Ion implantatsiyasi - bu elektr xususiyatlarini o'zgartirish uchun yarim o'tkazgich materiallarga ma'lum miqdorda va turdagi aralashmalarni qo'shish usuli. Nopoklarning miqdori va taqsimlanishi aniq nazorat qilinishi mumkin.
1-qism
Nima uchun ion implantatsiyasi jarayonidan foydalanish kerak
Quvvatli yarimo'tkazgichli qurilmalarni ishlab chiqarishda an'anaviy P/N mintaqasi dopingkremniy gofretlardiffuziya orqali erishish mumkin. Biroq, ichida nopoklik atomlarining diffuziya konstantasikremniy karbidjuda past, shuning uchun 1-rasmda ko'rsatilganidek, diffuziya jarayoni orqali selektiv dopingga erishish haqiqatga to'g'ri kelmaydi. Boshqa tomondan, ion implantatsiyasining harorat sharoitlari diffuziya jarayoniga qaraganda pastroq va dopingning yanada moslashuvchan va aniq taqsimlanishi mumkin. shakllantiriladi.
1-rasm Kremniy karbidli materiallarda diffuziya va ion implantatsiyasining doping texnologiyalarini taqqoslash
2-qism
Qanday erishish mumkinkremniy karbidion implantatsiyasi
Silikon karbid jarayonini ishlab chiqarish jarayonida qo'llaniladigan odatiy yuqori energiyali ion implantatsiyasi uskunasi, asosan, 2-rasmda ko'rsatilganidek, ion manbai, plazma, aspiratsiya komponentlari, analitik magnitlar, ion nurlari, tezlashtirish quvurlari, texnologik kameralar va skanerlash disklaridan iborat.
2-rasm Kremniy karbidli yuqori energiyali ion implantatsiyasi uskunasining sxematik diagrammasi
(Manba: "Yarim o'tkazgichlarni ishlab chiqarish texnologiyasi")
SiC ionining implantatsiyasi odatda yuqori haroratda amalga oshiriladi, bu esa ion bombardimonidan kelib chiqadigan kristall panjaraning shikastlanishini minimallashtirishi mumkin. uchun4H-SiC gofretlari, N tipidagi maydonlarni ishlab chiqarish odatda azot va fosfor ionlarini implantatsiya qilish va ishlab chiqarish orqali erishiladi.P-turimaydonlarga odatda alyuminiy ionlari va bor ionlarini joylashtirish orqali erishiladi.
Jadval 1. SiC qurilmalarini ishlab chiqarishda selektiv dopingga misol
(Manba: Kimoto, Cooper, Silikon karbid texnologiyasi asoslari: o'sish, xarakteristikalar, qurilmalar va ilovalar)
Shakl 3 Ko'p bosqichli energiya ionining implantatsiyasi va gofret sirtining doping kontsentratsiyasining taqsimlanishini taqqoslash
(Manba: G.Lulli, Ion implantatsiyasiga kirish)
Ion implantatsiyasi hududida yagona doping kontsentratsiyasiga erishish uchun muhandislar odatda implantatsiya maydonining umumiy kontsentratsiyasi taqsimotini sozlash uchun ko'p bosqichli ion implantatsiyasidan foydalanadilar (3-rasmda ko'rsatilganidek); haqiqiy ishlab chiqarish jarayonida, ion implantatorining implantatsiya energiyasi va implantatsiya dozasini sozlash orqali, 4-rasmda ko'rsatilganidek, ion implantatsiyasi maydonining doping kontsentratsiyasi va doping chuqurligini nazorat qilish mumkin. (a) va (b); ion implantatori 4-rasmda ko'rsatilganidek, ish paytida gofret yuzasini bir necha marta skanerlash orqali gofret yuzasiga bir xil ion implantatsiyasini amalga oshiradi.
(c) ion implantatsiyasi paytida ion implantatorining harakat traektoriyasi
4-rasm Ion implantatsiyasi jarayonida nopoklik kontsentratsiyasi va chuqurligi ion implantatsiyasi energiyasi va dozasini sozlash orqali nazorat qilinadi.
III
Silikon karbid ionini implantatsiya qilish uchun faollashtiruvchi tavlanish jarayoni
Konsentratsiya, tarqalish maydoni, faollashuv tezligi, tanadagi va ion implantatsiyasi yuzasidagi nuqsonlar ion implantatsiyasi jarayonining asosiy parametrlari hisoblanadi. Ushbu parametrlarning natijalariga ko'plab omillar ta'sir qiladi, jumladan implantatsiya dozasi, energiya, materialning kristall yo'nalishi, implantatsiya harorati, tavlanish harorati, tavlanish vaqti, atrof-muhit va boshqalar. Kremniy ioni implantatsiyasi dopingidan farqli o'laroq, uni to'liq ionlashtirish hali ham qiyin. ion implantatsiyasidan keyin kremniy karbidining aralashmalari. Misol tariqasida, 4H-SiC neytral hududida alyuminiy qabul qiluvchining ionlanish tezligini oladigan bo'lsak, 1 × 1017 sm-3 doping konsentratsiyasida qabul qiluvchining ionlanish darajasi xona haroratida atigi 15% ni tashkil qiladi (odatda kremniyning ionlanish darajasi taxminan 100%). Yuqori faollashtirish tezligi va kamroq nuqsonlar maqsadiga erishish uchun implantatsiya paytida hosil bo'lgan amorf nuqsonlarni qayta kristallash uchun ion implantatsiyasidan keyin yuqori haroratli tavlanish jarayoni qo'llaniladi, shunda implantatsiya qilingan atomlar almashtirish joyiga kiradi va ko'rsatilganidek faollashadi. Shaklda 5. Hozirgi vaqtda odamlarning tavlanish jarayoni mexanizmini tushunishlari hali ham cheklangan. Yuvish jarayonini nazorat qilish va chuqur tushunish kelajakda ion implantatsiyasining tadqiqot yo'nalishlaridan biridir.
Shakl 5. Ion implantatsiyasini tavlashdan oldin va keyin kremniy karbid ion implantatsiyasi maydoni yuzasida atom joylashuvi o'zgarishining sxematik diagrammasi, bu erda V.sikremniy vakansiyalarini ifodalaydi, VCuglerod vakansiyalarini ifodalaydi, Ciuglerodni to'ldiruvchi atomlarni va Si ni ifodalaydiikremniyni to'ldiruvchi atomlarni ifodalaydi
Ion faollashtiruvchi tavlanish odatda o'choqli tavlanish, tez tavlanish va lazer bilan tavlanishni o'z ichiga oladi. SiC materiallarida Si atomlarining sublimatsiyasi tufayli tavlanish harorati odatda 1800 ℃ dan oshmaydi; tavlanish atmosferasi odatda inert gaz yoki vakuumda amalga oshiriladi. Turli xil ionlar SiCda turli nuqson markazlarini keltirib chiqaradi va har xil tavlanish haroratlarini talab qiladi. Ko'pgina eksperimental natijalardan xulosa qilish mumkinki, tavlanish harorati qanchalik yuqori bo'lsa, faollashuv tezligi shunchalik yuqori bo'ladi (6-rasmda ko'rsatilganidek).
Shakl 6 Yuvish haroratining SiC dagi azot yoki fosfor implantatsiyasining elektr faollashuv tezligiga ta'siri (xona haroratida)
(Umumiy implantatsiya dozasi 1×1014cm-2)
(Manba: Kimoto, Cooper, Silikon karbid texnologiyasi asoslari: o'sish, xarakteristikalar, qurilmalar va ilovalar)
SiC ioni implantatsiyasidan keyin tez-tez ishlatiladigan faollashtiruvchi tavlanish jarayoni SiC sirtini qayta kristallash va dopantni faollashtirish uchun 1600 ℃ ~ 1700 ℃ haroratda Ar atmosferasida amalga oshiriladi, shu bilan doplangan maydonning o'tkazuvchanligini yaxshilaydi; tavlanishdan oldin, 7-rasmda ko'rsatilganidek, Si desorbsiyasi va sirt atom migratsiyasi natijasida yuzaga keladigan sirt degradatsiyasini kamaytirish uchun sirtni himoya qilish uchun gofret yuzasida uglerod plyonkasi qatlami qoplanishi mumkin; tavlanishdan keyin uglerod plyonkasi oksidlanish yoki korroziya bilan olib tashlanishi mumkin.
7-rasm 1800 ℃ tavlanish harorati ostida uglerod plyonkasi bilan himoyalangan yoki himoyalanmagan 4H-SiC gofretlarining sirt pürüzlülüğünü taqqoslash
(Manba: Kimoto, Cooper, Silikon karbid texnologiyasi asoslari: o'sish, xarakteristikalar, qurilmalar va ilovalar)
IV
SiC ionining implantatsiyasi va faollashtiruvchi tavlanish jarayonining ta'siri
Ion implantatsiyasi va keyingi faollashtiruvchi tavlanish muqarrar ravishda qurilma ish faoliyatini kamaytiradigan nuqsonlarni keltirib chiqaradi: murakkab nuqta nuqsonlari, stacking nosozliklari (8-rasmda ko'rsatilganidek), yangi dislokatsiyalar, sayoz yoki chuqur energiya darajasidagi nuqsonlar, bazal tekislik dislokatsiya halqalari va mavjud dislokatsiyalarning harakati. Yuqori energiyali ion bombardimon qilish jarayoni SiC gofretiga stressni keltirib chiqarishi sababli, yuqori haroratli va yuqori energiyali ion implantatsiyasi jarayoni gofretning burishishini oshiradi. Ushbu muammolar, shuningdek, SiC ionini implantatsiya qilish va yumshatishni ishlab chiqarish jarayonida zudlik bilan optimallashtirish va o'rganish kerak bo'lgan yo'nalishga aylandi.
Shakl 8. Oddiy 4H-SiC panjara tuzilishi va turli stacking nosozliklari o'rtasidagi taqqoslashning sxematik diagrammasi
(Manba: Nicolὸ Piluso 4H-SiC nuqsonlari)
V.
Silikon karbid ionini implantatsiya qilish jarayonini takomillashtirish
(1) 9-rasmda ko'rsatilganidek, kremniy karbid epitaksial qatlamining yuzasiga yuqori energiyali ion implantatsiyasi natijasida kelib chiqadigan implantatsiyaning shikastlanish darajasini kamaytirish uchun ion implantatsiyasi maydoni yuzasida yupqa oksidli plyonka saqlanib qoladi. (a) .
(2) Ion implantatsiyasi uskunasidagi maqsadli diskning sifatini yaxshilang, shunda gofret va maqsad disk yanada yaqinroq joylashadi, maqsad diskning gofretga issiqlik o'tkazuvchanligi yaxshiroq bo'ladi va uskuna gofretning orqa qismini isitadi. 9-rasmda ko'rsatilganidek, kremniy karbidli plastinalarga yuqori haroratli va yuqori energiyali ion implantatsiyasi sifatini yanada bir xilda yaxshilash.
(3) Yuqori haroratli yumshatuvchi uskunaning ishlashi paytida haroratning ko'tarilish tezligini va haroratning bir xilligini optimallashtirish.
9-rasm Ion implantatsiyasi jarayonini takomillashtirish usullari
Xabar vaqti: 22-oktabr-2024