Ang ion implantation usa ka pamaagi sa pagdugang sa usa ka piho nga kantidad ug tipo sa mga hugaw sa mga semiconductor nga materyales aron mabag-o ang ilang mga elektrikal nga kabtangan. Ang gidaghanon ug pag-apod-apod sa mga hugaw mahimong tukma nga makontrol.
Bahin 1
Ngano nga gigamit ang proseso sa pag-implant sa ion
Sa paghimo sa gahum semiconductor lalang, ang P/N rehiyon doping sa tradisyonalmga wafer sa silikonmahimong makab-ot pinaagi sa pagsabwag. Bisan pa, ang kanunay nga pagsabwag sa mga atomo sa kahugawan sasilicon carbidehilabihan ka ubos, mao nga dili realistiko ang pagkab-ot sa pinili nga doping pinaagi sa proseso sa pagsabwag, sama sa gipakita sa Figure 1. Sa laing bahin, ang mga kondisyon sa temperatura sa ion implantation mas ubos kay sa mga proseso sa pagsabwag, ug ang usa ka mas flexible ug tukma nga doping distribution mahimo maporma.
Figure 1 Pagtandi sa diffusion ug ion implantation doping nga mga teknolohiya sa silicon carbide nga mga materyales
Bahin 2
Unsaon pagkab-otsilicon carbideimplantasyon sa ion
Ang tipikal nga high-energy ion implantation equipment nga gigamit sa silicon carbide process manufacturing process nag-una naglangkob sa ion source, plasma, aspiration components, analytical magnets, ion beams, acceleration tubes, process chambers, ug scanning disks, sama sa gipakita sa Figure 2.
Figure 2 Schematic diagram sa silicon carbide high-energy ion implantation equipment
(Gigikanan: “Teknolohiya sa Paggama sa Semiconductor”)
Ang SiC ion implantation sagad nga gihimo sa taas nga temperatura, nga makapamenos sa kadaot sa kristal nga lattice tungod sa pagpamomba sa ion. Alang sa4H-SiC nga mga wafer, ang produksyon sa N-type nga mga dapit kasagaran makab-ot pinaagi sa pagtanom sa nitrogen ug phosphorus ions, ug ang produksyon saP-typeAng mga lugar kasagarang makab-ot pinaagi sa pag-implant sa aluminum ions ug boron ions.
Talaan 1. Pananglitan sa pinili nga doping sa paghimo sa SiC device
(Source: Kimoto, Cooper, Fundamentals of Silicon Carbide Technology: Growth, Characterization, Devices, and Applications)
Figure 3 Pagtandi sa multi-step energy ion implantation ug wafer surface doping concentration distribution
(Source: G.Lulli, Introduction To Ion Implantation)
Aron makab-ot ang uniporme nga doping nga konsentrasyon sa ion implantation area, ang mga inhenyero kasagarang mogamit sa multi-step ion implantation aron ma-adjust ang kinatibuk-ang pag-apud-apod sa konsentrasyon sa implantation area (sama sa gipakita sa Figure 3); sa aktwal nga proseso sa paghimo sa proseso, pinaagi sa pag-adjust sa implantation energy ug implantation dose sa ion implanter, ang doping concentration ug doping depth sa ion implantation area mahimong makontrol, sama sa gipakita sa Figure 4. (a) ug (b); ang ion implanter naghimo sa uniporme nga ion implantation sa wafer surface pinaagi sa pag-scan sa wafer surface sa makadaghang higayon atol sa operasyon, sama sa gipakita sa Figure 4. (c).
(c) Movement trajectory sa ion implanter atol sa ion implantation
Figure 4 Atol sa proseso sa pag-implant sa ion, ang konsentrasyon ug giladmon sa kahugawan kontrolado pinaagi sa pag-adjust sa enerhiya ug dosis sa ion implantation.
III
Ang proseso sa pagpaaktibo sa annealing alang sa implantation sa silicon carbide
Ang konsentrasyon, lugar sa pag-apod-apod, rate sa pagpaaktibo, mga depekto sa lawas ug sa ibabaw sa ion implantation mao ang mga nag-unang mga parameter sa proseso sa pag-implant sa ion. Adunay daghang mga butang nga makaapekto sa mga resulta niini nga mga parameter, lakip na ang implantation dose, enerhiya, kristal nga orientasyon sa materyal, implantation temperatura, annealing temperature, annealing time, environment, ug uban pa Dili sama sa silicon ion implantation doping, lisud gihapon ang hingpit nga ionize ang mga hugaw sa silicon carbide human sa ion implantation doping. Ang pagkuha sa aluminum acceptor ionization rate sa neutral nga rehiyon sa 4H-SiC isip usa ka pananglitan, sa doping concentration nga 1 × 1017cm-3, ang acceptor ionization rate kay mga 15% lamang sa temperatura sa lawak (kasagaran ang ionization rate sa silicon mao ang gibana-bana nga 100%). Aron makab-ot ang tumong sa taas nga activation rate ug mas gamay nga mga depekto, ang usa ka taas nga temperatura nga proseso sa annealing gamiton human sa ion implantation aron ma-recrystallize ang amorphous nga mga depekto nga namugna atol sa implantation, aron ang mga implanted atoms mosulod sa substitution site ug ma-activate, ingon sa gipakita. sa Figure 5. Sa pagkakaron, limitado gihapon ang pagsabot sa mga tawo sa mekanismo sa proseso sa pag-anil. Ang pagkontrol ug lalom nga pagsabot sa proseso sa pag-anil maoy usa sa mga gitutokan sa panukiduki sa ion implantation sa umaabot.
Figure 5 Schematic diagram sa kausaban sa atomic arrangement sa ibabaw sa silicon carbide ion implantation area sa wala pa ug human sa ion implantation annealing, diin ang Vsinagrepresentar sa mga bakanteng silikon, VCnagrepresentar sa mga bakante nga carbon, Cinagrepresentar sa carbon pagpuno atomo, ug Siinagrepresentar sa mga atomo sa pagpuno sa silikon
Ang ion activation annealing kasagaran naglakip sa furnace annealing, paspas nga annealing ug laser annealing. Tungod sa sublimation sa Si atoms sa SiC mga materyales, ang annealing temperatura sa kasagaran dili molapas sa 1800 ℃; ang annealing atmospera sa kasagaran gihimo sa usa ka inert gas o vacuum. Ang lainlaing mga ion hinungdan sa lainlaing mga sentro sa depekto sa SiC ug nanginahanglan lainlaing mga temperatura sa pag-anil. Gikan sa kadaghanan nga mga resulta sa eksperimento, mahimong makahinapos nga ang mas taas nga temperatura sa annealing, mas taas ang rate sa pagpaaktibo (sama sa gipakita sa Figure 6).
Figure 6 Epekto sa annealing temperature sa electrical activation rate sa nitrogen o phosphorus implantation sa SiC (sa room temperature)
(Total nga implantation dose 1×1014cm-2)
(Source: Kimoto, Cooper, Fundamentals of Silicon Carbide Technology: Growth, Characterization, Devices, and Applications)
Ang sagad nga gigamit nga proseso sa pagpaaktibo sa annealing pagkahuman sa pag-implant sa SiC ion gihimo sa usa ka atmospera sa Ar sa 1600 ℃ ~ 1700 ℃ aron ma-recrystallize ang nawong sa SiC ug ma-aktibo ang dopant, sa ingon mapauswag ang conductivity sa doped area; sa dili pa annealing, ang usa ka layer sa carbon film mahimong sapaw sa wafer nawong alang sa nawong proteksyon sa pagpakunhod sa nawong degradation tungod sa Si desorption ug nawong atomic paglalin, ingon sa gipakita sa Figure 7; human sa annealing, ang carbon film mahimong makuha pinaagi sa oxidation o corrosion.
Figure 7 Pagtandi sa pagkagapos sa nawong sa 4H-SiC nga mga wafer nga adunay o walay proteksyon sa carbon film ubos sa 1800 ℃ annealing temperature
(Source: Kimoto, Cooper, Fundamentals of Silicon Carbide Technology: Growth, Characterization, Devices, and Applications)
IV
Ang epekto sa SiC ion implantation ug activation annealing process
Ion implantation ug sunod-sunod nga pagpaaktibo annealing dili kalikayan nga makahimo og mga depekto nga makapakunhod sa performance sa device: complex point defects, stacking faults (sama sa gipakita sa Figure 8), bag-ong mga dislokasyon, mabaw o lawom nga mga depekto sa lebel sa enerhiya, basal plane dislocation loops ug paglihok sa kasamtangan nga mga dislokasyon. Tungod kay ang proseso sa pagpamomba sa high-energy nga ion magpahinabog kapit-os sa SiC wafer, ang taas nga temperatura ug taas nga enerhiya nga proseso sa pag-implant sa ion makadugang sa wafer warpage. Kini nga mga problema nahimo usab nga direksyon nga dinalian nga kinahanglan nga ma-optimize ug tun-an sa proseso sa paghimo sa SiC ion implantation ug annealing.
Figure 8 Schematic diagram sa pagtandi tali sa normal nga 4H-SiC lattice arrangement ug lain-laing mga stacking faults
(Gigikanan: Nicolὸ Piluso 4H-SiC Defects)
V.
Pagpauswag sa proseso sa implantation sa silicon carbide ion
(1) Usa ka nipis nga oxide film ang gipabilin sa ibabaw sa ion implantation area aron makunhuran ang lebel sa kadaot sa implantation tungod sa high-energy ion implantation sa ibabaw sa silicon carbide epitaxial layer, sama sa gipakita sa Figure 9. (a) .
(2) Pauswaga ang kalidad sa target nga disk sa ion implantation equipment, aron ang wafer ug ang target nga disk mohaum nga mas duol, ang thermal conductivity sa target disk ngadto sa wafer mas maayo, ug ang mga ekipo nagpainit sa likod sa wafer mas pare-pareho, pagpaayo sa kalidad sa taas nga temperatura ug taas nga kusog nga ion implantation sa silicon carbide wafers, sama sa gipakita sa Figure 9. (b).
(3) I-optimize ang rate sa pagtaas sa temperatura ug pagkaparehas sa temperatura sa panahon sa operasyon sa mga kagamitan sa pag-anil sa taas nga temperatura.
Figure 9 Mga pamaagi para sa pagpaayo sa proseso sa ion implantation
Oras sa pag-post: Okt-22-2024