आयन इम्प्लान्टेशन भनेको एक निश्चित मात्रा र प्रकारको अशुद्धताहरू अर्धचालक सामग्रीहरूमा तिनीहरूको विद्युतीय गुणहरू परिवर्तन गर्न थप्ने विधि हो। अशुद्धताको मात्रा र वितरणलाई ठीकसँग नियन्त्रण गर्न सकिन्छ।
भाग १
किन आयन प्रत्यारोपण प्रक्रिया प्रयोग गर्नुहोस्
पावर अर्धचालक यन्त्रहरूको निर्माणमा, पारंपरिक को P/N क्षेत्र डोपिङसिलिकन वेफर्सप्रसार द्वारा प्राप्त गर्न सकिन्छ। यद्यपि, अशुद्धता परमाणुहरूको प्रसार स्थिरसिलिकन कार्बाइडअत्यन्त कम छ, त्यसैले चित्र 1 मा देखाइए अनुसार, प्रसार प्रक्रिया द्वारा चयनात्मक डोपिङ प्राप्त गर्न अवास्तविक छ। अर्कोतर्फ, आयन इम्प्लान्टेशनको तापक्रम फैलावट प्रक्रियाको तुलनामा कम छ, र अधिक लचिलो र सही डोपिङ वितरण गर्न सक्छ। गठन हो।
चित्र १ सिलिकन कार्बाइड सामग्रीमा प्रसार र आयन इम्प्लान्टेशन डोपिङ प्रविधिहरूको तुलना
भाग २
कसरी हासिल गर्नेसिलिकन कार्बाइडआयन प्रत्यारोपण
सिलिकन कार्बाइड प्रक्रिया निर्माण प्रक्रियामा प्रयोग गरिने विशिष्ट उच्च-ऊर्जा आयन इम्प्लान्टेशन उपकरणमा मुख्यतया आयन स्रोत, प्लाज्मा, आकांक्षा कम्पोनेन्टहरू, विश्लेषणात्मक चुम्बकहरू, आयन बीमहरू, एक्सेलेरेशन ट्युबहरू, प्रक्रिया कक्षहरू, र स्क्यानिङ डिस्कहरू हुन्छन्, जस्तै चित्र २ मा देखाइएको छ।
चित्र २ सिलिकन कार्बाइड उच्च ऊर्जा आयन प्रत्यारोपण उपकरणको योजनाबद्ध रेखाचित्र
(स्रोत: "सेमिकन्डक्टर उत्पादन प्रविधि")
SiC आयन प्रत्यारोपण सामान्यतया उच्च तापक्रममा गरिन्छ, जसले आयन बमबारीबाट हुने क्रिस्टल जालीमा हुने क्षतिलाई कम गर्न सक्छ। को लागी4H-SiC वेफर्स, N-प्रकार क्षेत्रहरूको उत्पादन सामान्यतया नाइट्रोजन र फस्फोरस आयनहरू प्रत्यारोपण गरेर हासिल गरिन्छ, र उत्पादनP-प्रकारक्षेत्रहरू सामान्यतया एल्युमिनियम आयनहरू र बोरोन आयनहरू प्रत्यारोपण गरेर प्राप्त गरिन्छ।
तालिका 1. SiC उपकरण निर्माणमा छनौट डोपिङको उदाहरण
(स्रोत: किमोटो, कूपर, सिलिकन कार्बाइड टेक्नोलोजीको आधारभूत: वृद्धि, चरित्र, उपकरण, र अनुप्रयोगहरू)
चित्र 3 बहु-चरण ऊर्जा आयन प्रत्यारोपण र वेफर सतह डोपिङ एकाग्रता वितरणको तुलना
(स्रोत: G.Lulli, Ion Implantation को परिचय)
आयन इम्प्लान्टेशन क्षेत्रमा समान डोपिङ एकाग्रता प्राप्त गर्न, इन्जिनियरहरूले सामान्यतया बहु-चरण आयन प्रत्यारोपण प्रयोग गर्छन् प्रत्यारोपण क्षेत्रको समग्र एकाग्रता वितरण समायोजन गर्न (चित्र 3 मा देखाइएको छ); वास्तविक प्रक्रिया उत्पादन प्रक्रियामा, इम्प्लान्टेशन ऊर्जा र आयन प्रत्यारोपणको इम्प्लान्टेशन खुराक समायोजन गरेर, आयन इम्प्लान्टेशन क्षेत्रको डोपिङ सांद्रता र डोपिङ गहिराइलाई नियन्त्रण गर्न सकिन्छ, चित्र 4 मा देखाइए अनुसार। (a) र (b); आयन इम्प्लान्टरले वेफर सतहमा वेफर सतहलाई धेरै पटक स्क्यान गरेर वेफर सतहमा एकसमान आयन प्रत्यारोपण गर्दछ, चित्र 4. (c) मा देखाइएको छ।
(c) आयन प्रत्यारोपणको क्रममा आयन इम्प्लान्टरको आन्दोलनको प्रक्षेपण
चित्र ४ आयन प्रत्यारोपण प्रक्रियाको क्रममा, अशुद्धता एकाग्रता र गहिराईलाई आयन प्रत्यारोपण ऊर्जा र खुराक समायोजन गरेर नियन्त्रण गरिन्छ।
III
सिलिकन कार्बाइड आयन प्रत्यारोपण को लागी सक्रियता annealing प्रक्रिया
एकाग्रता, वितरण क्षेत्र, सक्रियता दर, शरीरमा र आयन इम्प्लान्टेशनको सतहमा दोषहरू आयन प्रत्यारोपण प्रक्रियाको मुख्य मापदण्डहरू हुन्। त्यहाँ धेरै कारकहरू छन् जसले यी प्यारामिटरहरूको नतिजालाई असर गर्छ, जसमा प्रत्यारोपण खुराक, ऊर्जा, सामग्रीको क्रिस्टल अभिविन्यास, इम्प्लान्टेशन तापमान, एनेलिङ तापमान, एनेलिङ समय, वातावरण, आदि। सिलिकन आयन इम्प्लान्टेशन डोपिङको विपरीत, यो अझै पनि पूर्ण रूपमा आयनाइज गर्न गाह्रो छ। आयन इम्प्लान्टेशन डोपिङ पछि सिलिकन कार्बाइडको अशुद्धता। उदाहरणको रूपमा 4H-SiC को तटस्थ क्षेत्रमा एल्युमिनियम स्वीकर्ता आयनीकरण दर लिँदा, 1×1017cm-3 को डोपिङ एकाग्रतामा, स्वीकारकर्ता आयनीकरण दर कोठाको तापक्रममा लगभग 15% मात्र हुन्छ (सामान्यतया सिलिकनको आयनीकरण दर लगभग छ। 100%)। उच्च सक्रियता दर र कम दोषहरूको लक्ष्य प्राप्त गर्न, इम्प्लान्टेशनको समयमा उत्पन्न अनाकार दोषहरू पुन: स्थापना गर्न आयन प्रत्यारोपण पछि उच्च-तापमान एनेलिङ प्रक्रिया प्रयोग गरिनेछ, ताकि प्रत्यारोपण गरिएका परमाणुहरू प्रतिस्थापन साइटमा प्रवेश गर्नुहोस् र सक्रिय हुन्छन्, देखाइए अनुसार। चित्र 5 मा। वर्तमानमा, एनिलिङ प्रक्रियाको संयन्त्रको मानिसहरूको बुझाइ अझै सीमित छ। एनेलिङ प्रक्रियाको नियन्त्रण र गहिरो बुझाइ भविष्यमा आयन प्रत्यारोपणको अनुसन्धान केन्द्रित मध्ये एक हो।
चित्र 5 सिलिकन कार्बाइड आयन इम्प्लान्टेशन क्षेत्रको सतहमा आयन इम्प्लान्टेशन एनिलिङ अघि र पछिको परमाणु व्यवस्था परिवर्तनको योजनाबद्ध रेखाचित्र, जहाँ Vsiसिलिकन रिक्त पदहरू प्रतिनिधित्व गर्दछ, VCकार्बन रिक्तता को प्रतिनिधित्व गर्दछ, Ciकार्बन भरिने परमाणु, र Si को प्रतिनिधित्व गर्दछiसिलिकन भरिने परमाणुहरू प्रतिनिधित्व गर्दछ
आयन सक्रियता annealing मा सामान्यतया फर्नेस annealing, द्रुत annealing र लेजर annealing समावेश छ। SiC सामग्रीहरूमा Si परमाणुहरूको उदात्तीकरणको कारण, annealing तापमान सामान्यतया 1800 ℃ भन्दा बढी हुँदैन; annealing वातावरण सामान्यतया एक निष्क्रिय ग्यास वा भ्याकुम मा गरिन्छ। विभिन्न आयनहरूले SiC मा विभिन्न दोष केन्द्रहरू निम्त्याउँछ र विभिन्न एनेलिङ तापमान चाहिन्छ। धेरैजसो प्रयोगात्मक नतिजाहरूबाट, यो निष्कर्षमा पुग्न सकिन्छ कि एनेलिङ तापक्रम जति उच्च हुन्छ, सक्रियता दर त्यति नै उच्च हुन्छ (चित्र 6 मा देखाइएको छ)।
चित्र 6 SiC (कोठाको तापक्रममा) मा नाइट्रोजन वा फस्फोरस प्रत्यारोपणको विद्युतीय सक्रियता दरमा एनेलिङ तापमानको प्रभाव
(कुल प्रत्यारोपण खुराक 1×1014cm-2)
(स्रोत: किमोटो, कूपर, सिलिकन कार्बाइड टेक्नोलोजीको आधारभूत: वृद्धि, चरित्र, उपकरण, र अनुप्रयोगहरू)
SiC आयन इम्प्लान्टेशन पछि सामान्यतया प्रयोग हुने सक्रियता एनिलिङ प्रक्रियालाई 1600 ℃ ~ 1700 ℃ मा Ar वातावरणमा SiC सतहलाई पुन: स्थापना गर्न र डोपन्ट सक्रिय गर्नको लागि गरिन्छ, जसले गर्दा डोप गरिएको क्षेत्रको चालकतामा सुधार हुन्छ; एनिलिङ गर्नु अघि, चित्र 7 मा देखाइए अनुसार, Si desorption र सतह परमाणु माइग्रेसनको कारणले सतहको गिरावटलाई कम गर्नको लागि सतह सुरक्षाको लागि कार्बन फिल्मको तहलाई वेफर सतहमा लेपित गर्न सकिन्छ; annealing पछि, कार्बन फिल्म अक्सीकरण वा जंग द्वारा हटाउन सकिन्छ।
चित्र 7 1800 ℃ annealing तापमान अन्तर्गत कार्बन फिलिम संरक्षण वा बिना 4H-SiC वेफर्सको सतहको नरमपनको तुलना
(स्रोत: किमोटो, कूपर, सिलिकन कार्बाइड टेक्नोलोजीको आधारभूत: वृद्धि, चरित्र, उपकरण, र अनुप्रयोगहरू)
IV
SiC आयन प्रत्यारोपण र सक्रियता annealing प्रक्रिया को प्रभाव
आयन इम्प्लान्टेशन र त्यसपछिको सक्रियता एनिलिङले अनिवार्य रूपमा यन्त्रको कार्यसम्पादनलाई कम गर्ने दोषहरू उत्पादन गर्दछ: जटिल बिन्दु दोषहरू, स्ट्याकिङ त्रुटिहरू (चित्र 8 मा देखाइएको रूपमा), नयाँ विस्थापन, उथला वा गहिरो ऊर्जा स्तर दोषहरू, बेसल प्लेन विस्थापन लूपहरू र अवस्थित विस्थापनहरूको आन्दोलन। उच्च-ऊर्जा आयन बमबारी प्रक्रियाले SiC वेफरमा तनाव निम्त्याउने भएकोले, उच्च-तापमान र उच्च-ऊर्जा आयन प्रत्यारोपण प्रक्रियाले वेफर वारपेज बढाउनेछ। यी समस्याहरू पनि दिशा बनेका छन् जुन तुरुन्तै SiC आयन प्रत्यारोपण र annealing को निर्माण प्रक्रियामा अनुकूलित र अध्ययन गर्न आवश्यक छ।
सामान्य 4H-SiC जाली व्यवस्था र विभिन्न स्ट्याकिंग दोषहरू बीचको तुलनाको चित्रा 8 योजनाबद्ध रेखाचित्र
(स्रोत: Nicolὸ Piluso 4H-SiC दोषहरू)
V.
सिलिकन कार्बाइड आयन प्रत्यारोपण प्रक्रिया को सुधार
(१) सिलिकन कार्बाइड एपिटेक्सियल तहको सतहमा उच्च-ऊर्जा आयन इम्प्लान्टेशनको कारण इम्प्लान्टेशन क्षतिको डिग्री कम गर्न आयन इम्प्लान्टेशन क्षेत्रको सतहमा पातलो अक्साइड फिल्म राखिएको छ, चित्र 9 मा देखाइएको छ। (a) ।
(२) आयन इम्प्लान्टेशन उपकरणमा लक्षित डिस्कको गुणस्तर सुधार गर्नुहोस्, ताकि वेफर र लक्ष्य डिस्क अझ नजिकबाट फिट होस्, वेफरमा लक्षित डिस्कको थर्मल चालकता राम्रो छ, र उपकरणले वेफरको पछाडि तताउँछ। थप समान रूपमा, सिलिकन कार्बाइड वेफर्समा उच्च-तापमान र उच्च-ऊर्जा आयन इम्प्लान्टेशनको गुणस्तर सुधार गर्दै, जसमा देखाइएको छ। चित्र ९. (ख)।
(3) उच्च-तापमान annealing उपकरण को सञ्चालन समयमा तापमान वृद्धि दर र तापमान एकरूपता अनुकूलन।
चित्र 9 आयन इम्प्लान्टेशन प्रक्रिया सुधार गर्ने तरिकाहरू
पोस्ट समय: अक्टोबर-22-2024