Apakah Itu Pra-Amorfisasi?

Pra-amorfisasi, atau preamorphization implantation (PAI), ialah langkah proses yang dibuat sebelum implantasi dopan seperti boron. Dalam langkah ini, permukaan silikon dibedil dengan ion untuk mengganggu susunan kristalnya pada lapisan cetek sehingga terbentuk silikon amorfus.

Matlamat utamanya adalah untuk mengurangkan kesan channeling — keadaan apabila sebahagian ion dopan bergerak terlalu jauh ke dalam silikon melalui laluan tertentu dalam struktur kristal. Dengan itu, profil dopan boleh dibuat lebih cetek dan lebih mudah dikawal.1112

Apa maksud silikon amorfus?

Silikon monohablur mempunyai atom yang tersusun secara teratur dalam jarak jauh. Sebaliknya, dalam silikon amorfus, susunan teratur itu telah terganggu, walaupun bahan tersebut masih pepejal — ia bukannya silikon yang dicairkan.12

Perkataan “pra” pula bermaksud proses ini dijalankan sebelum implantasi dopan sasaran. Contohnya, ion germanium (Ge) boleh diimplan terlebih dahulu untuk menghasilkan lapisan amorfus, kemudian barulah boron diimplan.11

Mengapa struktur kristal perlu diganggu dahulu?

Dalam silikon monohablur, sesetengah arah kristal menyediakan ruang antara atom yang relatif terbuka. Jika ion masuk mengikut arah itu, ia boleh mengalami kurang perlanggaran dan bergerak lebih dalam daripada yang dikehendaki. Ini menghasilkan ekor kepekatan dopan yang memanjang ke dalam bahan.

Fenomena ini dipanggil channeling atau kesan penyaluran kristal. Ia bukan saluran pengaliran dalam MOSFET.12

PAI memecahkan laluan teratur berhampiran permukaan. Oleh sebab itu, ion dopan yang diimplan selepasnya lebih sukar menembusi terlalu dalam. Kaedah ini membantu pembentukan persimpangan ultra-cetek dengan taburan dopan yang lebih terkawal.711

Bayangkan barisan pokok yang tersusun lurus dan mempunyai lorong panjang di antaranya: sesuatu boleh bergerak jauh melalui lorong itu. Jika susunan tersebut dikacaukan, laluan lurus itu tidak lagi mudah dilalui.

Urutan proses yang biasa

1. Implantasi pra-amorfisasi — Ion seperti Ge atau Si digunakan untuk menghasilkan kerosakan kisi yang mencukupi agar lapisan atas silikon menjadi amorfus.12
2. Implantasi dopan — Dopan sasaran, seperti boron, kemudian diimplan. Lapisan amorfus membantu menekan ekor dalam akibat channeling.11
3. Penyepuhlindapan (annealing) — Lapisan amorfus dikristalkan semula dan dopan diaktifkan secara elektrik. Namun, proses ini perlu dikawal kerana kecacatan baki masih boleh wujud; amorfisasi bukan langkah tanpa kesan sampingan.16

Jadi, pra-amorfisasi ialah keadaan perantaraan dalam proses fabrikasi, bukannya keadaan yang dikehendaki untuk kekal pada saluran peranti akhir.

Hubungannya dengan pai dalam arahan SProcess

Contoh arahan:

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

Dalam SProcess, pai ialah pilihan model yang berkaitan dengan implantasi pra-amorfisasi.15

Namun, dua perkara perlu dibezakan:

• PAI dalam proses fizikal sebenar: implantasi awal memang dilakukan, misalnya menggunakan Ge, untuk membentuk lapisan amorfus.
• pai dalam arahan simulasi: kata kunci ini menetapkan penggunaan model berkaitan PAI untuk implantasi tersebut. Ia tidak, dengan sendirinya, membuktikan bahawa skrip turut menjalankan satu implantasi Ge tambahan secara automatik.15

Dalam arahan contoh itu, spesies ion yang dinyatakan dengan jelas masih hanya Boron. Sama ada struktur sudah mempunyai lapisan amorfus, sejauh mana kedalamannya, dan cara tepat model pai berfungsi bergantung pada urutan implantasi terdahulu serta tetapan model bagi versi SProcess yang digunakan.