Ионды имплантациялау – жартылай өткізгіш материалдардың электрлік қасиеттерін өзгерту үшін қоспалардың белгілі бір мөлшері мен түрін қосу әдісі. Қоспалардың мөлшері мен таралуын дәл бақылауға болады.
1-бөлім
Неліктен иондық имплантация процесін қолдану керек
Күшті жартылай өткізгіш құрылғыларды өндіруде дәстүрлі P/N аймақты қоспалаукремний пластиналарыдиффузия арқылы қол жеткізуге болады. Алайда қоспа атомдарының диффузиялық константасыкремний карбидіБұл өте төмен, сондықтан 1-суретте көрсетілгендей диффузиялық процесс арқылы селективті легирлеуге қол жеткізу шындыққа жанаспайды. Екінші жағынан, иондарды имплантациялаудың температуралық шарттары диффузиялық процеске қарағанда төмен, және икемді және дәлірек легирлеу таралуы мүмкін. қалыптасады.
1-сурет Кремний карбидті материалдардағы диффузиялық және иондық имплантация легирлеу технологияларын салыстыру
2-бөлім
Қалай жетуге боладыкремний карбидіиондық имплантация
Кремний карбиді процесінде қолданылатын әдеттегі жоғары энергиялы иондарды имплантациялау жабдығы 2-суретте көрсетілгендей, негізінен ион көзінен, плазмадан, аспирациялық компоненттерден, аналитикалық магниттерден, иондық сәулелерден, жеделдету түтіктерінен, технологиялық камералардан және сканерлеу дискілерінен тұрады.
2-сурет Кремний карбиді жоғары энергиялы ионды имплантациялау жабдығының схемалық диаграммасы
(Дереккөз: «Жартылай өткізгіштерді өндіру технологиясы»)
SiC ионын имплантациялау әдетте жоғары температурада жүзеге асырылады, бұл иондық бомбалаудан туындаған кристалдық тордың зақымдануын азайтуға мүмкіндік береді. үшін4H-SiC пластиналары, N-типті аймақтарды өндіру әдетте азот пен фосфор иондарын имплантациялау арқылы жәнеP-түріаймақтарға әдетте алюминий иондары мен бор иондарын имплантациялау арқылы қол жеткізіледі.
Кесте 1. SiC құрылғыларын өндірудегі селективті допинг үлгісі
(Дереккөз: Кимото, Купер, кремний карбиді технологиясының негіздері: өсу, сипаттама, құрылғылар және қолданбалар)
3-сурет Көп сатылы энергия ионының имплантациясы мен пластинаның беткі қоспа концентрациясының таралуын салыстыру
(Дереккөз: Г.Лулли, иондық имплантацияға кіріспе)
Иондық имплантация аймағында біркелкі допинг концентрациясына қол жеткізу үшін инженерлер әдетте имплантация аймағының жалпы концентрациясының таралуын реттеу үшін көп сатылы иондық имплантацияны пайдаланады (3-суретте көрсетілгендей); 4. (a) және (b) суретте көрсетілгендей нақты технологиялық процесте ион имплантаторының имплантация энергиясын және имплантациялау дозасын реттеу арқылы иондық имплантация аймағының қоспалау концентрациясын және қоспалау тереңдігін бақылауға болады; ион имплантаторы 4-суретте көрсетілгендей пластинаның бетін жұмыс барысында бірнеше рет сканерлеу арқылы пластинаның бетіне біркелкі ион имплантациясын орындайды.
(c) Иондық имплантация кезіндегі ион имплантаторының қозғалыс траекториясы
4-сурет Иондарды имплантациялау процесі кезінде қоспаның концентрациясы мен тереңдігі ион имплантациясының энергиясы мен дозасын реттеу арқылы бақыланады.
III
Кремний карбиді ионын имплантациялау үшін белсендіру жасыту процесі
Ион имплантациясының концентрациясы, таралу аймағы, активтену жылдамдығы, денедегі және бетіндегі ақаулар ионды имплантациялау процесінің негізгі параметрлері болып табылады. Бұл параметрлердің нәтижелеріне әсер ететін көптеген факторлар бар, соның ішінде имплантация дозасы, энергия, материалдың кристалдық бағыты, имплантация температурасы, жасыту температурасы, күйдіру уақыты, қоршаған орта және т.б. Кремний ионын имплантациялау легирлеуінен айырмашылығы, оны толығымен иондандыру әлі де қиын. иондық имплантациядан кейінгі кремний карбидінің қоспалары. Мысал ретінде 4H-SiC бейтарап аймағында алюминий акцепторының иондану жылдамдығын алатын болсақ, 1×1017см-3 қоспалау концентрациясында акцептордың иондану жылдамдығы бөлме температурасында тек 15% құрайды (әдетте кремнийдің иондану жылдамдығы шамамен 100%). Жоғары белсендіру жылдамдығы мен ақауларды азайту мақсатына жету үшін иондық имплантациядан кейін имплантация кезінде пайда болған аморфты ақауларды қайта кристалдау үшін жоғары температурада жасыту процесі пайдаланылады, осылайша имплантацияланған атомдар алмастыру алаңына кіреді және көрсетілгендей белсендіріледі. 5-суретте. Қазіргі уақытта адамдардың жасыту процесінің механизмі туралы түсінігі әлі де шектеулі. Жасыту процесін бақылау және терең түсіну болашақта иондық имплантацияның зерттеу бағыттарының бірі болып табылады.
5-сурет Кремний карбиді ионын имплантациялау аймағы бетіндегі иондық имплантация күйдіруге дейін және одан кейін атомдық орналасу өзгерісінің схемалық диаграммасы, мұнда Vsiкремний бос орындарын білдіреді, VCкөміртегі бос орындарын білдіреді, Ciкөміртегі толтыратын атомдарды және Si білдіредіiкремний толтыратын атомдарды білдіреді
Ионды активтендіру жасыту әдетте пеште жасытуды, жылдам күйдіруді және лазерлік күйдіруді қамтиды. SiC материалдарындағы Si атомдарының сублимациясына байланысты жасыту температурасы әдетте 1800℃ аспайды; күйдіру атмосферасы әдетте инертті газда немесе вакуумда жүзеге асырылады. Әртүрлі иондар SiC-де әртүрлі ақау орталықтарын тудырады және әртүрлі күйдіру температураларын қажет етеді. Тәжірибе нәтижелерінің көпшілігінен жасыту температурасы неғұрлым жоғары болса, белсендіру жылдамдығы соғұрлым жоғары болады деген қорытынды жасауға болады (6-суретте көрсетілгендей).
6-сурет Жасыту температурасының SiC (бөлме температурасында) азот немесе фосфор имплантациясының электрлік белсендіру жылдамдығына әсері
(Жалпы имплантация дозасы 1×1014см-2)
(Дереккөз: Кимото, Купер, кремний карбиді технологиясының негіздері: өсу, сипаттама, құрылғылар және қолданбалар)
SiC ионын имплантациялаудан кейін жиі қолданылатын активтендіру жасыту процесі SiC бетін қайта кристалдану және қоспаны белсендіру, осылайша қоспаланған аймақтың өткізгіштігін жақсарту үшін 1600℃~1700℃ температурада Ar атмосферасында жүзеге асырылады; күйдіру алдында 7-суретте көрсетілгендей Si десорбциясы мен беттік атомдық миграциядан туындаған бетінің деградациясын азайту үшін бетті қорғау үшін пластинаның бетіне көміртекті пленка қабатын жабуға болады; күйдіруден кейін көміртекті пленканы тотығу немесе коррозия арқылы жоюға болады.
7-сурет 1800℃ күйдіру температурасында көміртекті қабықшадан қорғайтын немесе қорғалмаған 4H-SiC пластинкаларының бетінің кедір-бұдырлығын салыстыру
(Дереккөз: Кимото, Купер, кремний карбиді технологиясының негіздері: өсу, сипаттама, құрылғылар және қолданбалар)
IV
SiC ионын имплантациялау және белсендіру жасыту процесінің әсері
Ионды имплантациялау және одан кейінгі белсендіру жасыту құрылғы өнімділігін төмендететін ақауларды сөзсіз тудырады: күрделі нүкте ақаулары, қабаттасудың ақаулары (8-суретте көрсетілгендей), жаңа дислокациялар, таяз немесе терең энергия деңгейі ақаулары, базальды жазықтық дислокация ілмектер және бар дислокациялардың қозғалысы. Жоғары энергиялы ионды бомбалау процесі SiC пластинасына стресс тудыратындықтан, жоғары температура мен жоғары энергиялы ионды имплантациялау процесі пластинаның деформациясын арттырады. Бұл мәселелер сонымен қатар SiC ионын имплантациялау және күйдіру өндірісі процесінде шұғыл түрде оңтайландыруды және зерттеуді қажет ететін бағыт болды.
Сурет 8 Қалыпты 4H-SiC торының орналасуы мен әртүрлі қабаттасудың ақаулары арасындағы салыстырудың схемалық диаграммасы
(Дереккөз: Nicolὸ Piluso 4H-SiC ақаулары)
V.
Кремний карбиді ионын имплантациялау процесін жетілдіру
(1) 9-суретте көрсетілгендей кремний карбидінің эпитаксиалды қабатының бетіне жоғары энергиялы ион имплантациясынан туындаған имплантацияның зақымдану дәрежесін азайту үшін иондарды имплантациялау аймағының бетінде жұқа оксидті қабықша сақталады. (a) .
(2) Вафли мен мақсатты диск жақынырақ орналасуы үшін, мақсатты дискінің вафлиге жылу өткізгіштігі жақсырақ және жабдық пластинаның артқы жағын қыздыратындай етіп иондық имплантация жабдығындағы мақсатты дискінің сапасын жақсартыңыз 9. (b) суретте көрсетілгендей кремний карбиді пластинкаларына жоғары температура мен жоғары энергиялы ионды имплантациялау сапасын біркелкі жақсарту.
(3) Температураның көтерілу жылдамдығын және температураның біркелкілігін жоғары температурада жасыту жабдығын пайдалану кезінде оңтайландыру.
Сурет 9 Иондарды имплантациялау процесін жақсарту әдістері
Хабарлама уақыты: 22 қазан 2024 ж