Ionimplantatioun ass eng Method fir eng gewësse Quantitéit an Aart vu Gëftstoffer an Hallefleitmaterialien ze addéieren fir hir elektresch Eegeschaften z'änneren. D'Quantitéit an d'Verdeelung vun Gëftstoffer kënne präzis kontrolléiert ginn.
Deel 1
Firwat Ionimplantatiounsprozess benotzen
An der Fabrikatioun vun Muecht semiconductor Apparater, der P / N Regioun Doping traditionellSilicon waferskann duerch Diffusioun erreecht ginn. Wéi och ëmmer, d'Diffusiounskonstant vun Gëftstoffer Atomer anSiliziumkarbidass extrem niddereg, also ass et onrealistesch fir selektiv Doping duerch Diffusiounsprozess z'erreechen, wéi an der Figur 1. Op der anerer Säit sinn d'Temperaturbedéngungen vun der Ionimplantatioun méi niddereg wéi déi vum Diffusiounsprozess, an eng méi flexibel a genee Dopingverdeelung kann geformt ginn.
Figur 1 Verglach vun Diffusioun an Ionimplantatioun Doping Technologien a Siliziumkarbidmaterialien
Deel 2
Wéi ze erreechenSiliziumkarbidIonimplantatioun
Déi typesch héich-Energie-Ionimplantatiounsausrüstung, déi am Siliziumkarbidprozess Fabrikatiounsprozess benotzt gëtt, besteet haaptsächlech aus enger Ionquell, Plasma, Aspiratiounskomponenten, analytesch Magnete, Ionestrahlen, Beschleunigungsröhren, Prozesskummeren, a Scannerscheiwen, wéi an der Figur 2.
Figur 2 Schematesch Diagramm vun Siliziumkarbid Héich-Energie Ionimplantatiounsausrüstung
(Quelle: "Semiconductor Manufacturing Technology")
SiC Ionimplantatioun gëtt normalerweis bei héijer Temperatur duerchgefouert, wat de Schued un d'Kristallgitter miniméiere kann duerch Ionebombardement. Fir4H-SiC wafers, gëtt d'Produktioun vun N-Typ Beräicher normalerweis erreecht duerch Implantatioun vu Stickstoff a Phosphorionen, an d'Produktioun vunP-TypBeräicher gëtt normalerweis erreecht duerch Implantatioun vun Aluminiumionen a Borionen.
Dësch 1. Beispill vun selektiv Doping an SiC Apparat Fabrikatioun
(Quell: Kimoto, Cooper, Fundamentals vun Silicon Carbide Technologie: Wuesstem, Charakteriséierung, Apparater, an Uwendungen)
Figur 3 Verglach vun Multi-Schrëtt Energie Ion Implantatioun an wafer Uewerfläch Doping Konzentratioun Verdeelung
(Quelle: G.Lulli, Introduction To Ion Implantation)
Fir eenheetlech Dopingkonzentratioun am Ionimplantatiounsberäich z'erreechen, benotzen d'Ingenieuren normalerweis Multi-Schrëtt Ionimplantatioun fir d'Gesamtkonzentratiounsverdeelung vum Implantatiounsberäich unzepassen (wéi an der Figur 3 gewisen); am eigentleche Prozess Fabrikatioun Prozess, duerch Upassung vun der Implantatioun Energie an Implantatioun Dosis vun der Ion implanter, kann d'Doping Konzentratioun an Doping Déift vun der Ion Implantatioun Beräich kontrolléiert ginn, wéi an der Figur 4. (a) an (b); d'Ion implanter mécht eenheetlech Ion Implantatioun op der wafer Uewerfläch vun der wafer Uewerfläch méi oft während Operatioun Scannen, wéi an der Figur gewisen 4. (c).
(c) Bewegungsstrooss vum Ionimplanter während der Ionimplantatioun
Figur 4 Wärend dem Ionimplantatiounsprozess ginn d'Gëftstoffer Konzentratioun an d'Tiefe kontrolléiert andeems d'Ionimplantatiounsenergie an d'Dosis ugepasst ginn.
III
Aktivatioun annealing Prozess fir Silizium Carbide Ion Implantatioun
D'Konzentratioun, d'Verdeelungsgebitt, d'Aktivatiounsquote, de Mängel am Kierper an op der Uewerfläch vun der Ionimplantatioun sinn d'Haaptparameter vum Ionimplantatiounsprozess. Et gi vill Faktoren, déi d'Resultater vun dëse Parameteren beaflossen, dorënner d'Implantatiounsdosis, d'Energie, d'Kristallorientéierung vum Material, d'Implantatiounstemperatur, d'Glühungstemperatur, d'Glühungszäit, d'Ëmwelt, asw. d'Gëftstoffer vu Siliziumkarbid no Ionimplantatioun Doping. Huelt d'Aluminium Akzeptor Ioniséierungsquote an der neutraler Regioun vum 4H-SiC als Beispill, bei enger Dopingkonzentratioun vun 1 × 1017cm-3, ass d'Acceptor Ioniséierungsquote nëmmen ongeféier 15% bei Raumtemperatur (normalerweis ass d'Ioniséierungsquote vu Silizium ongeféier 100%). Fir d'Zil vun héijer Aktivéierungsquote a manner Mängel z'erreechen, gëtt en Héichtemperatur-Annealungsprozess no der Ionimplantatioun benotzt fir d'amorph Defekter, déi während der Implantatioun generéiert ginn, ze rekristalliséieren, sou datt déi implantéiert Atomer an d'Substitutiounsplaz erakommen an aktivéiert ginn, wéi gewisen. an der Figur 5. Am Moment ass d'Versteesdemech vun de Leit vum Mechanismus vun der annealing Prozess nach limitéiert. Kontroll an am-Déift Verständnis vum Glühungsprozess ass ee vun de Fuerschungsfokussë vun der Ionimplantatioun an der Zukunft.
Figur 5 Schematesch Diagramm vun der atomarer Arrangement änneren op der Uewerfläch vum Siliziumkarbid-Ionimplantatiounsberäich virun an no Ionimplantatiounsglühung, wou Vsirepresentéiert Silizium Vakanzen, VCrepresentéiert Kuelestoff Vakanzen, Ciduerstellt Kuelestoff Füll Atomer, a Siirepresentéiert Silizium Füllatomer
Ion Aktivatioun annealing allgemeng Schmelzhäre annealing, rapid annealing a Laser annealing. Wéinst der Sublimatioun vu Si-Atomer a SiC-Materialien ass d'Glühungstemperatur allgemeng net méi wéi 1800 ℃; d'Annealatmosphär gëtt allgemeng an engem Inertgas oder Vakuum duerchgefouert. Verschidde Ionen verursaachen verschidde Defektzentren am SiC a erfuerderen ënnerschiddlech Glühtemperaturen. Vun de meescht experimentellen Resultater kann et ofgeschloss ginn datt wat méi héich d'Annealtemperatur ass, dest méi héich ass d'Aktivatiounsquote (wéi an der Figur 6 gewisen).
Figur 6 Effekt vun annealing Temperatur op der elektresch Aktivatioun Taux vun Stickstoff oder Phosphor Implantatioun am SiC (bei Raumtemperatur)
(Total Implantatiounsdosis 1×1014cm-2)
(Quell: Kimoto, Cooper, Fundamentals vun Silicon Carbide Technologie: Wuesstem, Charakteriséierung, Apparater, an Uwendungen)
Den allgemeng benotzte Aktivéierungs-annealing-Prozess no der SiC-Ionimplantatioun gëtt an enger Ar-Atmosphär bei 1600 ℃ ~ 1700 ℃ duerchgefouert fir d'SiC-Uewerfläch ze rekristalliséieren an den Dotant z'aktivéieren, doduerch d'Konduktivitéit vum dotéierte Gebitt ze verbesseren; virun annealing, kann eng Layer vun Kuelestoff Film op der wafer Uewerfläch fir Uewerfläch Schutz beschichtet ginn Uewerfläch Degradatioun duerch Si desorption an Uewerfläch atomarer Migratioun verursaacht ze reduzéieren, wéi an der Figur 7 gewisen; no annealing, de Kuelestoff Film kann duerch Oxidatioun oder corrosion geläscht ginn.
Figur 7 Verglach vun Uewerfläch Rauhheet vun 4H-SiC wafers mat oder ouni Kuelestoff Film Schutz ënner 1800 ℃ annealing Temperatur
(Quell: Kimoto, Cooper, Fundamentals vun Silicon Carbide Technologie: Wuesstem, Charakteriséierung, Apparater, an Uwendungen)
IV
Den Impakt vun SiC Ion Implantatioun an Aktivatioun annealing Prozess
Ionimplantatioun a spéider Aktivéierungsannealing wäert zwangsleefeg Mängel produzéieren, déi d'Performance vum Apparat reduzéieren: komplexe Punktdefekter, Stackfehler (wéi an der Figur 8 gewisen), nei Dislokatiounen, flaach oder déif Energieniveaudefekter, Basalplane-Dislokatiounsschleifen a Beweegung vun existente Dislokatiounen. Zënter dem Héich-Energie-Ion-Bombardementprozess wäert Stress op d'SiC Wafer verursaachen, wäert den Héichtemperatur- an Héich-Energie-Ionimplantatiounsprozess d'Wafer-Kräftung erhéijen. Dës Probleemer sinn och d'Richtung ginn déi dréngend muss optimiséiert a studéiert ginn am Fabrikatiounsprozess vun der SiC Ionimplantatioun an der Glühung.
Figur 8 Schematesch Diagramm vum Verglach tëscht normalen 4H-SiC Gitterarrangement a verschiddene Stackfehler
(Quelle: Nicolὸ Piluso 4H-SiC Defekter)
V.
Verbesserung vum Siliziumkarbid-Ionimplantatiounsprozess
(1) En dënnen Oxidfilm gëtt op der Uewerfläch vum Ionimplantatiounsgebitt behalen, fir de Grad vum Implantatiounsschued ze reduzéieren, deen duerch High-Energie-Ionimplantatioun op d'Uewerfläch vun der Siliziumkarbid-Epitaxialschicht verursaacht gëtt, wéi an der Figur 9. (a) .
(2) Verbessert d'Qualitéit vun der Zildiskussioun an der Ionimplantatiounsausrüstung, sou datt d'Wafer an d'Zielscheif méi enk passen, d'thermesch Konduktivitéit vun der Zilscheif op de Wafer ass besser, an d'Ausrüstung erhëtzt de Réck vun der Wafer. méi eenheetlech, verbesseren d'Qualitéit vun héich-Temperatur an héich-Energie Ion Implantatioun op Silicon Carbide wafers, wéi an der Figur gewisen 9. (b).
(3) Optimiséiert d'Temperaturerhéijungsquote an d'Temperaturuniformitéit während der Operatioun vun der Héichtemperatur-Annealungsausrüstung.
Figur 9 Methoden fir d'Ionimplantatiounsprozess ze verbesseren
Post Zäit: Okt-22-2024