İon implantasiyası yarımkeçirici materialların elektrik xüsusiyyətlərini dəyişdirmək üçün onlara müəyyən miqdarda və növ çirklərin əlavə edilməsi üsuludur. Çirklərin miqdarı və paylanması dəqiq idarə oluna bilər.
1-ci hissə
Niyə ion implantasiya prosesini istifadə edin
Güclü yarımkeçirici cihazların istehsalında, ənənəvi olaraq P/N bölgəsinin dopinqisilikon vaflilərdiffuziya yolu ilə əldə edilə bilər. Bununla birlikdə çirkli atomların diffuziya sabitisilisium karbidson dərəcə aşağıdır, ona görə də Şəkil 1-də göstərildiyi kimi, diffuziya prosesi ilə seçici dopinqə nail olmaq qeyri-realdır. Digər tərəfdən, ion implantasiyasının temperatur şəraiti diffuziya prosesi ilə müqayisədə aşağıdır və daha çevik və dəqiq dopinq paylanması mümkündür. formalaşdırılmalıdır.
Şəkil 1 Silikon karbid materiallarında diffuziya və ion implantasiyası dopinq texnologiyalarının müqayisəsi
2-ci hissə
Necə nail olmaq olarsilisium karbidion implantasiyası
Silikon karbid prosesinin istehsalı prosesində istifadə olunan tipik yüksək enerjili ion implantasiyası avadanlığı, Şəkil 2-də göstərildiyi kimi, əsasən, ion mənbəyi, plazma, aspirasiya komponentləri, analitik maqnitlər, ion şüaları, sürətləndirici borular, proses kameraları və skan disklərindən ibarətdir.
Şəkil 2 Silikon karbid yüksək enerjili ion implantasiya avadanlığının sxematik diaqramı
(Mənbə: “Yarımkeçirici İstehsal Texnologiyası”)
SiC ionunun implantasiyası adətən yüksək temperaturda həyata keçirilir ki, bu da ion bombardmanı nəticəsində yaranan kristal şəbəkəyə zərəri minimuma endirməyə imkan verir. üçün4H-SiC vafliləri, N tipli sahələrin istehsalı adətən azot və fosfor ionlarının implantasiyası vəP tiplisahələrdə adətən alüminium ionlarının və bor ionlarının implantasiyası ilə əldə edilir.
Cədvəl 1. SiC cihazlarının istehsalında seçici dopinq nümunəsi
(Mənbə: Kimoto, Cooper, Silikon Karbid Texnologiyasının Əsasları: Artım, Xüsusiyyətlər, Cihazlar və Tətbiqlər)
Şəkil 3 Çox mərhələli enerji ion implantasiyası və vafli səthdə dopinq konsentrasiyası paylanmasının müqayisəsi
(Mənbə: G.Lulli, İon İmplantasiyasına Giriş)
İon implantasiyası sahəsində vahid dopinq konsentrasiyasına nail olmaq üçün mühəndislər adətən implantasiya sahəsinin ümumi konsentrasiya paylanmasını tənzimləmək üçün çoxpilləli ion implantasiyasından istifadə edirlər (Şəkil 3-də göstərildiyi kimi); faktiki istehsal prosesində, ion implantatorunun implantasiya enerjisini və implantasiya dozasını tənzimləməklə, Şəkil 4-də göstərildiyi kimi, ion implantasiya sahəsinin dopinq konsentrasiyası və dopinq dərinliyi idarə edilə bilər. (a) və (b); ion implantatoru Şəkil 4. (c)-də göstərildiyi kimi, işləmə zamanı vafli səthini dəfələrlə skan edərək vafli səthində vahid ion implantasiyasını həyata keçirir.
(c) İon implantasiyası zamanı ion implantatorunun hərəkət trayektoriyası
Şəkil 4 İon implantasiyası prosesi zamanı çirkin konsentrasiyası və dərinliyi ion implantasiya enerjisini və dozasını tənzimləməklə idarə olunur.
III
Silikon karbid ionunun implantasiyası üçün aktivləşdirmə tavlama prosesi
Konsentrasiya, paylanma sahəsi, aktivləşmə dərəcəsi, bədəndə və ion implantasiyasının səthindəki qüsurlar ion implantasiyası prosesinin əsas parametrləridir. Bu parametrlərin nəticələrinə təsir edən bir çox amillər var, o cümlədən implantasiya dozası, enerji, materialın kristal oriyentasiyası, implantasiya temperaturu, yumşalma temperaturu, yumşalma vaxtı, ətraf mühit və s. Silikon ionunun implantasiya dopinqindən fərqli olaraq, onu tamamilə ionlaşdırmaq hələ də çətindir. ion implantasiyası dopinqindən sonra silisium karbidinin çirkləri. Nümunə olaraq 4H-SiC neytral bölgəsində alüminium qəbuledicinin ionlaşma sürətini götürsək, 1×1017cm-3 dopinq konsentrasiyasında qəbuledicinin ionlaşma dərəcəsi otaq temperaturunda cəmi 15% təşkil edir (adətən silisiumun ionlaşma dərəcəsi təxminən 100%). Yüksək aktivləşmə sürəti və daha az qüsur məqsədinə nail olmaq üçün, implantasiya zamanı yaranan amorf qüsurları yenidən kristallaşdırmaq üçün ion implantasiyasından sonra yüksək temperaturda yumşalma prosesi istifadə olunacaq, beləliklə implantasiya edilmiş atomlar əvəzetmə yerinə daxil olur və göstərildiyi kimi aktivləşdirilir. Şəkil 5-də. Hal-hazırda insanların tavlanma prosesinin mexanizmi haqqında anlayışı hələ də məhduddur. Nəzarət və yumşalma prosesinin dərindən başa düşülməsi gələcəkdə ion implantasiyasının tədqiqat istiqamətlərindən biridir.
Şəkil 5 Silikon karbid ionunun implantasiya sahəsinin səthində ion implantasiyasının tavlanmasından əvvəl və sonra atom quruluşunun dəyişməsinin sxematik diaqramı, burada Vsisilisium boşluqlarını təmsil edir, VCkarbon boşluqlarını təmsil edir, Cikarbon dolduran atomları və Si-ni təmsil edirisilisium dolduran atomları təmsil edir
İon aktivləşdirmə tavlanması ümumiyyətlə soba tavlama, sürətli tavlama və lazer tavlama daxildir. SiC materiallarında Si atomlarının sublimasiyası səbəbindən yumşalma temperaturu ümumiyyətlə 1800 ℃-dən çox deyil; tavlama atmosferi ümumiyyətlə inert qaz və ya vakuumda həyata keçirilir. Fərqli ionlar SiC-də fərqli qüsur mərkəzlərinə səbəb olur və fərqli yumşalma temperaturları tələb edir. Əksər eksperimental nəticələrdən belə nəticəyə gəlmək olar ki, yumşalma temperaturu nə qədər yüksək olarsa, aktivləşmə sürəti bir o qədər yüksək olar (Şəkil 6-da göstərildiyi kimi).
Şəkil 6 SiC-də (otaq temperaturunda) azot və ya fosfor implantasiyasının elektrik aktivləşdirmə sürətinə yumşalma temperaturunun təsiri
(Ümumi implantasiya dozası 1×1014cm-2)
(Mənbə: Kimoto, Cooper, Silikon Karbid Texnologiyasının Əsasları: Artım, Xüsusiyyətlər, Cihazlar və Tətbiqlər)
SiC ionunun implantasiyasından sonra tez-tez istifadə edilən aktivləşdirmə yumşaldıcı prosesi, SiC səthini yenidən kristallaşdırmaq və qatqı maddəsini aktivləşdirmək üçün 1600 ℃ ~ 1700 ℃ temperaturda Ar atmosferində həyata keçirilir və bununla da qatqılı sahənin keçiriciliyini yaxşılaşdırır; tavlamadan əvvəl, Şəkil 7-də göstərildiyi kimi, Si desorbsiyasının və səth atom miqrasiyasının səbəb olduğu səthin deqradasiyasını azaltmaq üçün səthin qorunması üçün vafli səthinə karbon filmi təbəqəsi örtülə bilər; tavlandıqdan sonra karbon filmi oksidləşmə və ya korroziya ilə çıxarıla bilər.
Şəkil 7 1800 ℃ yumşalma temperaturu altında karbon film mühafizəsi olan və ya olmayan 4H-SiC vaflilərinin səthi pürüzlülüyünün müqayisəsi
(Mənbə: Kimoto, Cooper, Silikon Karbid Texnologiyasının Əsasları: Artım, Xüsusiyyətlər, Cihazlar və Tətbiqlər)
IV
SiC ion implantasiyası və aktivləşdirmə tavlama prosesinin təsiri
İon implantasiyası və sonrakı aktivləşdirmə yumşaldılması qaçılmaz olaraq cihazın işini azaldan qüsurlar yaradacaq: mürəkkəb nöqtə qüsurları, yığma xətalar (Şəkil 8-də göstərildiyi kimi), yeni dislokasiyalar, dayaz və ya dərin enerji səviyyəli qüsurlar, bazal müstəvi dislokasiya halqaları və mövcud dislokasiyaların hərəkəti. Yüksək enerjili ion bombardmanı prosesi SiC vaflisində gərginliyə səbəb olacağından, yüksək temperatur və yüksək enerjili ion implantasiyası prosesi vaflinin əyilməsini artıracaq. Bu problemlər həm də SiC ionunun implantasiyası və tavlanmasının istehsal prosesində təcili olaraq optimallaşdırılmalı və öyrənilməli olan istiqamətə çevrildi.
Şəkil 8 Normal 4H-SiC qəfəs quruluşu və müxtəlif yığma xətaları arasında müqayisənin sxematik diaqramı
(Mənbə: Nicolὸ Piluso 4H-SiC qüsurları)
V.
Silikon karbid ionunun implantasiya prosesinin təkmilləşdirilməsi
(1) Şəkil 9-da göstərildiyi kimi silisium karbid epitaksial təbəqəsinin səthinə yüksək enerjili ion implantasiyası nəticəsində implantasiya zədələnməsinin dərəcəsini azaltmaq üçün ion implantasiya sahəsinin səthində nazik oksid plyonka saxlanılır. (a) .
(2) İon implantasiya avadanlığında hədəf diskin keyfiyyətini yaxşılaşdırın, beləliklə vafli və hədəf disk daha sıx uyğunlaşsın, hədəf diskin gofretə istilik keçiriciliyi daha yaxşı olsun və avadanlıq vaflinin arxasını qızdırsın. Şəkil 9. (b)-də göstərildiyi kimi, silisium karbid vaflilərə yüksək temperatur və yüksək enerjili ion implantasiyasının keyfiyyətinin yaxşılaşdırılması.
(3) Yüksək temperaturlu yumşalma avadanlığının istismarı zamanı temperaturun yüksəlmə sürətini və temperatur vahidliyini optimallaşdırın.
Şəkil 9 İon implantasiyası prosesinin təkmilləşdirilməsi üsulları
Göndərmə vaxtı: 22 oktyabr 2024-cü il