Իոնների իմպլանտացիան կիսահաղորդչային նյութերի մեջ որոշակի քանակությամբ և տեսակի կեղտեր ավելացնելու մեթոդ է՝ դրանց էլեկտրական հատկությունները փոխելու համար: Կեղտերի քանակն ու բաշխումը կարելի է ճշգրիտ վերահսկել:
Մաս 1
Ինչու՞ օգտագործել իոնային իմպլանտացիայի գործընթացը
Էլեկտրաէներգիայի կիսահաղորդչային սարքերի արտադրության մեջ P/N շրջանի դոպինգը ավանդականսիլիկոնային վաֆլիներկարելի է հասնել դիֆուզիայի միջոցով: Այնուամենայնիվ, անմաքրության ատոմների դիֆուզիոն հաստատունըսիլիցիումի կարբիդչափազանց ցածր է, ուստի անիրատեսական է դիֆուզիոն պրոցեսի միջոցով ընտրովի դոպինգի հասնելը, ինչպես ցույց է տրված Նկար 1-ում: Մյուս կողմից, իոնների իմպլանտացիայի ջերմաստիճանային պայմաններն ավելի ցածր են, քան դիֆուզիոն գործընթացում, և դոպինգի ավելի ճկուն և ճշգրիտ բաշխումը կարող է. կազմավորվել։
Նկար 1 Սիլիցիումի կարբիդային նյութերում դիֆուզիոն և իոնային իմպլանտացիայի դոպինգ տեխնոլոգիաների համեմատություն
Մաս 2
Ինչպես հասնելսիլիցիումի կարբիդիոնային իմպլանտացիա
Սիլիցիումի կարբիդի պրոցեսի արտադրության գործընթացում օգտագործվող բարձր էներգիայի իոնային իմպլանտացիայի տիպիկ սարքավորումը հիմնականում բաղկացած է իոնային աղբյուրից, պլազմայից, ասպիրացիոն բաղադրիչներից, անալիտիկ մագնիսներից, իոնային ճառագայթներից, արագացման խողովակներից, պրոցեսի խցիկներից և սկանավորման սկավառակներից, ինչպես ցույց է տրված Նկար 2-ում:
Նկար 2 Սիլիցիումի կարբիդի բարձր էներգիայի իոնային իմպլանտացիայի սարքավորման սխեմատիկ դիագրամ
(Աղբյուր՝ «Semiconductor Manufacturing Technology»)
SiC իոնների իմպլանտացիան սովորաբար իրականացվում է բարձր ջերմաստիճանում, ինչը կարող է նվազագույնի հասցնել բյուրեղային ցանցի վնասը, որն առաջանում է իոնային ռմբակոծությունից: Համար4H-SiC վաֆլիներ, N տիպի տարածքների արտադրությունը սովորաբար ձեռք է բերվում ազոտի և ֆոսֆորի իոնների իմպլանտացիայի միջոցով, և արտադրվում էP-տիպտարածքները սովորաբար ձեռք են բերվում ալյումինի իոնների և բորի իոնների իմպլանտացիայի միջոցով:
Աղյուսակ 1. Ընտրովի դոպինգի օրինակ SiC սարքերի արտադրության մեջ
(Աղբյուր՝ Kimoto, Cooper, Fundamentals of Silicon Carbide Technology. Growth, Characterization, Devices, and Applications)
Նկար 3 Բազմաստիճան էներգիայի իոնների իմպլանտացիայի և վաֆլի մակերեսային դոպինգի կոնցենտրացիայի բաշխման համեմատություն
(Աղբյուր՝ G.Lulli, Introduction To Ion Implantation)
Իոնների իմպլանտացիայի տարածքում միատեսակ դոպինգ կոնցենտրացիայի հասնելու համար ինժեներները սովորաբար օգտագործում են բազմաստիճան իոնային իմպլանտացիա՝ կարգավորելու իմպլանտացիայի տարածքի ընդհանուր կոնցենտրացիայի բաշխումը (ինչպես ցույց է տրված Նկար 3-ում); բուն գործընթացի արտադրության գործընթացում, կարգավորելով իմպլանտացիայի էներգիան և իոնային իմպլանտատորի իմպլանտացիայի չափաբաժինը, կարող են վերահսկվել իոնների իմպլանտացիայի տարածքի դոպինգի կոնցենտրացիան և դոպինգի խորությունը, ինչպես ցույց է տրված Նկար 4-ում: (ա) և (բ). իոնային իմպլանտատորը կատարում է միատեսակ իոնային իմպլանտացիա վաֆլի մակերեսի վրա՝ շահագործման ընթացքում մի քանի անգամ սկանավորելով վաֆլի մակերեսը, ինչպես ցույց է տրված Նկար 4-ում: (գ):
գ) Իոնային իմպլանտատորի շարժման հետագիծը իոնային իմպլանտացիայի ժամանակ
Նկար 4 Իոնների իմպլանտացիայի գործընթացում կեղտի կոնցենտրացիան և խորությունը վերահսկվում են՝ կարգավորելով իոնների իմպլանտացիայի էներգիան և չափաբաժինը։
III
Սիլիցիումի կարբիդի իոնների իմպլանտացիայի ակտիվացման եռացման գործընթաց
Կոնցենտրացիան, բաշխման տարածքը, ակտիվացման արագությունը, մարմնի և իոնային իմպլանտացիայի մակերեսի թերությունները իոնների իմպլանտացիայի գործընթացի հիմնական պարամետրերն են: Կան բազմաթիվ գործոններ, որոնք ազդում են այս պարամետրերի արդյունքների վրա, այդ թվում՝ իմպլանտացիայի չափաբաժինը, էներգիան, նյութի բյուրեղային կողմնորոշումը, իմպլանտացիայի ջերմաստիճանը, եռացման ջերմաստիճանը, եռացման ժամանակը, միջավայրը և այլն: Ի տարբերություն սիլիցիումի իոնային իմպլանտացիայի դոպինգի, այն դեռևս դժվար է ամբողջությամբ իոնացնել: սիլիցիումի կարբիդի կեղտերը իոնային իմպլանտացիայից հետո: Որպես օրինակ՝ հաշվի առնելով ալյումինի ընդունիչի իոնացման արագությունը 4H-SiC-ի չեզոք շրջանում, 1×1017 սմ-3 դոպինգի կոնցենտրացիայի դեպքում, ընդունիչի իոնացման արագությունը սենյակային ջերմաստիճանում կազմում է ընդամենը մոտ 15% (սովորաբար սիլիցիումի իոնացման արագությունը մոտավորապես 100%): Բարձր ակտիվացման արագության և ավելի քիչ թերությունների նպատակին հասնելու համար իոնային իմպլանտացիայից հետո կկիրառվի բարձր ջերմաստիճանի եռացման գործընթացը՝ իմպլանտացիայի ժամանակ առաջացած ամորֆ թերությունները վերաբյուրեղացնելու համար, որպեսզի իմպլանտացված ատոմները մտնեն փոխարինման տեղ և ակտիվանան, ինչպես ցույց է տրված: Նկար 5-ում: Ներկայումս մարդկանց ըմբռնումը եռացման գործընթացի մեխանիզմի վերաբերյալ դեռևս սահմանափակ է: Կառուցման գործընթացի վերահսկումը և խորը ընկալումը ապագայում իոնների իմպլանտացիայի հետազոտական կենտրոններից մեկն է:
Նկար 5 Սիլիցիումի կարբիդի իոնային իմպլանտացիայի տարածքի մակերեսի վրա ատոմային դասավորության փոփոխության սխեմատիկ դիագրամ իոնային իմպլանտացիայի կռումից առաջ և հետո, որտեղ Վ.siներկայացնում է սիլիկոնային թափուր աշխատատեղեր, ՎCներկայացնում է ածխածնի թափուր աշխատատեղեր, Գiներկայացնում է ածխածնի լցնող ատոմները, իսկ Siiներկայացնում է սիլիցիումի լցնող ատոմներ
Իոնային ակտիվացման կռումը սովորաբար ներառում է վառարանային եռացում, արագ զտում և լազերային եռացում: SiC նյութերում Si-ի ատոմների սուբլիմացիայի շնորհիվ, եռացման ջերմաստիճանը սովորաբար չի գերազանցում 1800℃; եռացման մթնոլորտը հիմնականում իրականացվում է իներտ գազի կամ վակուումի մեջ: Տարբեր իոններ առաջացնում են տարբեր թերության կենտրոններ SiC-ում և պահանջում են տարբեր եռացման ջերմաստիճաններ: Փորձարարական արդյունքների մեծ մասից կարելի է եզրակացնել, որ որքան բարձր է եռացման ջերմաստիճանը, այնքան բարձր է ակտիվացման արագությունը (ինչպես ցույց է տրված Նկար 6-ում):
Նկար 6 Եռացման ջերմաստիճանի ազդեցությունը SiC-ում ազոտի կամ ֆոսֆորի իմպլանտացիայի էլեկտրական ակտիվացման արագության վրա (սենյակային ջերմաստիճանում)
(Ընդհանուր իմպլանտացիայի դոզան 1×1014 սմ-2)
(Աղբյուր՝ Kimoto, Cooper, Fundamentals of Silicon Carbide Technology. Growth, Characterization, Devices, and Applications)
SiC իոնների իմպլանտացիայից հետո սովորաբար օգտագործվող ակտիվացման եռացման գործընթացը իրականացվում է Ar մթնոլորտում 1600℃~1700℃՝ SiC-ի մակերեսը վերաբյուրեղացնելու և դոպանտը ակտիվացնելու համար՝ դրանով իսկ բարելավելով դոպինգի տարածքի հաղորդունակությունը. նախքան կռելը, ածխածնային թաղանթի շերտը կարող է պատվել վաֆլի մակերեսի վրա՝ մակերեսի պաշտպանության համար՝ նվազեցնելու մակերեսի քայքայումը, որը առաջանում է Si-ի կլանման և մակերևութային ատոմային միգրացիայի հետևանքով, ինչպես ցույց է տրված Նկար 7-ում; եռացումից հետո ածխածնային թաղանթը կարող է հեռացվել օքսիդացման կամ կոռոզիայից:
Նկար 7 4H-SiC վաֆլի մակերևույթի կոշտության համեմատություն ածխածնային թաղանթի պաշտպանությամբ կամ առանց 1800℃ եռացման ջերմաստիճանի պայմաններում
(Աղբյուր՝ Kimoto, Cooper, Fundamentals of Silicon Carbide Technology. Growth, Characterization, Devices, and Applications)
IV
SiC իոնների իմպլանտացիայի և ակտիվացման եռացման գործընթացի ազդեցությունը
Իոնների իմպլանտացիան և հետագա ակտիվացման կռումը անխուսափելիորեն կառաջացնի թերություններ, որոնք նվազեցնում են սարքի աշխատանքը. բարդ կետային թերություններ, կուտակման անսարքություններ (ինչպես ցույց է տրված Նկար 8-ում), նոր տեղահանումներ, մակերեսային կամ խորը էներգիայի մակարդակի թերություններ, բազալ հարթության տեղահանման օղակներ և առկա տեղահանումների շարժում: Քանի որ բարձր էներգիայի իոնային ռմբակոծման գործընթացը կհանգեցնի SiC վաֆլի սթրեսի, բարձր ջերմաստիճանի և բարձր էներգիայի իոնների իմպլանտացիայի գործընթացը կբարձրացնի վաֆլի ծռվածությունը: Այս խնդիրները նաև դարձել են այն ուղղությունը, որը հրատապ օպտիմալացման և ուսումնասիրման կարիք ունի SiC իոնների իմպլանտացիայի և եռացման արտադրական գործընթացում:
Նկար 8 4H-SiC ցանցերի նորմալ դասավորության և տարբեր կուտակման անսարքությունների համեմատության սխեմատիկ դիագրամ
(Աղբյուր՝ Nicolὸ Piluso 4H-SiC Defects)
V.
Սիլիցիումի կարբիդի իոնների իմպլանտացիայի գործընթացի բարելավում
(1) Իոնների իմպլանտացիայի տարածքի մակերևույթի վրա բարակ օքսիդային թաղանթ է պահվում՝ նվազեցնելու բարձր էներգիայի իոնների իմպլանտացիայի հետևանքով առաջացած իմպլանտացիայի վնասի աստիճանը սիլիցիումի կարբիդի էպիտաքսիալ շերտի մակերեսին, ինչպես ցույց է տրված Նկար 9-ում: (ա) .
(2) Բարելավել թիրախային սկավառակի որակը իոնային իմպլանտացիայի սարքավորման մեջ, որպեսզի վաֆլի և թիրախային սկավառակը ավելի սերտորեն տեղավորվեն, թիրախային սկավառակի ջերմային հաղորդունակությունը վաֆլի նկատմամբ ավելի լավ լինի, և սարքավորումները տաքացնեն վաֆլի հետևի մասը: ավելի միատեսակ՝ բարելավելով բարձր ջերմաստիճանի և բարձր էներգիայի իոնների իմպլանտացիայի որակը սիլիցիումի կարբիդային վաֆլիների վրա, ինչպես ցույց է տրված Նկար 9-ում: (բ):
(3) Օպտիմալացնել ջերմաստիճանի բարձրացման արագությունը և ջերմաստիճանի միատեսակությունը բարձր ջերմաստիճանի եռացման սարքավորումների շահագործման ընթացքում:
Նկար 9 Իոնների իմպլանտացիայի գործընթացի բարելավման մեթոդներ
Հրապարակման ժամանակը՝ հոկտ-22-2024