Apa Itu Praamorfisasi?

Praamorfisasi (preamorphization) adalah tahap proses semikonduktor sebelum implantasi dopan—misalnya boron—dengan cara membombardir permukaan silikon memakai ion. Tumbukan ion ini mengacak susunan kristal pada lapisan silikon yang dangkal hingga membentuk silikon amorf. Tujuan utamanya ialah menekan efek channeling agar ion dopan tidak menembus terlalu dalam.1112

Apa arti silikon amorf?

Pada silikon monokristalin, atom-atom tersusun teratur dalam pola kristal jarak jauh. Sebaliknya, pada silikon amorf, keteraturan jarak jauhnya hilang, tetapi material tersebut tetap berupa padatan—bukan silikon yang dilelehkan.12

Istilah pra berarti tahap ini dilakukan sebelum implantasi dopan utama. Salah satu contoh urutan prosesnya adalah implantasi germanium (Ge) untuk praamorfisasi, kemudian implantasi boron.11

Mengapa struktur kristal perlu diacak?

Di dalam silikon monokristalin, beberapa arah kristal memiliki jalur antaratam yang relatif terbuka. Ion yang masuk sejajar dengan arah tersebut dapat mengalami lebih sedikit tumbukan, lalu bergerak lebih jauh ke dalam material. Akibatnya, profil konsentrasi dopan dapat memiliki ekor yang memanjang ke kedalaman.

Fenomena ini disebut channeling atau efek kanal kristal. Ini bukan “kanal” konduktif pada MOSFET, melainkan jalur yang terbentuk karena keteraturan kisi kristal.12

Dengan membuat lapisan permukaan menjadi amorf, jalur teratur tersebut terganggu. Implantasi dopan berikutnya lebih mudah menghasilkan distribusi yang dangkal dan terkontrol, sehingga teknik ini lazim dipakai dalam pembuatan sambungan ultra-dangkal (ultra-shallow junction).711

Analogi sederhananya: hutan dengan pohon yang tersusun rapi dapat memiliki lorong lurus untuk dilalui jauh. Jika susunannya diacak, perjalanan lurus menembus jauh menjadi lebih sulit.

Tahapan prosesnya

Proses tipikalnya terdiri atas tiga langkah:

1. Implantasi praamorfisasi: ion seperti Ge atau Si digunakan untuk menimbulkan kerusakan kisi yang cukup sehingga lapisan atas silikon berubah menjadi amorf.12
2. Implantasi dopan: dopan target, seperti boron, diimplantasi ke dalam atau melalui lapisan amorf tersebut. Lapisan ini membantu menekan ekor channeling di kedalaman.11
3. Annealing: silikon amorf direkristalisasi dan dopan diaktifkan secara listrik. Tahap ini tetap harus dikendalikan karena dapat menyisakan atau memunculkan cacat material.16

Jadi, praamorfisasi adalah kondisi antara dalam alur fabrikasi. Hasil akhir yang diinginkan bukanlah kanal perangkat yang tetap amorf.

Hubungannya dengan pai pada perintah SProcess

Misalnya terdapat perintah berikut:

implant Boron energy=230 dose=1.0e13 tilt=0 rot=135 pai

Dalam SProcess, pai merupakan opsi model yang terkait dengan implantasi praamorfisasi (Preamorphization Implantation/PAI).15

Namun, ada perbedaan penting:

• PAI pada proses fisik berarti memang ada bombardir ion sebelumnya untuk membentuk lapisan amorf.
• pai pada perintah simulasi menunjukkan penggunaan model terkait PAI. Hanya dari kata kunci tersebut, tidak dapat langsung disimpulkan bahwa skrip otomatis menjalankan satu implantasi Ge tambahan.15

Pada baris di atas, spesies ion yang secara eksplisit diimplantasi tetap hanya Boron. Untuk mengetahui apakah struktur sudah memiliki lapisan amorf, seberapa dalam lapisan itu, serta bagaimana pai diperlakukan pada versi perangkat lunak yang digunakan, perlu memeriksa langkah implantasi sebelumnya dan pengaturan model secara keseluruhan.