L-impjantazzjoni tal-joni hija metodu ta 'żieda ta' ċertu ammont u tip ta 'impuritajiet f'materjali semikondutturi biex jibdlu l-proprjetajiet elettriċi tagħhom. L-ammont u d-distribuzzjoni tal-impuritajiet jistgħu jiġu kkontrollati b'mod preċiż.
Parti 1
Għaliex tuża proċess ta 'impjantazzjoni tal-joni
Fil-manifattura ta 'apparat semikonduttur ta' l-enerġija, ir-reġjun P/N doping ta 'tradizzjonaliwejfers tas-silikonjista 'jinkiseb permezz ta' diffużjoni. Madankollu, il-kostanti tad-diffużjoni ta 'atomi ta' impurità filkarbur tas-silikonhuwa estremament baxx, għalhekk mhuwiex realistiku li jinkiseb doping selettiv permezz ta 'proċess ta' diffużjoni, kif muri fil-Figura 1. Min-naħa l-oħra, il-kundizzjonijiet tat-temperatura tal-impjantazzjoni tal-jone huma aktar baxxi minn dawk tal-proċess ta 'diffużjoni, u distribuzzjoni tad-doping aktar flessibbli u preċiża tista' jiġu ffurmati.
Figura 1 Tqabbil tat-teknoloġiji tad-doping tad-diffużjoni u l-impjantazzjoni tal-joni f'materjali tal-karbur tas-silikon
Parti 2
Kif tiksebkarbur tas-silikonimpjantazzjoni tal-joni
It-tagħmir tipiku ta 'impjantazzjoni tal-jone ta' enerġija għolja użat fil-proċess tal-manifattura tal-proċess tal-karbur tas-silikon jikkonsisti prinċipalment f'sors ta 'jone, plażma, komponenti ta' aspirazzjoni, kalamiti analitiċi, raġġi tal-joni, tubi ta 'aċċelerazzjoni, kmamar tal-proċess, u diski tal-iskannjar, kif muri fil-Figura 2.
Figura 2 Dijagramma skematika ta 'tagħmir ta' impjantazzjoni ta 'jone ta' enerġija għolja tal-karbur tas-silikon
(Sors: “Teknoloġija tal-Manifattura tas-Semikondutturi”)
L-impjantazzjoni tal-jone SiC ġeneralment titwettaq f'temperatura għolja, li tista 'timminimizza l-ħsara lill-kannizzata tal-kristall ikkawżata mill-bumbardament tal-jone. GħalWejfers 4H-SiC, il-produzzjoni ta 'żoni tat-tip N normalment tinkiseb billi jiġu impjantati joni tan-nitroġenu u fosfru, u l-produzzjoni ta'tat-tip Pżoni normalment tinkiseb billi jiġu impjantati jonji tal-aluminju u jonji tal-boron.
Tabella 1. Eżempju ta 'doping selettiv fil-manifattura ta' apparat SiC
(Sors: Kimoto, Cooper, Fundamentals of Silicon Carbide Technology: Tkabbir, Karatterizzazzjoni, Apparati, u Applikazzjonijiet)
Figura 3 Tqabbil ta 'impjantazzjoni ta' joni tal-enerġija f'diversi stadji u distribuzzjoni tal-konċentrazzjoni tad-doping tal-wiċċ tal-wejfer
(Sors: G.Lulli, Introduction To Ion Implantation)
Sabiex tinkiseb konċentrazzjoni uniformi tad-doping fiż-żona tal-impjantazzjoni tal-joni, l-inġiniera ġeneralment jużaw impjantazzjoni tal-jone f'diversi stadji biex jaġġustaw id-distribuzzjoni ġenerali tal-konċentrazzjoni taż-żona tal-impjantazzjoni (kif muri fil-Figura 3); fil-proċess attwali tal-manifattura tal-proċess, billi tiġi aġġustata l-enerġija tal-impjantazzjoni u d-doża tal-impjantazzjoni tal-jone implanter, il-konċentrazzjoni tad-doping u l-fond tad-doping taż-żona tal-impjantazzjoni tal-joni jistgħu jiġu kkontrollati, kif muri fil-Figura 4. (a) u (b); l-impjantatur tal-jone jwettaq impjantazzjoni tal-jone uniformi fuq il-wiċċ tal-wejfer billi jiskennja l-wiċċ tal-wejfer bosta drabi waqt it-tħaddim, kif muri fil-Figura 4. (c).
(c) Trajettorja tal-moviment tal-impjantatur tal-joni waqt l-impjantazzjoni tal-joni
Figura 4 Matul il-proċess tal-impjantazzjoni tal-joni, il-konċentrazzjoni tal-impurità u l-fond huma kkontrollati billi tiġi aġġustata l-enerġija u d-doża tal-impjantazzjoni tal-joni
III
Proċess ta 'ttemprar ta' attivazzjoni għall-impjantazzjoni tal-jone tal-karbur tas-silikon
Il-konċentrazzjoni, iż-żona tad-distribuzzjoni, ir-rata ta 'attivazzjoni, id-difetti fil-ġisem u fuq il-wiċċ tal-impjantazzjoni tal-joni huma l-parametri ewlenin tal-proċess tal-impjantazzjoni tal-joni. Hemm ħafna fatturi li jaffettwaw ir-riżultati ta 'dawn il-parametri, inkluża doża ta' impjantazzjoni, enerġija, orjentazzjoni tal-kristall tal-materjal, temperatura ta 'impjantazzjoni, temperatura ta' ttemprar, ħin ta 'ttemprar, ambjent, eċċ. B'differenza mid-doping ta' impjantazzjoni tal-jone tas-silikon, għadu diffiċli li tiġi jonizzata kompletament. l-impuritajiet tal-karbur tas-silikon wara d-doping tal-impjantazzjoni tal-joni. Meta tieħu r-rata ta 'jonizzazzjoni tal-aċċettatur tal-aluminju fir-reġjun newtrali ta' 4H-SiC bħala eżempju, f'konċentrazzjoni ta 'doping ta' 1 × 1017cm-3, ir-rata ta 'jonizzazzjoni tal-aċċettatur hija biss madwar 15% f'temperatura tal-kamra (ġeneralment ir-rata ta' jonizzazzjoni tas-silikon hija bejn wieħed u ieħor 100%). Sabiex jintlaħaq l-għan ta 'rata ta' attivazzjoni għolja u inqas difetti, proċess ta 'ttemprar b'temperatura għolja se jintuża wara l-impjantazzjoni tal-joni biex jirrikristallizza d-difetti amorfi ġenerati waqt l-impjantazzjoni, sabiex l-atomi impjantati jidħlu fis-sit ta' sostituzzjoni u jiġu attivati, kif muri fil-Figura 5. Fil-preżent, il-fehim tan-nies tal-mekkaniżmu tal-proċess ta 'ttemprar għadu limitat. Il-kontroll u l-fehim fil-fond tal-proċess tal-ittemprar huwa wieħed mill-fokus tar-riċerka tal-impjantazzjoni tal-joni fil-futur.
Figura 5 Dijagramma skematika tal-bidla tal-arranġament atomiku fuq il-wiċċ taż-żona tal-impjantazzjoni tal-jone tal-karbur tas-silikon qabel u wara l-ittemprar tal-impjantazzjoni tal-joni, fejn Vsijirrappreżenta postijiet vakanti tas-silikon, VCjirrappreżenta postijiet vakanti tal-karbonju, Cijirrappreżenta l-atomi tal-mili tal-karbonju, u Siijirrappreżenta l-atomi tal-mili tas-silikon
Ittremprar tal-attivazzjoni tal-joni ġeneralment jinkludi ittemprar tal-forn, ittemprar rapidu u ttemprar bil-lejżer. Minħabba s-sublimazzjoni tal-atomi Si f'materjali SiC, it-temperatura tal-ittemprar ġeneralment ma taqbiżx l-1800℃; l-atmosfera ta 'ttemprar ġeneralment titwettaq f'gass inert jew vakwu. Joni differenti jikkawżaw ċentri ta 'difetti differenti fis-SiC u jeħtieġu temperaturi ta' ttemprar differenti. Mill-biċċa l-kbira tar-riżultati sperimentali, jista 'jiġi konkluż li iktar ma tkun għolja t-temperatura ta' l-ittemprar, iktar tkun għolja r-rata ta 'attivazzjoni (kif muri fil-Figura 6).
Figura 6 Effett tat-temperatura ta 'l-ittemprar fuq ir-rata ta' attivazzjoni elettrika ta 'impjantazzjoni ta' nitroġenu jew fosfru f'SiC (f'temperatura tal-kamra)
(Doża ta 'impjantazzjoni totali 1 × 1014cm-2)
(Sors: Kimoto, Cooper, Fundamentals of Silicon Carbide Technology: Tkabbir, Karatterizzazzjoni, Apparati, u Applikazzjonijiet)
Il-proċess ta 'ttemprar ta' attivazzjoni użat komunement wara l-impjantazzjoni tal-jone SiC jitwettaq f'atmosfera Ar f'1600℃ ~ 1700℃ biex jirrikristallizza l-wiċċ tas-SiC u jattiva d-dopant, u b'hekk ittejjeb il-konduttività taż-żona drogata; qabel l-ittemprar, saff ta 'film tal-karbonju jista' jiġi miksi fuq il-wiċċ tal-wejfer għall-protezzjoni tal-wiċċ biex titnaqqas id-degradazzjoni tal-wiċċ ikkawżata minn desorbiment tas-Si u migrazzjoni atomika tal-wiċċ, kif muri fil-Figura 7; wara l-ittemprar, il-film tal-karbonju jista 'jitneħħa permezz ta' ossidazzjoni jew korrużjoni.
Figura 7 Tqabbil tal-ħruxija tal-wiċċ ta 'wejfers 4H-SiC bi jew mingħajr protezzjoni tal-film tal-karbonju taħt temperatura ta' ittemprar ta '1800℃
(Sors: Kimoto, Cooper, Fundamentals of Silicon Carbide Technology: Tkabbir, Karatterizzazzjoni, Apparati, u Applikazzjonijiet)
IV
L-impatt tal-impjantazzjoni tal-jone SiC u l-proċess ta 'ttemprar ta' attivazzjoni
L-impjantazzjoni tal-joni u t-ttemprar ta 'attivazzjoni sussegwenti inevitabbilment se jipproduċu difetti li jnaqqsu l-prestazzjoni tal-apparat: difetti fil-punt kumplessi, difetti ta' stivar (kif muri fil-Figura 8), dislokazzjonijiet ġodda, difetti fil-livell tal-enerġija baxx jew fil-fond, loops ta 'dislokazzjoni tal-pjan bażali u moviment ta' dislokazzjonijiet eżistenti. Peress li l-proċess ta 'bumbardament tal-jone b'enerġija għolja se jikkawża stress għall-wejfer tas-SiC, il-proċess ta' impjantazzjoni tal-jone b'temperatura għolja u b'enerġija għolja se jżid il-warpage tal-wejfer. Dawn il-problemi saru wkoll id-direzzjoni li jeħtieġ li tiġi ottimizzata u studjata b'mod urġenti fil-proċess tal-manifattura tal-impjantazzjoni u l-ittemprar tal-jone SiC.
Figura 8 Dijagramma skematika tat-tqabbil bejn l-arranġament normali tal-kannizzata 4H-SiC u difetti differenti ta’ stivar
(Sors: Nicolὸ Piluso 4H-SiC Difetti)
V.
Titjib tal-proċess ta 'impjantazzjoni tal-jone tal-karbur tas-silikon
(1) Film ta 'ossidu rqiq jinżamm fuq il-wiċċ taż-żona ta' impjantazzjoni tal-jone biex jitnaqqas il-grad ta 'ħsara ta' impjantazzjoni kkawżata minn impjantazzjoni ta 'jone ta' enerġija għolja fuq il-wiċċ tas-saff epitassjali tal-karbur tas-silikon, kif muri fil-Figura 9. (a) .
(2) Ittejjeb il-kwalità tad-diska fil-mira fit-tagħmir tal-impjantazzjoni tal-joni, sabiex il-wejfer u d-diska fil-mira joqogħdu aktar mill-qrib, il-konduttività termali tad-diska fil-mira mal-wejfer hija aħjar, u t-tagħmir isaħħan id-dahar tal-wejfer b'mod aktar uniformi, it-titjib tal-kwalità tal-impjantazzjoni tal-jone b'temperatura għolja u b'enerġija għolja fuq wejfers tal-karbur tas-silikon, kif muri fil-Figura 9. (b).
(3) Ottimizza r-rata ta 'żieda fit-temperatura u l-uniformità tat-temperatura waqt it-tħaddim tat-tagħmir ta' ittemprar b'temperatura għolja.
Figura 9 Metodi għat-titjib tal-proċess tal-impjantazzjoni tal-joni
Ħin tal-post: Ottubru-22-2024