イオン移植プロセスパラメーター

シリコンウェーハの製造では、イオンの分布がデバイスのパフォーマンスにおいて決定的な役割を果たし、イオン移植プロセスの主なパラメーターに密接にリンクしています。イオン移植技術の主なパラメーターは、イオン源の種類、注入用量、注入エネルギー、注入角、シリコンウェーハの回転などの要因をカバーしています。

イオン移植プロセスパラメーター
1）移植用量
ドープされたイオンの全体的な濃度は、主に注入用量の影響を受けます。線量は、ビーム密度（つまり、単位面積あたりのイオン数）と移植時間の積によって決定され、その特定の範囲はイオン着床装置の性能に密接に関連しています。一般に、中ビーム/高エネルギー噴射機の用量範囲は1011〜1014cm -2です。ハイビームインジェクターは1014〜1016cm -2の間で、用量を計算するための理論的式は次のとおりです。

0040-09094チャンバー200mm
ここで、nはイオン移植用量（単位：cm -19 c）を表します。 Tは注入時間であり、私は注入電流の量です。 Aは注入領域で、nは電荷の数、Eは単位電荷です。イオン移植用量はビーム密度（つまり、単位面積あたりのイオン数）の観点から測定されることに注意することが重要ですが、二次イオン質量分析（SIMS）などの実際の濃度分析では、バルク濃度（つまり、単位体積あたりのイオン数）で発現します。したがって、これら2つの方法を使用する場合、計算単位の違いに注意を払う必要があります。

着床エネルギー
イオンの移動速度に直接関連するイオン埋め込み時のエネルギーは、イオン移植の深さを決定する重要な要因です。積分回路製造では、イオン移植のエネルギー範囲は通常、0。1kevと1000 keVの間です。

イオンの移植の深さは、注入エネルギーだけでなく、注入用量にも関連しています。下の図に示すように、SIMS分析によって得られる、異なるエネルギー注入下でのSBイオンの深さ分布が示されています。注入エネルギーが増加すると、イオン移植の深さも増加することが観察できますが、それに応じて、ピーク濃度は減少します。

異なるエネルギー注入下でのSBイオンの深さ分布曲線（SIME分析）

以下の図は、注入エネルギーの関数としてのアモルファスシリコンのb、p、およびアモルファスシリコンのイオンの噴射深度の曲線を示しています。グラフから、注入深さと注入エネルギーの間に比例関係があることが明らかです。さらに、同じ着床エネルギーを持つ異なる種類のイオンでは、イオンの相対原子質量が大きいほど、移植深度の投影範囲（RP）が小さくなります。

注入エネルギーの関数としてのアモルファスシリコンの注入深度としてのB、Pの曲線
3）着床角
下の図に示すように、イオン移植の角度パラメーターには、傾斜とねじれが含まれます。傾斜角はイオン着床深さに大きな影響を及ぼしますが、特定の製品構造の方向に応じて、ツイスト角をそれに応じて調整する必要があります。

イオン移植の傾斜とねじれ角

実際のウェーハプロセスでは、シリコン結晶が単一結晶として存在し、特定の結晶構造を示します。したがって、さまざまな結晶の方向から見ると、格子投影は大きな違いを示します。下の図に示すように、の方向に表示されたとき<110 >、大きな寸法の多数のチャネルが形成されます。この角度から逸脱すると、チャネルの数が増加しますが、サイズは大幅に減少します。イオンが注入されたとき<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上部チャンバーdps + poly

方向の表示
チャネル効果の影響下で、下の図に示すように、イオン移植の深さと濃度の2番目のピークがあり、移植の深さを制御が困難にします。チャネル効果を回避するために、2つの主な方法が採用されています。1つは、シリコンクリスタルの主軸方向を調整して、注入方向から逸脱すること、つまり傾斜角を調整することです（通常3度から7の間で調整することです。程度）シリコンクリスタルをアモルファスに見せます。さまざまな傾斜角（例えば、5度、30度、60度、80度）で、Sb、B、およびPなどのドープイオンのSIMS深度分布曲線を観察することにより、それが増加すると、傾き、注入深度が減少し、ピーク値は表面に近く、ピーク濃度が減少します。 2つ目は、シリコンクリスタルの表面を、二酸化ケイ素や窒化シリコンなどのアモルファス誘電膜で覆うか、表面をアモルファイズすることです（埋め込みGEまたはSIプラズマなど）。110 keVエネルギー注入下での濃度分布に対するチャネル効果の抑制
4）ウェーハの回転

イオン移植がシリコンウェーハで行われると、多くの場合、表面に特定の構造パターンがあり、注入プロセス中に領域の一部が閉塞され、いわゆるシャドウ効果が発生します。シリコンウェーハ表面の注入均一性を改善するためには、シリコンウェーハを回転させる必要があることがよくあります。たとえば、一部のイオン移植プロセスでは、総投与量の4分の1でウェーハを90度で4回回転させて、網掛けの影響を排除します（下の図を参照：注：点線は日陰の領域です）。

イオン傾斜注入構造ブロッキング
5）イオン源の選択ホウ素（B）、リン（P）、ヒ素（AS）、インジウム（IN）、酸素（O）、水素（H）、フッ素（F）、ゲルマニウム（GE）など、ドーピング要素には多くの種類があります。製品のアプリケーションのニーズに応じて、異なる要素をドープする必要があります。ホウ素の一般的に使用されるイオン源は、p型トラップの形成、p型デバイスのしきい値体積の調整など、p型ドーピングに使用されるトリフッ化ホウ素（bf₃）またはボラン（b₂h₆）です。 P型デバイスのドーピング、およびソース排水の形成。ホウ素原子の質量が低く、必要な移植エネルギーの量が比較的少ないため、通常、埋め込みのためにBF₃⁺イオンが選択されます。

リンは、n型トラップの形成、n型デバイスのしきい値電圧の調整、n-n- n-のドーピングなど、n型ドーピングのホスフィン（ph₃）または固体赤リンのイオン源としてよく使用されます。タイプデバイス、およびソースドレインの形成。
ヒ素は、リンのようにドープされたn型であるイオン源、ヒ素（灰）、固体ヒ素、またはAS osとして使用できます。ヒ素は、深い埋葬層での注射にも使用できます。インジウムは、ホウ素のようにpドープされたイオン源としてのヨウ化インジウム（INI）であり、しばしば重イオンとしての軽いドーピング注射に使用されます。

フッ素をイオン源として使用して、SI/SIO₂インターフェースでSIサスペンションキーを中和して、界面での状態の密度を低減し、漏れ電流とランダム電気信号ノイズの干渉を減らすことができます。
高用量を注入すると、ゲルマニウムはシリコンの格子構造を破壊し、アモルファス層を形成する可能性があり、チャネル効果を低下させるのに役立ちます。さらに、イオン移植後のアニーリング中の再結晶と電気の活性化に役立ちます。
イオン移植プロセスの監視
イオン移植プロセスのパラメーターは、最終製品デバイスのパフォーマンスに大きな影響を与えるため、プロセスを継続的かつ効果的に監視することが重要です。監視のいくつかの主なタイプがあります。

熱波損傷検出技術（下の図を参照）
イオン移植後、シリコンウェーハの結晶格子はある程度損傷します。この格子損傷の範囲を検出することにより、イオン移植プロセスの安定性を監視できます。これは、レーザービームでウェーハの表面を加熱し、ウェーハ表面の反射率が変化することによって行われます。ウェーハ表面の特定の領域が別のレーザーで測定されると、反射信号は反射率の変化とともに変化し、この検出された変化は熱波（TW）信号と呼ばれます。熱波信号は、結晶格子の損傷の程度に密接に関連しています。この方法は、ウェーハの損傷なしに迅速に反応するため、生産ライン上のイオン移植プロセスの安定性をリアルタイムで監視するのに最適です。

热波操作监控

2）正方形抵抗測定イオン移植後のウェーハは、ドーパントの電子活動を刺激するために、急速な熱アニーリングを受ける必要があります。シート抵抗（RS）メートルは、4つのプローブ法を使用します。このメソッドでは、2つのテストピンの間に電流が適用され、他の2つのテストピン間の電圧が測定され、ウェーハの正方形抵抗値が計算されます。 RS値は、注入用量と角度に関連するイオンインパンターで一般的に使用される監視指数です。一般に、線量が高いほど、RS値は小さくなります。 RSの測定結果は、急速な熱アニーリングプロセスの安定性の影響も受けます。この方法は熱波損傷の検出ほど簡単ではありませんが、その結果はより正確であるため、生産ラインのインラインモニタリングに広く使用されています。

二次イオン質量分析重いイオンビームでウェーハ表面を爆撃し、異なる時間にスパッタになった二次イオンの質量スペクトルを収集することにより、ドープされた要素のタイプ、濃度、および深さを測定できます。これは現在、イオン移植のための最も正確な監視方法です。ただし、SIMS分析では、ウェーハ全体の包括的な分析が許可されておらず、SIMS分析機器を使用した専用の実験室での分析が必要であり、サンプリングのためにウェーハを破壊する必要があるため、インライン測定は不可能であり、フィードバック時間は不可能です。比較的長いです。

4）表面粒子監視技術イオン移植プロセスの場合、表面粒子の主な危険は、ドープされた噴射ゾーンをブロックし、ドーピング構造が不完全であり、それが生成物の収量に影響を与える可能性があることです。したがって、表面粒子を監視するには、電子顕微鏡などの方法を使用する必要があります。