Einschränkungen:

Geringe Tiefe: Normalerweise auf etwa einen Mikrometer von der Oberfläche begrenzt.

Schwierigkeiten bei sehr flacher Implantation: Niedrigenergiestrahlen sind schwer zu kontrollieren, was die Prozesszeit und die Kosten erhöht.

Gitterschäden: Ionen können das Gitter beschädigen und erfordern ein Tempern nach der Implantation, um Dotierstoffe zu reparieren und zu aktivieren.

Hohe Kosten: Die Ausrüstungs- und Prozesskosten sind erheblich.

Wir bei Semicorex sind spezialisiert aufGraphit/Keramik mit proprietärer CVD-BeschichtungLösungen im Bereich der Ionenimplantation. Wenn Sie Fragen haben oder weitere Informationen benötigen, zögern Sie bitte nicht, Kontakt mit uns aufzunehmen.

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