Czym jest preamorfizacja?

Preamorfizacja, ang. preamorphization implantation (PAI), to etap wykonywany przed właściwą implantacją domieszki — na przykład boru. Powierzchnię krzemu bombarduje się jonami tak, aby zaburzyć regularną strukturę krystaliczną w płytkiej warstwie i wytworzyć krzem amorficzny. Główny cel to ograniczenie efektu kanałowego, przez który część jonów domieszki mogłaby wniknąć zbyt głęboko.1112

Co znaczy „amorficzny”?

• Monokrzem ma atomy ułożone regularnie, z uporządkowaniem dalekiego zasięgu.
• Krzem amorficzny traci to dalekozasięgowe uporządkowanie, ale nadal pozostaje ciałem stałym — krzem nie zostaje stopiony.12

Przedrostek „pre-” oznacza po prostu, że etap zachodzi przed implantacją docelowej domieszki. Przykładowa sekwencja to implantacja germanu (Ge) w celu preamorfizacji, a następnie implantacja boru (B).11

Po co celowo zaburzać sieć krystaliczną?

W monokrysztale krzemu, wzdłuż niektórych kierunków krystalograficznych, występują stosunkowo otwarte drogi między atomami. Jon poruszający się takim kierunkiem zderza się rzadziej, więc może dotrzeć znacznie głębiej w materiał. To efekt kanałowy (channeling). Nie należy go mylić z kanałem przewodzącym w tranzystorze MOSFET.12

Preamorfizacja niszczy uporządkowane kanały w warstwie przypowierzchniowej. Dzięki temu późniejsza implantacja daje płytszy i lepiej kontrolowany profil domieszki, co jest istotne zwłaszcza przy wytwarzaniu bardzo płytkich złączy.711

Można to porównać do regularnie posadzonego lasu z prostymi alejami: łatwo przejść daleko po prostej. Gdy układ drzew zostanie zaburzony, taka droga przestaje istnieć.

Jak wygląda typowy proces?

1. Implantacja preamorfizująca — jony Ge albo Si wywołują dostatecznie duże uszkodzenia sieci, aby zamienić wierzchnią warstwę krzemu w materiał amorficzny.12
2. Implantacja domieszki — następnie wprowadza się właściwą domieszkę, np. bor. Warstwa amorficzna ogranicza głęboki „ogon” profilu koncentracji wynikający z efektu kanałowego.11
3. Wyżarzanie — warstwa amorficzna ponownie krystalizuje, a domieszki są aktywowane elektrycznie. Trzeba przy tym kontrolować pozostałe defekty; preamorfizacja nie jest więc procesem pozbawionym kosztów technologicznych.16

Preamorfizacja jest zatem stanem pośrednim procesu. Docelowo nie chodzi o to, aby obszar kanału pozostał amorficzny.

Co oznacza pai w poleceniu SProcess?

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

W tym zapisie pai jest opcją modelu implantacji związaną z preamorfizacją w SProcess.15

Warto jednak odróżnić dwie kwestie:

• PAI w rzeczywistym procesie technologicznym oznacza wcześniejszą implantację jonową, która fizycznie tworzy warstwę amorficzną.
• pai w poleceniu wskazuje zastosowanie odpowiedniego modelu dla tej implantacji. Samo użycie tego słowa kluczowego nie oznacza automatycznie, że skrypt wykonał dodatkową implantację Ge.15

W pokazanej linii jawnie wskazaną implantowaną domieszką pozostaje Boron. Aby ustalić, czy w strukturze istnieje już warstwa amorficzna, jaka jest jej głębokość oraz jak dokładnie opcja pai działa w używanej wersji programu, trzeba sprawdzić wcześniejsze kroki procesu i ustawienia modeli — pojedyncza linia polecenia nie wystarcza.