Implantasi ion mangrupikeun metode pikeun nambihan jumlah sareng jinis najis anu tangtu kana bahan semikonduktor pikeun ngarobih sipat listrikna. Jumlah sareng distribusi najis tiasa dikontrol sacara akurat.
Bagian 1
Naha ngagunakeun prosés implantasi ion
Dina pabrik alat semikonduktor kakuatan, wewengkon P / N doping tina tradisionalwafers silikonbisa dihontal ku difusi. Sanajan kitu, konstanta difusi atom najis dinasilikon karbidapisan low, jadi teu realistis pikeun ngahontal doping selektif ku prosés difusi, ditémbongkeun saperti dina Gambar 1. Di sisi séjén, kaayaan suhu implantation ion leuwih handap tina prosés difusi, sarta distribusi doping leuwih fleksibel jeung akurat bisa. ngawujud.
Gambar 1 Babandingan téknologi doping difusi sareng implantasi ion dina bahan silikon karbida
Bagian 2
Kumaha pikeun ngahontalsilikon karbidaimplantasi ion
Alat-alat implantasi ion-énergi tinggi has anu digunakeun dina prosés manufaktur prosés silikon karbida utamana diwangun ku sumber ion, plasma, komponén aspirasi, magnét analitik, balok ion, tabung akselerasi, kamar prosés, sareng disk scanning, sapertos anu dipidangkeun dina Gambar 2.
Gambar 2 diagram skéma tina silikon carbide parabot implantation ion énergi tinggi
(Sumber: "Teknologi Manufaktur Semikonduktor")
Implantasi ion SiC biasana dilaksanakeun dina suhu anu luhur, anu tiasa ngaminimalkeun karusakan kana kisi kristal anu disababkeun ku bombardment ion. Pikeun4H-SiC wafer, produksi wewengkon tipe-N biasana kahontal ku implanting nitrogén jeung ion fosfor, sarta produksiP-tipewewengkon biasana kahontal ku implanting ion aluminium sarta ion boron.
meja 1. Conto doping selektif dina manufaktur alat SiC
(Sumber: Kimoto, Cooper, Dasar Téknologi Silicon Carbide: Tumuwuh, Karakterisasi, Alat, sareng Aplikasi)
Gambar 3 Perbandingan implantasi ion énergi multi-hambalan sareng distribusi konsentrasi doping permukaan wafer
(Sumber: G.Lulli, Pengantar Implantasi Ion)
Dina raraga ngahontal konsentrasi doping seragam di wewengkon implantation ion, insinyur biasana ngagunakeun multi-hambalan implantation ion pikeun nyaluyukeun sebaran konsentrasi sakabéh wewengkon implantation (sakumaha ditémbongkeun dina Gambar 3); dina prosés manufaktur sabenerna prosés, ku nyaluyukeun énergi implantation jeung dosis implantation tina implanter ion, konsentrasi doping jeung jero doping wewengkon implantation ion bisa dikawasa, ditémbongkeun saperti dina Gambar 4. (a) jeung (b); implanter ion ngalakukeun implantation ion seragam dina beungeut wafer ku scanning beungeut wafer sababaraha kali salila operasi, ditémbongkeun saperti dina Gambar 4. (c).
(c) Lintasan gerak implanter ion nalika implantasi ion
Gambar 4 Salila prosés implantasi ion, konsentrasi impurity jeung jerona dikawasa ku nyaluyukeun énergi implantation ion jeung dosis.
III
Prosés annealing aktivasina pikeun implantasi ion silikon karbida
Konsentrasi, aréa distribusi, laju aktivasina, cacad dina awak jeung dina beungeut implantation ion mangrupakeun parameter utama prosés implantation ion. Aya seueur faktor anu mangaruhan hasil tina parameter ieu, kalebet dosis implantasi, énergi, orientasi kristal tina bahan, suhu implantasi, suhu annealing, waktos annealing, lingkungan, jsb. Kotoran silikon karbida saatos implantasi ion doping. Nyandak laju ionisasi akséptor aluminium di daérah nétral 4H-SiC sabagé conto, dina konsentrasi doping 1 × 1017cm-3, laju ionisasi akséptor ngan sakitar 15% dina suhu kamar (biasana laju ionisasi silikon kira-kira. 100%). Pikeun ngahontal tujuan laju aktivasina anu luhur sareng cacad pangsaeutikna, prosés annealing suhu luhur bakal dianggo saatos implantasi ion pikeun nga-recrystallize cacad amorf anu dibangkitkeun nalika implantasi, supados atom anu ditanam asup kana situs substitusi sareng diaktipkeun, sapertos anu dipidangkeun. dina Gambar 5. Ayeuna, pamahaman masarakat ngeunaan mékanisme prosés annealing masih kawates. Kontrol sareng pamahaman anu jero ngeunaan prosés annealing mangrupikeun salah sahiji fokus panalungtikan ngeunaan implantasi ion di hareup.
Gambar 5 Skéma diagram parobahan susunan atom dina beungeut wewengkon implantasi ion silikon karbida saméméh jeung sanggeus annealing implantasi ion, dimana Vsingagambarkeun lowongan silikon, VCngagambarkeun lowongan karbon, Cingagambarkeun atom pangeusi karbon, sarta Siingagambarkeun atom ngeusian silikon
annealing aktivasina ion umumna ngawengku annealing tungku, annealing gancang sarta annealing laser. Alatan sublimasi atom Si dina bahan SiC, suhu annealing umumna henteu ngaleuwihan 1800 ℃; atmosfir annealing umumna dilaksanakeun dina gas inert atawa vakum. Ion béda ngabalukarkeun puseur cacad béda dina SiC sarta merlukeun suhu annealing béda. Tina sabagéan ageung hasil ékspérimén, éta tiasa disimpulkeun yén langkung luhur suhu annealing, langkung luhur tingkat aktivasina (sapertos anu dipidangkeun dina Gambar 6).
Gambar 6 Pangaruh suhu anil dina laju aktivasina listrik implantasi nitrogén atanapi fosfor dina SiC (dina suhu kamar)
(Total dosis implantasi 1×1014cm-2)
(Sumber: Kimoto, Cooper, Dasar Téknologi Silicon Carbide: Tumuwuh, Karakterisasi, Alat, sareng Aplikasi)
Prosés annealing aktivasina ilahar dipaké sanggeus implantation ion SiC dilumangsungkeun dina atmosfir Ar di 1600 ℃ ~ 1700 ℃ pikeun recrystallize beungeut SiC jeung ngaktipkeun dopant, kukituna ngaronjatkeun konduktivitas wewengkon doped; saméméh annealing, lapisan pilem karbon bisa coated dina beungeut wafer pikeun panangtayungan permukaan pikeun ngurangan degradasi permukaan disababkeun ku desorption Si jeung migrasi atom permukaan, ditémbongkeun saperti dina Gambar 7; sanggeus annealing, film karbon bisa dihapus ku oksidasi atawa korosi.
Gambar 7 Perbandingan kasar permukaan wafer 4H-SiC nganggo atanapi tanpa panyalindungan pilem karbon dina suhu annealing 1800 ℃
(Sumber: Kimoto, Cooper, Dasar Téknologi Silicon Carbide: Tumuwuh, Karakterisasi, Alat, sareng Aplikasi)
IV
Dampak implantasi ion SiC sareng prosés annealing aktivasina
implantation ion jeung annealing aktivasina saterusna inevitably bakal ngahasilkeun defects nu ngurangan kinerja alat: defects titik kompléks, stacking faults (sakumaha ditémbongkeun dina Gambar 8), dislocations anyar, defects tingkat énergi deet atawa jero, puteran dislocation pesawat basal jeung gerakan dislocations aya. Kusabab prosés bombardment ion énergi anu luhur bakal nyababkeun setrés kana wafer SiC, prosés implantasi ion suhu luhur sareng énergi anu luhur bakal ningkatkeun warpage wafer. Masalah ieu ogé geus jadi arah nu urgently perlu dioptimalkeun jeung diajar dina prosés manufaktur implantation ion SiC jeung annealing.
Gambar 8 Diagram skéma tina ngabandingkeun antara susunan kisi 4H-SiC normal sareng kasalahan tumpukan anu béda
(Sumber: Nicolὸ Piluso 4H-SiC Defects)
V.
Ngaronjatkeun prosés implantasi ion silikon karbida
(1) A pilem oksida ipis dipikagaduh dina beungeut wewengkon implantation ion pikeun ngurangan darajat karuksakan implantation disababkeun ku implantation ion énergi tinggi kana beungeut lapisan epitaxial silikon carbide, ditémbongkeun saperti dina Gambar 9. (a) .
(2) Ningkatkeun kualitas disk target dina alat implantasi ion, supados wafer sareng target disk pas langkung raket, konduktivitas termal disk target kana wafer langkung saé, sareng alat-alat panas deui tina wafer. leuwih seragam, ngaronjatkeun kualitas implantation ion-suhu luhur jeung énergi tinggi on wafers silikon carbide, ditémbongkeun saperti dina Gambar 9. (b).
(3) Optimalkeun tingkat naékna suhu sareng kaseragaman suhu salami operasi alat annealing suhu luhur.
Gambar 9 Métode pikeun ngaronjatkeun prosés implantasi ion
waktos pos: Oct-22-2024