Condiţii tehnologice în fabricaţia semiconductorilor

1. Condiţii tehnologice în fabricaţia semiconductorilor Tehnologie electronică - Curs 2

2. Principala cerinţă care trebuie asigurată în toate operaţiile proceselor de fabricaţie a dispozitivelor semiconductoare şi a circuitelor integrate este curăţenia. Un singur fir de praf de dimensiuni micronice care se depune pe o plachetă poate face inutilizabil un cip conţinând câteva milioane de tranzistori. De aceea, întregul proces de fabricaţie se efectuează în spaţii speciale denumite "camere albe" în care condiţiile de mediu şi de curăţenie sunt strict controlate. Tehnologie electronică - Curs 2

3. Atmosfera are temperatură constantă, umiditatea este strict controlată, iar numărul de particule de praf trebuie să fie cât mai mic. Gradul de "puritate" (de curăţenie) a unei încăperi se defineşte prin numărul de particule cu diametrul mai mare de 0,5 µm existente într-un volum de 1 ft3 (1 ft =1 picior = 30 cm, rezultă că l ft3 = 0,027m3 = 27 litri). • Denumirea de "cameră albă" se atribuie unei încăperi dacă clasa ei de puritate este mai mică de 1000. Atingerea acestei performanţe necesită un echipament complex şi costisitor. Acestea sunt construite din pereţi cu proprietăţi speciale şi prevăzute cu "duşuri" de aer pentru accesul personalului, realizate după principiul ecluzelor. Tehnologie electronică - Curs 2

4. Aerul dintr-o cameră albă industrială trebuie complet reînnoit la fiecare 7 secunde, evitând totodată orice turbulenţă la nivelul zonelor de lucru. Câteva milioane de m3 de aer sunt vehiculate şi filtrate în timp de o oră într-o hală în care au loc procese de producţie din domeniul semiconductorilor. Filtrele utilizate au dimensiunile porilor de 0,2 µm şi se numesc filtre absolute. Echipamentele de procesare care pot genera particule sunt instalate în afara camerelor albe, operarea făcându-se prin deschideri etanşe practicate în pereţii camerei. Plachetele de siliciu sau măştile sunt manipulate şi transportate exclusiv sub hote cu flux laminar instalate în interiorul camerelor albe. O astfel de hotă are propriul ei sistem de recirculare şi filtrare a aerului, clasa de desprăfuire care poate fi atinsă fiind mai bună de 100. Operatorii aflaţi în interiorul camerei albe folosesc costume speciale antistatice cu măşti Tehnologie electronică - Curs 2

5. Antistatizarea • Electricitatea statică reprezintă un pericol major pentru fabricaţia de dispozitive semiconductoare şi circuite integrate datorită efectelor directe (străpungerea dielectricilor, deteriorarea joncţiunilor, etc), cât şi datorită efectelor indirecte legate de reţinerea particulelor de praf, care pot fi eliberate apoi în mod necontrolat. Tehnologie electronică - Curs 2

6. Măsuri de antistatizare la nivelul încăperilor de lucru cum ar fi: • utilizarea de ionizatoare ale aerului şi ale jeturilor de azot; • acoperirea pereţilor şi mai ales a podelei cu materiale antistatice; • purtarea de costume antistatice. • Pentru protecţia antistatică a cipurilor se iau măsuri de protecţie integrate (fiecare pad al cipului este protejat) cât şi la manipularea cipurilor (conectarea la masă a mâinilor operatorului, ambalaje antistatice, etc). Tehnologie electronică - Curs 2

7. Tendinţe în evoluţia tehnologiei electronice • Complexitatea din ce în ce mai mare a produselor electronice din societatea contemporană determină modalităţi diferite de cele de până acum în realizarea produselor electronice. • În domeniul circuitelor integrate prin coborârea sub bariera de un micrometru, cu tendinţe de obţinerea de rezoluţii de zeci de nanometrii, a făcut posibil obţinerea de circuite complexe ce cuprind milioane de tranzistoare şi porţi logice pe o singură pastilă de siliciu (cip). Tehnologie electronică - Curs 2

8. Pe măsura creşterii complexităţii sistemelor integrate, testarea acestora devine din ce în ce mai dificilă. Proiectarea de circuite trebuie să ţină seama de acest aspect, iar automatizarea testării va juca un rol important în creşterea productivităţii şi a calităţii fabricaţiei. • La stabilirea tehnologiilor proprii, roluri foarte importante joacă experienţa şi istoria tehnologică a firmei în cauză, accesul la anumite echipamente şi materiale, destinaţia circuitelor fabricate, precum şi concepţia proprie legată de reducerea cheltuielilor de fabricaţie. Educaţia tehnologică a factorilor implicaţi în domeniul microelectronicii este esenţială. Tehnologie electronică - Curs 2

9. Pentrurealizareadispozitivelorsemiconductoaresau a circuitelor integrate (CI.) se folosescplachetele de siliciumonocristalinsauplacheteepitaxiale. Pentru a realizadispozitivesemiconductoareestenecesarăimpurificareacontrolată (doparea) unor zone de pesuprafaţacipurilorpe care se vorrealizajoncţiunilesaucomponentelepasive de circuit. Dintretehnicile de doparefolositeînrealizarea de dispozitiveelectroniceşicircuite integrate celemaifolositesunt: difuziaşiimplantareaionică. Tot înaceleaşiscopuri, dar cu utilizaremairestrânsă, (la impurificareagermaniului) se foloseştetehnicaalierii. Tehnologie electronică - Curs 2

10. Difuzia • Difuziaeste un procedeuflexibilşibinecontrolat de obţinere a uneidistribuţii de impurităţiînstructuramaterialului (dopare), înscopulobţineriijoncţiunilorsau a altorstructurinecesareînfabricareadispozitivelorsemiconductoare. Difuziacorespundetendinţei de împrăştiere (dispersie) a particulelor, atomilorsaumoleculelorsubstanţelor sub acţiuneauneienergii de excitaţiefurnizată din exterior sub formă de căldură. La temperaturaambiantăfenomenul de difuzieesteprezentnumaiînmediulgazos, maipuţinaccentuatînmediulichidşipractic inexistent înmediu solid. Pentru a obţine o difuzieînmediisolide, respectivîncristalesemiconductoare, trebuie ca materialulsa fie încălzit la temperaturiridicate (înjurulvalorii de 1000°C). Tehnologie electronică - Curs 2

11. Difuziaînmediisolide (cristale) esteposibilănumaidacăatomiidifuzanti au un nivel de energiesuficient de mare, pentru a puteadepăşibariereleenergetice din cristal (spreexemplubarierele de potenţial atomic). De acestebariere de potenţialvadepindetipul de mecanism de difuzieceintervine. Sunt definite patrumecanisme de difuzieprincipale: • mecanismlacunar, prin care atomulcedifuzeazăocupă lacuna (locul vacant) lăsat de un atom al reţeleicristaline, care s-a deplasat la rândullui (prinautodifuzie); • mecanisminterstiţial, prin care atomiidifuzanti se deplaseazăînspaţiuldintreatomiicristalului (spaţiulinterstiţial); acestmecanismintervinepreponderentulcazuldifuzieiatomilor de dimensiunimici (de exemplu, la atomul de bor); • mecanisminterstiţialcombinat cu mecanismlacunar, prin care atomuldifuzamialoculunui atom al reţelei, trimiţându-1 înspaţiulinterstiţial; pentru a realizaaceastaînlocuire, atomuldifuzanttrebuiesaaibă un nivelridicat de energie; • mecanisme de grup, în care intervinmaimulţiatomi; acestmecanismintervineîn special încazuldifuzieiatomilor de dimensiunimari. Tehnologie electronică - Curs 2

12. Modeluldifuziei • Mecanismeledifuziei pot fimodelatematematic, dararnecesita o putere de calculfoarte mare pentru a simuladifuziaunuinumăr important de atomi. Este multmaisimplusă se modelezedifuzia statistic, la nivel macroscopic. O astfel de tratare se realizeazăpebazalegilordifuziei. Tehnologie electronică - Curs 2

13. Modeluldifuzieiimpurităţilorînstructuracristalină a materialului de bază Coeficientul de difuzie D=D(T, Wq) - depinde de temperatura T şi de energia de activareWq a microdifuziei: Tehnologie electronică - Curs 2

14. Difuziaimpurităţilorîn SiO2estemultmailentădecâtîn Si, fiindcaracterizatăprintr-un coeficient de difuziemaimic cu câtevaordine de mărime. Peaceastăproprietate se bazeazăefectul de ecranare al oxidului de siliciu, efectfolositîntehnologiaplanară de realizare de dispozitivesemiconductoareşi de circuite integrate. Tehnologie electronică - Curs 2

15. Tehnologiadifuziei • Impurificareaprindifuzie se realizeazăprinaducerea la suprafaţamaterialului semiconductor a impurităţilorînfazăgazoasă, lichidăsausolidă. Tehnologie electronică - Curs 2

16. Difuzia din fazăgazoasă • În cazuldifuziei din fazagazoasăimpurităţilesuntantrenate de un mediugazos (gazpurtător). Procesul de difuzie se realizeazăînreactoare de difuzie, la temperaturi de 800-1300°C. • La temperaturimaijoase, coeficientul de difuzie al impurităţilorestefoartemic, iar la temperaturimaimari se formeazădefecteînstructură care înrăutăţesccalitateastraturilordifuzate. Atomii de impuritate de tipuldoritsuntaduşiîn stare gazoasăfiindtransportaţiîn reactor de către un gaz inert. Tehnologie electronică - Curs 2

17. Reactor de difuzie Tehnologie electronică - Curs 2

18. Atomii de impuritate se vordeplasa din zona de concentraţieridicată, din mediulgazosînmediul de concentraţiemaiscăzută (materialul semiconductor), procesfavorizat de temperaturamediului, după care vordifuzaînmaterialul semiconductor. • Dacă la suprafaţa Si se ajunge la un echilibru, într-un interval de timpmaiscurtdecâtduratadifuziei, atunci se poateconsideracă la suprafaţasemiconductoruluiconcentraţia N(x,t) esteconstantă. Variantatehnologică a instalaţiei de difuzie cu concentraţia N(x,t) constantă se realizeazăprindifuziaîn tub închis. În acestcaz, plachetele din material semiconductor suntînchiseîmpreună cu sursa de impurităţiînaceeaşiincintă. Aceastămodalitateesteflexibilă, permiţând un număr mare de difuziidiferite, dar nu esteutilizabil la fabricareadispozitivelorpescară mare. Tehnologie electronică - Curs 2

19. Varianta care a căpătatînsă o extinderemai mare la fabricareastructurilor cu siliciuestedifuziaîn tub deschis. Principalulavantaj al acesteimetodeestefaptulcăpermiteprelucrareaunorloturi de serie mare şitotodatăpermitemascarea cu oxizipentrucontrolulgeometrieiregiunilordifuzate. Existămaimultevariante ale difuzieiîn tub deschisînfuncţie de sursa de impurităţişi de concentraţiileacestora. De obicei, esteconvenabil ca procesul de difuziesă se efectuezeîndouăetape. • În prima etapăimpuritatea se depune la suprafaţasemiconductoruluisauîntr-o scobitură a acestuia. • În etapaurmătoare se va face impurificareamaterialului la adâncimeadorită. Tehnologie electronică - Curs 2

20. Realizareadifuzieiîndouăetape se justificăprinexistenţatemperaturilorridicate, care Ia o difuzieadâncă, într-o atmosferăneoxidantă, poatedeteriorasuprafaţaplachetelor. Dacăatmosferaesteoxidantă se formeazăstratul de oxid SiO2 care mascheazăplachetafaţă de toateimpurităţileuzuale (elemente din grupa a-III-a şi a-V-a) cu excepţiagaliului. • Deoarece, oxidarea are loc simultan cu depunereamaterialului de la sursă, procesul de difuziedevinenecontrolabil. La difuziaîndouăetapeîn prima fazăse realizează o predifuzie (predepunere) a impurităţilor la temperaturimaiscăzute, sub nivelul de evaporare a suprafeţeisemiconductorului, într-o atmosferăneoxidantă. • Avantajelemetodei de difuzieînfazăgazoasăconstauînsimplitateainstalaţieişiînposibilitatea de a regla cu precizieparametrii de difuzie. Tehnologie electronică - Curs 2

21. Difuzia din fazălichidă • Difuzia din fazălichidă are loc atuncicând la suprafaţamaterialului semiconductor se formeazăfazalichidă a materialului de impurificat. • Acestlucru se întâmplăatuncicândpresiuneaparţială a materialului de difuzieestesuficient de mare. Impurităţileînfazălichidăinteracţionează la suprafaţă cu semiconductorulformând un aliajsau un compuschimic. • O serie de elemente ca In, Al, Ga se pot depunepesuprafaţa Si prinevaporareatermicăînvidşiapoi, încondiţiiprestabilite, elementele de impurificatdifuzeazăînplacheta de material semiconductor. La atingereatemperaturii de difuzie la suprafaţaSi se formează un strat de aliajlichid. Tehnologie electronică - Curs 2

22. Difuzia din fazăsolidă • Difuzia din fazăsolidăesteîntâlnităîncazulstraturilor din materialesemiconductoarediferitimpurificate care se găsescîn contact intimaflateîncondiţii de temperaturăridicată. La o temperaturăsuficient de mare impurităţilevordifuzaînregiuneaapropiată, care iniţial nu conţineaimpurităţi. • Sursesolidesuntmateriale de tipulsticlei, conţinândsubstanţedopante ca nitrura de borsausticladopată cu fosfor. Acestesurse se prezintă sub forma de plachete (discuri) şisuntintroduseîncuptorprintreplachetele de siliciuceurmează a fidopate. Sticladopată se evaporăşi se depunepeplachete. Prinîncălzirea la temperaturaînaltă a plachetelor, încuptor, materialele de impurificare (dopanţii) depuşipesuprafaţădifuzeazăspreinteriorulsubstratului. Tehnologie electronică - Curs 2

23. Tehnici de difuzie • În cazulsiliciuluiprincipaleleimpurităţiacceptoaresunt: B, Ga, In, iarimpurităţidonoaresunt: P, As, Sb. În comparaţie cu fosforul, arseniulşistibiulsuntdifuzanţirelativlenţi. Constantele de difuzieşisolubilităţileelementelor de impurificarefrecventutilizateînpracticăsuntcunoscuteşi se indicăînfuncţie de temperatură. Tehnologie electronică - Curs 2

24. Difuziafosforului • Difuziafosforului se efectueazăcelmaiconvenabilprintr-un procedeuîndouăetape. Surse de impurificaresuntcompuşiaifosforului, din care celemaiconvenabilesunt: fosforulroşu, P2O5 (oxidfosforic), POCl3şi PCl3. • Instalaţia de difuzieconstăîncuptorul de difuziepropriu-zis, funcţionând la temperaturimari 1000-1200°C şicuptorulsursă la care temperaturaesteconsiderabilmaiscăzută, de ordinul a 200°C pentru P2O5 . Tehnologie electronică - Curs 2

25. Instalaţia de difuziepentru P2O5 Tehnologie electronică - Curs 2

26. În prima parte a procesului de impurificare se efectuează o predifuzie. În acestcaz, temperaturacreştemonoton, de la elementele de încălzire ale surseipână la plachetele de siliciu, astfelîncâtmaterialulevaporat de la sursăsă nu condensezepepereţiicuptorului. Transferulimpurităţilor de la sursă se realizează cu ajutorulunuigazpurtător (azotsau argon), care trebuiesă fie saturat cu vaporiisursei de impurificat. Gazultraversează un filtru cu vată de cuarţ, pentru a reţineparticuleleantrenatepeparcurs, după care trecepedeasupraplachetelor de siliciuşiapoiprinorificiul de evacuare. Cantitatea de fosforce se depuneşiimpurificăpastilele de siliciudepinde de temperatură (creşteexponenţial cu temperatura) şi de timpul de depunere. Tehnologie electronică - Curs 2

27. Pentrumateriale de impurificareîn stare lichidăinstalaţiaesteasemănătoare,încuptor se introduce un gaz inert saturat cu vaporiilichidelor P0CI3sau PCl3 care suntlichide cu temperatură de fierberescăzută. Cantitatea de impurităţi se modificăprin: ajustareatemperaturiisursei de impurităţişiprinreglareadebitului de gaz de la sursă. Tehnologie electronică - Curs 2

28. Dupăpredifuzie, difuzianecesarăpentru a obţineadâncimeadorită se efectueazăînatmosferăoxidantă. Dreptatmosferăoxidantă se foloseşte: oxigenuluscat, oxigenulumed, azotulumedşivapori de apă. Cantitatea de oxidtrebuiesă fie corelată cu efectelesecundarece pot apareînmediu oxidant (deteriorareasuprafeţeiprinevaporare, procese de oxidare). Tehnologie electronică - Curs 2

29. Difuziaborului • Borulestematerialuldifuzant, frecventutilizatdatorităsolubilităţiiridicatepe care o prezintă, avândposibilitatea de a fimascatuşor de oxizi. Sursele de impurificaresuntreprezentate de compuşiaiboruluiîn stare gazoasă: oxidul de bor (B2O3), triclorura de bor (BCI3) şitriclorura de bromşibor (BBr3BCl3). Aceşticompuşi se livreazăînbuteliispecialeîn care gazelesuntlichefiateşi sub presiune. Halogenurileprezintătendinţa de a atacasuprafaţapastilelor de siliciu (fenomenul de "ciupire"). Fenomenulestepronunţatîncazul BCl3. Efectulpoatefiminimizatprinadăugareaîngazulpurtător inert a uneimicicantităţi de oxigenşihidrogen (de ordinul 1%). Tehnologie electronică - Curs 2

30. Instalaţia care se utilizeazăpentrudifuziaboruluiesteasemănătoare cu ceafolosită la difuziafosforului, cu deosebireacăînregiuneasurseiestenecesară o temperaturămultmairidicată, de ordinul 800-900°C. La utilizareaoxidului de bor (B2O3) în stare solidă se poateobţine o gamălargă de concentraţii, darrezultatele nu suntîntotdeaunareproductibile. Tehnologie electronică - Curs 2

31. Difuziagaliului • Difuziagaliuluiestedeosebită de varianteleanterioare, deoarece se realizeazăîntr-o singurăetapă. Aceasta, deoarecegaliul, la temperatura de difuzie, penetreazăstratul de oxid de siliciu, astfelcăacestaoferă o ecranareredusăfaţă de siliciuaflatdedesubt. • Sursa de Gaesteoxidulrefractar de galiu Ga2O1. Instalaţiaconţine un cuptor cu două zone, în care sursa de Gaestemenţinută la o temperaturăcuprinsăîntre 800°C şitemperatura de difuzie. Pestesursă se trece un curentgazosceconţine o cantitate de hidrogennecesarpentru a reduce Ga2O1 cu formarea de elemente volatile. Reacţiace are loc are următoareaformă: • Presiuneaelementelor volatile poateficontrolatăprinraportulpresiuniihidrogenuluifaţă de vaporii de apă. Prinaceastăvariantă se realizeazădifuziiuniformeşibinecontrolate. Tehnologie electronică - Curs 2

32. Analizastraturilordifuzate Dupăobţinereastraturilordifuzate, acesteatrebuiescanalizate din punct de vedere al parametrilorfizico-chimici, înstudiulstraturilordifuzateprezintăinteresurmătoarelecaracteristici: • concentraţiaimpurităţilor la suprafaţă; • distribuţiaspaţială a difuzantuluipedirecţia de difuzie; • adâncimea de pătrundere a joncţiunilor p-n; • valoareagradientuluiconcentraţieiimpurităţilorînjoncţiuneap-n. Tehnologie electronică - Curs 2

33. Determinareacaracteristicilorstraturilordifuzatea)DeterminareaadâncimiistratuluidifuzatDeterminareacaracteristicilorstraturilordifuzatea)Determinareaadâncimiistratuluidifuzat • Metodacolorării selective constăînrodarealaterală a plachetei cu zonadifuzată la un unghi de 1...5° după care se introducereînsoluţie de acid florhidricsau de acid azotic cu un colorant (CuSO4 - sulfat de cupru). Dupămenţinereînsoluţiezonarodată se colorează. Zona de tip p estemaiîntunecatădecâtmaterialul semiconductor de tip n (zona n nu îşimodificăculoarea). Lungimeal a zoneicolorate se poatemăsura optic (microscop) sauprinfranjare de interferenţă. Cunoscândvaloareaunghiuluiα, rezultăvaloareagrosimiistratuluidifuzat x. Tehnologie electronică - Curs 2

34. Şlefuirea sub unghiînmetodacolorării selective Tehnologie electronică - Curs 2

35. Metodatensiuniifotovoltaice • Metodatensiuniifotovoltaiceeste o metodămodernă, care dărezultatemai precise decâtmetodaanterioară. Prinmetodatensiuniifotovoltaice se pot determinaadâncimile de impurificare (adâncimeajoncţiunilor) cuprinseîntre 0,5-10 μm cu o preciziemaibună de 2%. În acestscop, joncţiunea p-n cu stratdifuzat se şlefuieşte sub un unghiα=1°, iarregiunile p şi n ale joncţiunii se conecteazăprinintermediulunuipreamplificator la intrareaunuivoltmetruselectiv (nanovolţi). Joncţiunea se deplasează cu ajutorulunuişurub micrometric înfaţafascicolului de lumină cu dimensiuni de ordinul 2-10 μm. Tehnologie electronică - Curs 2

36. Prinbaleiereasuprafeţeişlefuite de cătrefascicolul de luminămodulată de la zona n sprezona p semnalul de la voltmetru, sincronizat cu sursa de luminăΦLvaavea o creştereapoi un palier. La atingereazonei n semnalulobţinutvaavea o scădere. Adâncimea de pătrunderexj ajoncţiuniicorespundepoziţieistabilităpemicrometru la poziţiaîn care semnalulîncepesăscadă. Tehnologie electronică - Curs 2

37. Rezistivitatea de suprafaţăsaurezistenţa de pătrat • Parametrul electric celmaiutilizatpentrucaracterizareastraturilordifuzateesterezistenţa de pătrat. Pentru a definiaceastămărime se vaporni la calcululrezistenţeiunei probe paralelipipedice cu dimensiunileLxgxw de siliciu uniform dopate. Dacă se considerăpentrumaterialuldopat o rezistivitate p, rezistenţaechivalentă a probeiparalelipipediceeste: Tehnologie electronică - Curs 2

38. Mărimea R [Ω] reprezintărezistenţa de pătrat a stratului. Deoarecerezistenţa de pătratesterezistenţaoricăruistrat de formăpătrată cu grosimea g, unitatea de măsurăfrecventfolosităeste ohm/pătratRezistivitateastratuluidifuzatdepinde de concentraţia de purtători de sarcinăşideci ea variază cu adâncimea. Rezistenţa de pătrat a stratuluidifuzat R cu rezistivitateamedieρşiadâncimeaxj se determină cu relaţia: Tehnologie electronică - Curs 2

39. Localizareazonelordopate • Pentruselecţiazonelorceurmează a se impurificaprindifuzie se utilizeazămăştile de difuzie. Acesteasuntobţinuteprinprocedeelitografice (fotolitografice, electronolitografice, ionolitograficesauroentgenlitografice). Tehnicalitograficăaplicatăpentrurealizarea "ferestrei de difuzie" cuprindeurmătoareleetape: Tehnologie electronică - Curs 2

40. curăţareaşidegresareasuprafeţeiplachetei; • depunereaneselectivă a stratului de protecţie (îngreuneazădifuzia la Si -SiO2, Si3N4; • depunereastratului de rezist (fotorezist, electrorezist, etc); • expunereaselectivă la luminăultravioletă (fotolitografie); • developarea; • corodareastratului de protecţie; • îndepărtarearezistului (cu un solvent organic). • Dupăcreareaferestrei de difuzieşiintroducereaînreactorul de difuzie se obţine o difuzielocalizată de cătrestratul din SiO2sau Si3N4. Tehnologie electronică - Curs 2

41. Caracteristicilezonelordifuzate • Metodadifuzieiestedeosebit de flexibilăînceeacepriveştegeometriazonelordifuzate, care se pot caracterizaprinurmătoarele: • se pot obţinejoncţiuni plane cu excepţiazonelor de la marginileferestrelordeschiseînoxid, unde forma esteaproximativcilindrică, pesuprafeţemarişi cu geometriidiferite; • pot săaparăerori de localizaredatorităefectelorlateraleerorile delocalizare se pot evitaprintr-o dimensionare "contractată"; • înaceeaşizonă se pot realizasuccesivmaimultejoncţiuni; Obţinereauneijoncţiuni. Efectuldifuzieilaterale Tehnologie electronică - Curs 2

42. Implantareaionică • Implantareaionicăreprezintăprocesul de introducere a atomilor de impuritateîntr-un material semiconductor de bazăprinbombardareaacestuia cu un fascicolnefocalizat de ioni cu energieridicată (de ordinkeV...sutekeV). Implantareaionică nu este un procestermic care de multeori duce la efectesecundareşi din aceastarezultă o serie de avantaje. De asemenea, la implantareaionicăconcentraţia de impurităţi nu depinde de materialulîn care se face implantul, cinumai de caracteristicileionilor, de naturaacestoraşi de energiaaplicată. În tehnologiaplanară, implantareaionicăpoatefifolosităpentruintroducereauneianumitecantităţi de impuritateîn semiconductor, fie pentru a realiza un anumitprofil al concentraţiei. Operaţiaestefolosităpentrudopareaplachetelorsemiconductoareîntimpulfabricăriidispozitivelorelectronice (creareazonelor de sursăşidrena la tranzistoarele MOS, a bazeişiemitoruluitranzistoarelorbipolare, etc...). Tehnologie electronică - Curs 2

43. Atomiidopanţisunt de obicei: B, P, As, In, etc... Pentruaccelerareaatomilorionizaţi se folosescenergiicuprinseîngama 3 keVpână la 500 keV. Adâncimeamedie de pătrunderepoateficuprinsîntre 100 Â şi 1 \xm, aceastadepinzând de: • naturamaterialuluiîn care se face implantarea; • de naturaionilordopanţi; • de energia de accelerare. Tehnologie electronică - Curs 2

44. Tehnologiaimplantăriiionice • Instalaţia de implantareionicăconţine o sursă de ioni care suntacceleraţi electrostatic spre un separator magnetic după care, printr-un sistem de corecţieşideflexiesuntdirijaţispresuprafaţaţintei. Tehnologie electronică - Curs 2

45. În zonaţintei se aflămaterialul semiconductor a căruigeometrie de impurificat se ajusteazăprinintermediulmăştii de metal sau de stratul de oxid care trebuiesă fie suficient de grospentru a opriionii. Procesul de implantare se realizeazăînvid. In momentulpătrunderiiionilorînreţeauacristalină a materialuluiaflatînţintăsuccesiuneaproceselor care au loc esteurmătoarea: • ciocnireaionilor cu nodurilereţeleicristaline a materialuluiprin carese producdefectestructuraleşiperturbareasimetriei din vecinătateatraiectoriei; • interacţiunea cu electroniiaflaţipetraseu (cedare de energie) fărăa-şimodificatraiectoria; • modificareatraiectorieiionilor la ciocnirea cu nucleeledinnodurilereţeleicristaline. Tehnologie electronică - Curs 2

46. Modelulimplantăriiionice • Distribuţiaspaţială a ionilorimplantaţidepinde de mulţiparametri care uneorisuntgreu de controlat: • stareasuprafeţeiţintei; • temperaturaţintei; • doza de iradiere; • orientareafascicolului de ioniînraport cu cristalul. Tehnologie electronică - Curs 2

47. Distanţape care o parcurgeionulîninteriorulmaterialului semiconductor (ţintă) până la oprirepoartădenumirea de parcurs. Parcursul total este format din maimulteporţiuniaproximativliniare. Vectorul care uneştepunctul de incidenţă cu punctulîn care se opreşteionulpoartănumele de vector de parcurs R. Matematicvaloareavectorului de parcurs R rezultăprinînsumareatraiectoriilorparţiale: Tehnologie electronică - Curs 2

48. Proiecţiavectorului R pedirecţiafascicolului incident poartădenumirea de vectorulparcursului nominal şi se notează cu RP. Distribuţiaspaţială a atomilor de impurităţipoartănumele de profil de frânaresauprofil de implantare. Tehnologie electronică - Curs 2

49. Profilul de implantarepoatefiîmpărţitîntreiregiuni: • regiunea din apropiereasuprafeţeiţintei (regiunea I), zonă carecuprindeparticule care nu "simt" -structurareţeleicristalineşi au odistribuţieasemănătoare cu cea din materialeleamorfe; • regiuneaceurmează (regiunea a-II-a) conţineparticule care ausuferitabateri de la traiectoria de bază (particuledecanalizate); • regiunea a-III-a cuprindeparticuledecanalizatepână la momentulopririlorînstructură. Tehnologie electronică - Curs 2

50. Problemaimportantă la implantareaionicăconstăîncalculareasaudeterminareaexperimentală a parametrului vector de parcurs RP înfuncţie de energia de accelerare a ionilor. Pentrucalcululadâncimiimaximă de pătrundere a particulelorcanalizateRmax [pm] se foloseşteorelaţieutilizată la calcululjoncţiunilorrealizateprinimplantareionică: Tehnologie electronică - Curs 2