Ionimplantaasje is in metoade foar it tafoegjen fan in bepaald bedrach en type ûnreinheden yn semiconductormaterialen om har elektryske eigenskippen te feroarjen. De hoemannichte en distribúsje fan ûnreinheden kinne krekt kontrolearre wurde.
Diel 1
Wêrom brûke ion-ymplantaasjeproses
By it meitsjen fan macht semiconductor apparaten, de P / N regio doping fan tradisjoneelsilisium waferskin berikt wurde troch diffusion. Lykwols, de diffusion konstante fan ûnreinens atomen ynsilisiumkarbidis ekstreem leech, dus it is ûnrealistysk te berikken selektyf doping troch diffusion proses, lykas werjûn yn figuer 1. Oan 'e oare kant, de temperatuer betingsten fan ion implantation binne leger as dy fan diffusion proses, en in mear fleksibele en krekte doping distribúsje kin wurde foarme.
Figuer 1 Fergeliking fan dopingtechnologyen foar diffusion en ionimplantaasje yn silisiumkarbidmaterialen
Diel 2
Hoe te berikkensilisiumkarbidion ymplantaasje
De typyske hege-enerzjy-ion-implantaasje-apparatuer brûkt yn it produksjeproses fan silisiumkarbidproses bestiet benammen út in ionboarne, plasma, aspiraasjekomponinten, analytyske magneten, ionbalken, fersnellingsbuizen, proseskeamers, en skennende skiven, lykas werjûn yn figuer 2.
figuer 2 Skematyske diagram fan silisiumkarbid hege-enerzjy ion implantation apparatuer
(Boarne: "Semiconductor Manufacturing Technology")
SiC-ion-ymplantaasje wurdt normaal útfierd by hege temperatueren, wat de skea oan it kristalrooster kin minimalisearje troch ionbombardemint. Foar4H-SiC wafers, de produksje fan N-type gebieten wurdt meastentiids berikt troch it ymplantearjen fan stikstof- en fosforionen, en de produksje fanP-typegebieten wurde meastentiids berikt troch it ymplantearjen fan aluminiumionen en boriumionen.
Tabel 1. Foarbyld fan selektyf doping yn SiC apparaat manufacturing
(Boarne: Kimoto, Cooper, Fundamentals of Silicon Carbide Technology: Growth, Characterization, Devices, and Applications)
figuer 3 Ferliking fan multi-stap enerzjy ion implantation en wafer oerflak doping konsintraasje distribúsje
(Boarne: G.Lulli, Introduction To Ion Implantation)
Om unifoarme dopingkonsintraasje te berikken yn it ion-ymplantaasjegebiet, brûke yngenieurs meastentiids multi-stap ion-ymplantaasje om de algemiene konsintraasjeferdieling fan it ymplantaasjegebiet oan te passen (lykas werjûn yn figuer 3); yn it eigentlike proses manufacturing proses, troch it oanpassen fan de implantation enerzjy en implantation doasis fan de ion implanter, de doping konsintraasje en doping djipte fan de ion implantation gebiet kin wurde kontrolearre, lykas werjûn yn figuer 4. (a) en (b); de ion implanter fiert unifoarm ion implantation op de wafel oerflak troch in skennen fan de wafel oerflak meardere kearen ûnder operaasje, lykas werjûn yn figuer 4. (c).
(c) Bewegingstrajekt fan 'e ion-ymplanter by ion-ymplantaasje
Ofbylding 4 Tidens it ion-ymplantaasjeproses wurde de konsintraasje en djipte fan ûnreinheden regele troch it oanpassen fan 'e ion-ymplantaasje-enerzjy en -dosis
III
Aktivearring annealing proses foar silisium carbid ion ymplantaasje
De konsintraasje, distribúsjegebiet, aktivearringsnivo, defekten yn it lichem en op it oerflak fan 'e ion-ymplantaasje binne de wichtichste parameters fan it ion-ymplantaasjeproses. Der binne in protte faktoaren dy't beynfloedzje de resultaten fan dizze parameters, ynklusyf implantation dose, enerzjy, crystal oriïntaasje fan it materiaal, implantation temperatuer, annealing temperatuer, annealing tiid, miljeu, ensfh Oars as silisium ion implantation doping, is it noch dreech om folslein ionize de ûnreinheden fan silisiumkarbid nei ion-ymplantaasje doping. Nim de aluminium akseptor ionisaasjefrekwinsje yn 'e neutrale regio fan 4H-SiC as foarbyld, by in dopingkonsintraasje fan 1 × 1017cm-3, is de akseptorionisaasjerate mar sawat 15% by keamertemperatuer (meastentiids is de ionisaasjefrekwinsje fan silisium sawat 100%). Om it doel fan hege aktivearringsnivo en minder defekten te berikken, sil in hege temperatuer annealingproses wurde brûkt nei ion-ymplantaasje om de amorfe defekten dy't ûntstien binne by ymplantaasje te rekristallisearjen, sadat de ymplanteare atomen de substitúsje-side yngeane en wurde aktivearre, lykas werjûn. yn figuer 5. Op it stuit is it begryp fan minsken fan it meganisme fan it annealingproses noch beheind. Kontrôle en yngeand begryp fan it annealingproses is ien fan 'e ûndersyksfokusen fan ion-ymplantaasje yn' e takomst.
Figure 5 Skematyske diagram fan 'e feroaring fan' e atoomarrangement op it oerflak fan it silisiumkarbid-ion-implantaasjegebiet foar en nei ion-ymplantaasje-annealing, wêrby't Vsifertsjintwurdiget silisium fakatueres, VCfertsjintwurdiget koalstoffakatueres, Cistiet foar koalstoffoljende atomen, en Siifertsjintwurdiget silisium filling atomen
Ion aktivearring annealing algemien omfiemet furnace annealing, rapid annealing en laser annealing. Troch de sublimaasje fan Si-atomen yn SiC-materialen is de annealingtemperatuer yn 't algemien net mear as 1800 ℃; de annealing sfear wurdt algemien útfierd yn in inert gas of fakuüm. Ferskillende ioanen feroarsaakje ferskillende defektsintra yn SiC en fereaskje ferskillende annealing temperatueren. Ut de measte eksperimintele resultaten kin konkludearre wurde dat de heger de annealing temperatuer, hoe heger de aktivearring taryf (lykas werjûn yn figuer 6).
Figure 6 Effekt fan annealing temperatuer op de elektryske aktivearring taryf fan stikstof of fosfor ymplantaasje yn SiC (by keamertemperatuer)
(Totale ymplantaasjedosis 1×1014cm-2)
(Boarne: Kimoto, Cooper, Fundamentals of Silicon Carbide Technology: Growth, Characterization, Devices, and Applications)
De meast brûkte aktivearring annealing proses nei SiC ion ymplantaasje wurdt útfierd yn in Ar-atmosfear by 1600 ℃ ~ 1700 ℃ te recrystallize de SiC oerflak en aktivearje de dopant, dêrmei it ferbetterjen fan de conductivity fan de doped gebiet; foar annealing, in laach fan koalstof film kin wurde coated op de wafel oerflak foar oerflak beskerming te ferminderjen oerflak degradaasje feroarsake troch Si desorption en oerflak atomic migraasje, lykas werjûn yn figuer 7; nei annealing, de koalstof film kin fuortsmiten wurde troch oksidaasje of corrosie.
Figuer 7 Fergeliking fan oerflakruwheid fan 4H-SiC wafers mei of sûnder koalstoffilmbeskerming ûnder 1800 ℃ annealing temperatuer
(Boarne: Kimoto, Cooper, Fundamentals of Silicon Carbide Technology: Growth, Characterization, Devices, and Applications)
IV
De ynfloed fan SiC-ion-ymplantaasje en aktivearring-annealingproses
Ionimplantaasje en folgjende aktivearring annealing sil ûnûntkomber produsearje mankeminten dy't ferminderje apparaat prestaasjes: komplekse punt defekten, Stacking flaters (lykas werjûn yn figuer 8), nije dislocations, ûndjippe of djippe enerzjy nivo defekten, basale plane dislocation loops en beweging fan besteande dislocations. Sûnt it hege-enerzjy ion bombardemint proses sil feroarsaakje stress foar de SiC wafer, it hege-temperatuer en hege-enerzjy ion implantation proses sil tanimme de wafel warpage. Dizze problemen binne ek wurden de rjochting dy't driuwend moat wurde optimalisearre en studearre yn it produksjeproses fan SiC ion ymplantaasje en annealing.
Ofbylding 8 Skematysk diagram fan 'e fergeliking tusken normale 4H-SiC-roosterarrangement en ferskate stapelfouten
(Boarne: Nicolὸ Piluso 4H-SiC Defects)
V.
Ferbettering fan it proses fan ymplantaasje fan silisiumkarbidion
(1) In tinne okside film wurdt behâlden op it oerflak fan de ion implantation gebiet te ferminderjen de mjitte fan implantation skea feroarsake troch hege-enerzjy ion implantation oan it oerflak fan de silisium carbid epitaxial laach, lykas werjûn yn figuer 9. (a) .
(2) Ferbetterje de kwaliteit fan 'e doelskiif yn' e ion-ymplantaasje-apparatuer, sadat de wafel en de doelskiif nauwer passe, de termyske konduktiviteit fan 'e doelskiif nei de wafer is better, en de apparatuer ferwaarmt de efterkant fan' e wafer mear uniformly, it ferbetterjen fan de kwaliteit fan hege temperatuer en hege-enerzjy ion implantation op silisiumkarbid wafers, lykas werjûn yn figuer 9. (b).
(3) Optimalisearje de temperatuerferheging en temperatueruniformiteit yn 'e wurking fan' e hege temperatuer annealing-apparatuer.
figuer 9 Metoaden foar it ferbetterjen fan ion implantation proses
Post tiid: okt-22-2024