Имплантација на јони е метод за додавање одредена количина и вид на нечистотии во полупроводнички материјали за да се променат нивните електрични својства. Количината и дистрибуцијата на нечистотиите може прецизно да се контролираат.
Дел 1
Зошто да се користи процесот на имплантација на јони
Во производството на моќ полупроводнички уреди, P/N регионот допинг на традиционалнитесиликонски наполитанкиможе да се постигне со дифузија. Сепак, дифузната константа на атомите на нечистотија восилициум карбиде исклучително низок, па затоа е нереално да се постигне селективен допинг со процес на дифузија, како што е прикажано на слика 1. Од друга страна, температурните услови на имплантација на јони се пониски од оние на процесот на дифузија, а пофлексибилна и попрецизна дистрибуција на допинг може да се формираат.
Слика 1 Споредба на технологиите за допинг со дифузија и имплантација на јони во материјали од силициум карбид
Дел 2
Како да се постигнесилициум карбидимплантација на јони
Типичната високо-енергетска опрема за имплантација на јони што се користи во процесот на производство на силициум карбид главно се состои од извор на јони, плазма, компоненти за аспирација, аналитички магнети, јонски зраци, цевки за забрзување, процесни комори и дискови за скенирање, како што е прикажано на Слика 2.
Слика 2 Шематски дијаграм на опрема за имплантација на високоенергетски јонски силициум карбид
(Извор: „Технологија за производство на полупроводници“)
Имплантацијата на SiC јони обично се изведува на висока температура, што може да го минимизира оштетувањето на кристалната решетка предизвикано од јонско бомбардирање. ЗаНаполитанки 4H-SiC, производството на области од N-тип обично се постигнува со имплантација на јони на азот и фосфор и производство наP-типобласти обично се постигнува со имплантација на алуминиумски јони и борни јони.
Табела 1. Пример за селективен допинг во производството на уреди со SiC
(Извор: Кимото, Купер, Основи на технологијата на силикон карбид: раст, карактеризација, уреди и апликации)
Слика 3 Споредба на повеќестепена енергетска имплантација на јони и дистрибуција на концентрација на допинг на површината на обланда
(Извор: G.Lulli, Вовед во имплантација на јони)
Со цел да се постигне униформа концентрација на допинг во областа за имплантација на јони, инженерите обично користат имплантација на јони со повеќе чекори за да ја прилагодат вкупната дистрибуција на концентрацијата на областа за имплантација (како што е прикажано на слика 3); во процесот на производство на вистинскиот процес, со прилагодување на енергијата на имплантација и дозата на имплантација на јонскиот имплантатор, концентрацијата на допинг и длабочината на допингот на областа за имплантација на јони може да се контролираат, како што е прикажано на слика 4. (а) и (б); јонскиот имплантатор врши униформа јонска имплантација на површината на обландата со скенирање на површината на обландата повеќе пати за време на работата, како што е прикажано на слика 4. (в).
(в) Траекторија на движење на јонскиот имплантатор за време на имплантација на јони
Слика 4 За време на процесот на имплантација на јони, концентрацијата и длабочината на нечистотијата се контролираат со прилагодување на енергијата и дозата на имплантација на јони
III
Активирачки процес на жарење за имплантација на силициум карбид јони
Концентрацијата, областа на дистрибуција, брзината на активирање, дефектите во телото и на површината на имплантација на јони се главните параметри на процесот на имплантација на јони. Постојат многу фактори кои влијаат на резултатите од овие параметри, вклучувајќи ја дозата на имплантација, енергијата, кристалната ориентација на материјалот, температурата на имплантација, температурата на жарење, времето на жарење, околината итн. За разлика од допингот со имплантација на силициум јони, сè уште е тешко целосно да се јонизира нечистотиите на силициум карбид по допинг со имплантација на јони. Земајќи ја стапката на јонизација на алуминиумскиот акцептор во неутралниот регион на 4H-SiC како пример, при допинг концентрација од 1×1017cm-3, стапката на јонизација на акцепторот е само околу 15% на собна температура (обично стапката на јонизација на силициумот е приближно 100%). Со цел да се постигне целта за висока стапка на активирање и помалку дефекти, ќе се користи процес на жарење со висока температура по имплантација на јони за да се рекристализираат аморфните дефекти генерирани за време на имплантацијата, така што вградените атоми ќе влезат во местото на замена и ќе се активираат, како што е прикажано на Слика 5. Во моментов, разбирањето на луѓето за механизмот на процесот на жарење е сè уште ограничено. Контролата и длабинското разбирање на процесот на жарење е еден од истражувачките фокуси на имплантација на јони во иднина.
Слика 5 Шематски дијаграм на промената на атомскиот распоред на површината на областа на имплантација на силициум карбид јонски пред и по жарење со имплантација на јони, каде што Vsiпретставува слободни работни места во силикон, ВCпретставува празни места за јаглерод, Вiпретставува атоми за полнење на јаглерод, а Siiпретставува атоми за полнење силикон
Греењето со јонско активирање генерално вклучува жарење со печка, брзо жарење и ласерско жарење. Поради сублимацијата на атомите на Si во материјалите на SiC, температурата на жарење генерално не надминува 1800℃; атмосферата на жарење генерално се изведува во инертен гас или вакуум. Различните јони предизвикуваат различни центри за дефекти во SiC и бараат различни температури на жарење. Од повеќето експериментални резултати, може да се заклучи дека колку е повисока температурата на жарење, толку е поголема стапката на активирање (како што е прикажано на Слика 6).
Слика 6 Ефект на температурата на жарење врз брзината на електричното активирање на имплантација на азот или фосфор во SiC (на собна температура)
(Вкупна имплантациона доза 1×1014cm-2)
(Извор: Кимото, Купер, Основи на технологијата на силикон карбид: раст, карактеризација, уреди и апликации)
Најчесто користениот процес на жарење со активирање по имплантација на SiC јони се изведува во атмосфера Ar на 1600℃~1700℃ за да се рекристализира површината на SiC и да се активира допантот, а со тоа да се подобри спроводливоста на допираната област; пред жарењето, слој од јаглероден филм може да се обложи на површината на обландата за заштита на површината за да се намали деградацијата на површината предизвикана од десорпција на Si и површинската атомска миграција, како што е прикажано на Слика 7; по жарењето, јаглеродниот филм може да се отстрани со оксидација или корозија.
Слика 7 Споредба на грубоста на површината на наполитанките 4H-SiC со или без заштита од јаглероден филм под температура на жарење од 1800℃
(Извор: Кимото, Купер, Основи на технологијата на силикон карбид: раст, карактеризација, уреди и апликации)
IV
Влијанието на процесот на имплантација и активирање на жарење на SiC јони
Имплантацијата на јони и последователното активирање жарење неизбежно ќе предизвика дефекти кои ги намалуваат перформансите на уредот: комплексни дефекти во точката, дефекти на натрупување (како што е прикажано на Слика 8), нови дислокации, дефекти на плитко или длабоко ниво на енергија, јамки за дислокација на базалната рамнина и движење на постојните дислокации. Бидејќи процесот на високоенергетско бомбардирање на јони ќе предизвика стрес на обландата SiC, процесот на имплантација на јони со висока температура и висока енергија ќе го зголеми искривувањето на обландата. Овие проблеми, исто така, станаа насока која итно треба да се оптимизира и проучи во процесот на производство на имплантација и жарење на SiC јони.
Слика 8 Шематски дијаграм на споредба помеѓу нормалниот распоред на 4H-SiC решетки и различните дефекти на натрупување
(Извор: Nicolὸ Piluso 4H-SiC Defects)
V.
Подобрување на процесот на имплантација на силициум карбид јони
(1) На површината на областа за имплантација на јони се задржува тенок оксиден филм за да се намали степенот на оштетување на имплантација предизвикан од високоенергетска јонска имплантација на површината на епитаксијалниот слој на силициум карбид, како што е прикажано на слика 9. (а) .
(2) Подобрете го квалитетот на целниот диск во опремата за имплантација на јони, така што нафората и целниот диск се вклопуваат поблиску, топлинската спроводливост на целниот диск до нафората е подобра, а опремата го загрева задниот дел на нафората порамномерно, подобрување на квалитетот на високотемпературна и високо-енергетска имплантација на јони на силициум карбидни обланди, како што е прикажано на слика 9. (б).
(3) Оптимизирајте ја стапката на пораст на температурата и рамномерноста на температурата за време на работата на опремата за жарење со висока температура.
Слика 9 Методи за подобрување на процесот на имплантација на јони
Време на објавување: Октомври-22-2024 година