Implantimi i joneve është një metodë e shtimit të një sasie dhe lloji të caktuar të papastërtive në materialet gjysmëpërçuese për të ndryshuar vetitë e tyre elektrike. Sasia dhe shpërndarja e papastërtive mund të kontrollohet saktësisht.
Pjesa 1
Pse të përdorni procesin e implantimit të joneve
Në prodhimin e pajisjeve gjysmëpërçuese të energjisë, rajoni P/N tradicional dopingvafera silikonimund të arrihet me difuzion. Megjithatë, konstanta e difuzionit të atomeve të papastërtisë nëkarabit silikoniështë jashtëzakonisht i ulët, kështu që është joreale të arrihet doping selektiv me anë të procesit të difuzionit, siç tregohet në Figurën 1. Nga ana tjetër, kushtet e temperaturës së implantimit të joneve janë më të ulëta se ato të procesit të difuzionit dhe një shpërndarje më fleksibël dhe e saktë e dopingut mund të të formohet.
Figura 1 Krahasimi i teknologjive të dopingut të difuzionit dhe implantimit të joneve në materialet e karbitit të silikonit
Pjesa 2
Si të arrihetkarabit silikoniimplantimi i joneve
Pajisjet tipike të implantimit të joneve me energji të lartë të përdorura në procesin e prodhimit të procesit të karbitit të silikonit përbëhen kryesisht nga një burim joni, plazma, përbërës aspirimi, magnet analitikë, rreze jonike, tubat e përshpejtimit, dhomat e procesit dhe disqet e skanimit, siç tregohet në Figurën 2.
Figura 2 Diagrami skematik i pajisjeve të implantimit të joneve me energji të lartë të karbitit të silikonit
(Burimi: “Semiconductor Manufacturing Technology”)
Implantimi i joneve SiC zakonisht kryhet në temperaturë të lartë, gjë që mund të minimizojë dëmtimin e rrjetës kristalore të shkaktuar nga bombardimi i joneve. PërVafera 4H-SiC, prodhimi i zonave të tipit N zakonisht arrihet me implantimin e joneve të azotit dhe fosforit, dhe prodhimin eLloji Pzona zakonisht arrihet me implantimin e joneve të aluminit dhe joneve të borit.
Tabela 1. Shembull i dopingut selektiv në prodhimin e pajisjeve SiC
(Burimi: Kimoto, Cooper, Bazat e Teknologjisë së Karbitit të Silikonit: Rritja, Karakterizimi, Pajisjet dhe Aplikacionet)
Figura 3 Krahasimi i implantimit të joneve të energjisë me shumë hapa dhe shpërndarjes së përqendrimit të dopingut në sipërfaqe të vaferit
(Burimi: G.Lulli, Hyrje në Implantimin e Jonit)
Për të arritur një përqendrim uniform të dopingut në zonën e implantimit të joneve, inxhinierët zakonisht përdorin implantimin e joneve me shumë hapa për të rregulluar shpërndarjen e përgjithshme të përqendrimit të zonës së implantimit (siç tregohet në figurën 3); në procesin aktual të prodhimit të procesit, duke rregulluar energjinë e implantimit dhe dozën e implantimit të implantuesit të joneve, përqendrimi i dopingut dhe thellësia e dopingut të zonës së implantimit të joneve mund të kontrollohen, siç tregohet në figurën 4. (a) dhe (b); implantuesi jonik kryen implantimin e njëtrajtshëm të joneve në sipërfaqen e vaferës duke skanuar sipërfaqen e vaferit disa herë gjatë funksionimit, siç tregohet në figurën 4. (c).
(c) Trajektorja e lëvizjes së implantuesit jonik gjatë implantimit të joneve
Figura 4 Gjatë procesit të implantimit të joneve, përqendrimi dhe thellësia e papastërtive kontrollohen duke rregulluar energjinë dhe dozën e implantimit të joneve
III
Procesi i pjekjes së aktivizimit për implantimin e joneve të karbitit të silikonit
Përqendrimi, zona e shpërndarjes, shpejtësia e aktivizimit, defektet në trup dhe në sipërfaqen e implantimit të joneve janë parametrat kryesorë të procesit të implantimit të joneve. Ka shumë faktorë që ndikojnë në rezultatet e këtyre parametrave, duke përfshirë dozën e implantimit, energjinë, orientimin kristal të materialit, temperaturën e implantimit, temperaturën e pjekjes, kohën e pjekjes, mjedisin, etj. Ndryshe nga dopingu i implantimit të joneve të silikonit, është ende e vështirë të jonizohet plotësisht papastërtitë e karabit të silikonit pas dopingut të implantimit të joneve. Duke marrë si shembull shkallën e jonizimit të pranuesit të aluminit në rajonin neutral të 4H-SiC, në një përqendrim dopingu prej 1×1017cm-3, shkalla e jonizimit të pranuesit është vetëm rreth 15% në temperaturën e dhomës (zakonisht shkalla e jonizimit të silikonit është afërsisht 100%). Për të arritur qëllimin e shkallës së lartë të aktivizimit dhe më pak defekte, një proces pjekjeje në temperaturë të lartë do të përdoret pas implantimit të joneve për të rikristalizuar defektet amorfe të krijuara gjatë implantimit, në mënyrë që atomet e implantuara të hyjnë në vendin e zëvendësimit dhe të aktivizohen, siç tregohet. në figurën 5. Aktualisht, të kuptuarit e njerëzve për mekanizmin e procesit të pjekjes është ende i kufizuar. Kontrolli dhe kuptimi i thelluar i procesit të pjekjes është një nga fokuset kërkimore të implantimit të joneve në të ardhmen.
Figura 5 Diagrami skematik i ndryshimit të rregullimit atomik në sipërfaqen e zonës së implantimit të joneve të karbitit të silikonit para dhe pas pjekjes së implantimit të joneve, ku Vsipërfaqëson vendet e lira të silikonit, VCpërfaqëson vendet e lira të karbonit, Cipërfaqëson atomet mbushëse të karbonit, dhe Siipërfaqëson atomet mbushëse të silikonit
Pjekja me aktivizim jonik në përgjithësi përfshin pjekjen në furrë, pjekjen e shpejtë dhe pjekjen me lazer. Për shkak të sublimimit të atomeve Si në materialet SiC, temperatura e pjekjes në përgjithësi nuk i kalon 1800℃; atmosfera e pjekjes në përgjithësi kryhet në një gaz inert ose vakum. Jone të ndryshëm shkaktojnë qendra të ndryshme defekti në SiC dhe kërkojnë temperatura të ndryshme pjekjeje. Nga shumica e rezultateve eksperimentale, mund të konkludohet se sa më e lartë të jetë temperatura e pjekjes, aq më e lartë është shpejtësia e aktivizimit (siç tregohet në figurën 6).
Figura 6 Efekti i temperaturës së pjekjes në shpejtësinë e aktivizimit elektrik të implantimit të azotit ose fosforit në SiC (në temperaturën e dhomës)
(Doza totale e implantimit 1×1014cm-2)
(Burimi: Kimoto, Cooper, Bazat e Teknologjisë së Karbitit të Silikonit: Rritja, Karakterizimi, Pajisjet dhe Aplikacionet)
Procesi i pjekjes së aktivizimit të përdorur zakonisht pas implantimit të joneve SiC kryhet në një atmosferë Ar në 1600℃~1700℃ për të rikristalizuar sipërfaqen e SiC dhe për të aktivizuar dopantin, duke përmirësuar kështu përçueshmërinë e zonës së dopuar; para pjekjes, një shtresë filmi karboni mund të lyhet në sipërfaqen e vaferës për mbrojtjen e sipërfaqes për të reduktuar degradimin e sipërfaqes të shkaktuar nga desorbimi i Si dhe migrimi atomik sipërfaqësor, siç tregohet në Figurën 7; pas pjekjes, filmi i karbonit mund të hiqet nga oksidimi ose korrozioni.
Figura 7 Krahasimi i vrazhdësisë së sipërfaqes së vaferave 4H-SiC me ose pa mbrojtje filmi karboni nën temperaturën e pjekjes 1800℃
(Burimi: Kimoto, Cooper, Bazat e Teknologjisë së Karbitit të Silikonit: Rritja, Karakterizimi, Pajisjet dhe Aplikacionet)
IV
Ndikimi i procesit të pjekjes së implantimit dhe aktivizimit të joneve SiC
Implantimi i joneve dhe pjekja e mëvonshme e aktivizimit do të prodhojnë në mënyrë të pashmangshme defekte që reduktojnë performancën e pajisjes: defekte komplekse në pikë, defekte të grumbullimit (siç tregohet në figurën 8), dislokime të reja, defekte të nivelit të cekët ose të thellë të energjisë, unazat e dislokimit të planit bazë dhe lëvizjet e dislokimeve ekzistuese. Meqenëse procesi i bombardimit të joneve me energji të lartë do të shkaktojë stres në vaferën SiC, procesi i implantimit të joneve me temperaturë të lartë dhe me energji të lartë do të rrisë shtrembërimin e vaferës. Këto probleme janë bërë gjithashtu drejtimi që duhet urgjentisht të optimizohet dhe të studiohet në procesin e prodhimit të implantimit dhe pjekjes së joneve SiC.
Figura 8 Diagrami skematik i krahasimit midis rregullimit normal të rrjetës 4H-SiC dhe gabimeve të ndryshme të grumbullimit
(Burimi: Nicolὸ Piluso 4H-SiC Defects)
V.
Përmirësimi i procesit të implantimit të joneve të karbitit të silikonit
(1) Një film i hollë oksidi mbahet në sipërfaqen e zonës së implantimit të joneve për të reduktuar shkallën e dëmtimit të implantimit të shkaktuar nga implantimi i joneve me energji të lartë në sipërfaqen e shtresës epitaksiale të karbitit të silikonit, siç tregohet në figurën 9. (a) .
(2) Përmirësoni cilësinë e diskut të synuar në pajisjet e implantimit të joneve, në mënyrë që vaferi dhe disku i synuar të përshtaten më afër, përçueshmëria termike e diskut të synuar në vafer është më e mirë dhe pajisja ngroh pjesën e pasme të vaferit në mënyrë më uniforme, duke përmirësuar cilësinë e implantimit të joneve me temperaturë të lartë dhe me energji të lartë në vaferat e karbitit të silikonit, siç tregohet në figurën 9. (b).
(3) Optimizoni shkallën e rritjes së temperaturës dhe uniformitetin e temperaturës gjatë funksionimit të pajisjeve të pjekjes me temperaturë të lartë.
Figura 9 Metodat për përmirësimin e procesit të implantimit të joneve
Koha e postimit: Tetor-22-2024