Jonenplantado estas metodo por aldoni certan kvanton kaj specon de malpuraĵoj en semikonduktaĵmaterialojn por ŝanĝi iliajn elektrajn trajtojn. La kvanto kaj distribuado de malpuraĵoj povas esti precize kontrolitaj.
Parto 1
Kial uzi ion-enplantadprocezon
En la fabrikado de potenco duonkonduktaĵo aparatoj, la P/N regiono dopado de tradiciasiliciaj oblatojpovas esti atingita per disvastigo. Tamen, la difuzkonstanto de malpuraj atomoj ensiliciokarbidoestas ekstreme malalta, do estas nereale atingi selekteman dopadon per disvastigprocezo, kiel montrite en Figuro 1. Aliflanke, la temperaturkondiĉoj de jonenplantado estas pli malaltaj ol tiuj de difuzprocezo, kaj pli fleksebla kaj preciza dopa distribuo povas esti formita.
Figuro 1 Komparo de disvastigo kaj jon-enplantado-dopaj teknologioj en silicikarburaj materialoj
Parto 2
Kiel atingisiliciokarbidoenplantado de jonoj
La tipa ekipaĵo de altenergia jon-enplantado uzata en la procezo de fabrikado de silicikarburoj ĉefe konsistas el jonfonto, plasmo, aspiraj komponantoj, analizaj magnetoj, jonaj radioj, akcelaj tuboj, procezaj ĉambroj kaj skanantaj diskoj, kiel montrite en Figuro 2.
Figuro 2 Skema diagramo de siliciokarbura alt-energia jona enplantada ekipaĵo
(Fonto: "Teknologio de Fabrikado de Semikonduktaĵoj")
SiC-jonenplantado estas kutime aranĝita ĉe alta temperaturo, kiu povas minimumigi la difekton en la kristala krado kaŭzitan de jonbombado. Por4H-SiC oblatoj, la produktado de N-tipaj areoj estas kutime atingita per enplantado de nitrogenaj kaj fosforaj jonoj, kaj la produktado deP-specoareoj estas kutime atingitaj per enplantado de aluminiojonoj kaj borojonoj.
Tablo 1. Ekzemplo de selektema dopado en SiC-aparato-fabrikado
(Fonto: Kimoto, Cooper, Fundamentoj de Silicon Carbide Technology: Kresko, Karakterizado, Aparatoj kaj Aplikoj)
Figuro 3 Komparo de plurpaŝa energijon-enplantado kaj oblasurfaca dopa koncentriĝdistribuo
(Fonto: G.Lulli, Enkonduko Al Ionimplantado)
Por atingi unuforman dopan koncentriĝon en la areo de enplantado de jonoj, inĝenieroj kutime uzas plurpaŝan enplantadon de jonoj por ĝustigi la ĝeneralan koncentriĝan distribuadon de la areo de enplantado (kiel montrite en Figuro 3); en la fakta procezo de fabrikado, ĝustigante la enplantan energion kaj enplantan dozon de la jona enplantilo, la dopa koncentriĝo kaj dopa profundo de la jona enplanta areo povas esti kontrolitaj, kiel montrite en Figuro 4. (a) kaj (b); la jon-enplantisto elfaras unuforman jon-enplantadon sur la oblasurfaco skanante la oblatan surfacon plurfoje dum operacio, kiel montrite en Figuro 4. (c).
(c) Movada trajektorio de la jon-enplantilo dum jon-enplantado
Figuro 4 Dum la procezo de enplantado de jonoj, la koncentriĝo kaj profundo de malpureco estas kontrolataj per ĝustigo de la energio kaj dozo de jon-enplantado.
III
Aktiviga kalcia procezo por silicikarbura jono-enplantado
La koncentriĝo, distribua areo, aktivigo, difektoj en la korpo kaj sur la surfaco de la jon-enplantado estas la ĉefaj parametroj de la jon-enplantado. Estas multaj faktoroj, kiuj influas la rezultojn de ĉi tiuj parametroj, inkluzive de enplantada dozo, energio, kristala orientiĝo de la materialo, enplantada temperaturo, kalma temperaturo, kalma tempo, medio, ktp. Male al silicia jona enplantado-dopado, estas ankoraŭ malfacile tute jonigi. la malpuraĵoj de siliciokarbido post jona enplantado dopado. Prenante la jonigan indicon de akceptanto de aluminio en la neŭtrala regiono de 4H-SiC kiel ekzemplon, ĉe dopa koncentriĝo de 1 × 1017cm-3, la akceptanto de joniga indico estas nur ĉirkaŭ 15% ĉe ĉambra temperaturo (kutime la joniga indico de silicio estas proksimume. 100%). Por atingi la celon de alta aktivigo kaj malpli da difektoj, alt-temperatura kalcia procezo estos uzata post jona enplantado por rekristaligi la amorfajn difektojn generitajn dum enplantado, tiel ke la enplantitaj atomoj eniru la anstataŭan lokon kaj aktiviĝas, kiel montrite. en Figuro 5. Nuntempe, la kompreno de homoj pri la mekanismo de la kalcia procezo estas ankoraŭ limigita. Kontrolo kaj profunda kompreno de la kalcia procezo estas unu el la esplorfokusoj de jonenplantado en la estonteco.
Figuro 5 Skema diagramo de la atomaranĝoŝanĝo sur la surfaco de la siliciokarbura jona enplantadareo antaŭ kaj post jona enplantadkaliĝo, kie Vsireprezentas siliciajn vakantaĵojn, VCreprezentas karbonvakantaĵojn, Cireprezentas karbonplenajn atomojn, kaj Siireprezentas siliciajn plenigajn atomojn
Jonaktiviga kalciado ĝenerale inkluzivas fornegan kalson, rapidan kalson kaj laseran kalson. Pro la sublimado de Si-atomoj en SiC-materialoj, la kalcia temperaturo ĝenerale ne superas 1800℃; la annea atmosfero estas ĝenerale efektivigita en inerta gaso aŭ vakuo. Malsamaj jonoj kaŭzas malsamajn difektcentrojn en SiC kaj postulas malsamajn kalcigajn temperaturojn. El la plej multaj eksperimentaj rezultoj, oni povas konkludi, ke ju pli alta estas la kalcia temperaturo, des pli alta estas la aktivigo (kiel montrite en Figuro 6).
Figuro 6 Efiko de kalcia temperaturo sur la elektra aktivigo de nitrogeno aŭ fosforo enplantado en SiC (ĉe ĉambra temperaturo)
(Suma enplanta dozo 1×1014cm-2)
(Fonto: Kimoto, Cooper, Fundamentoj de Silicon Carbide Technology: Kresko, Karakterizado, Aparatoj kaj Aplikoj)
La ofte uzata aktiviga kalcia procezo post SiC-jon-enplantado estas efektivigita en Ar-atmosfero je 1600℃~1700℃ por rekristaligi la SiC-surfacon kaj aktivigi la dopanton, tiel plibonigante la konduktivecon de la dopita areo; antaŭ recocido, tavolo de karbona filmo povas esti kovrita sur la obla surfaco por surfaca protekto por redukti surfacan degradadon kaŭzitan de Si-malsorbado kaj surfaca atommigrado, kiel montrite en Figuro 7; post kalciado, la karbona filmo povas esti forigita per oksigenado aŭ korodo.
Figuro 7 Komparo de surfaca malglateco de 4H-SiC-oblatoj kun aŭ sen karbonfilma protekto sub 1800℃ kalcia temperaturo
(Fonto: Kimoto, Cooper, Fundamentoj de Silicon Carbide Technology: Kresko, Karakterizado, Aparatoj kaj Aplikoj)
IV
La efiko de SiC-jonenplantado kaj aktiviga kalcia procezo
Jon-enplantado kaj posta aktiviga kalciado neeviteble produktos difektojn kiuj reduktas aparato-efikecon: kompleksaj punktdifektoj, stak-faŭltoj (kiel montrite en Figuro 8), novaj dislokiĝoj, malprofundaj aŭ profundaj energinivelaj difektoj, bazebenaj dislokiĝbukloj kaj movado de ekzistantaj dislokiĝoj. Ĉar la alt-energia jonbombadprocezo kaŭzos streson al la SiC-oblato, la alt-temperatura kaj alt-energia jon-enplantadprocezo pliigos la oblaton. Ĉi tiuj problemoj ankaŭ fariĝis la direkto, kiu urĝe bezonas esti optimumigita kaj studita en la produktadprocezo de SiC-jon-enplantado kaj kalciado.
Figuro 8 Skema diagramo de la komparo inter normala 4H-SiC kradaranĝo kaj malsamaj stakfaŭltoj
(Fonto: Nicolὸ Piluso 4H-SiC Difektoj)
V.
Plibonigo de procezo de enplantado de silicikarburoj
(1) Maldika oksida filmo estas retenita sur la surfaco de la areo de enplantado de jonoj por redukti la gradon de enplantada damaĝo kaŭzita de alt-energia jona enplantado al la surfaco de la epitaksia tavolo de silicio-karburo, kiel montrite en Figuro 9. (a) .
(2) Plibonigu la kvaliton de la cela disko en la ekipaĵo de jona enplantado, tiel ke la oblato kaj la cela disko konvenas pli proksime, la varmokondukteco de la cela disko al la oblato estas pli bona, kaj la ekipaĵo varmigas la dorson de la oblato. pli unuforme, plibonigante la kvaliton de alt-temperatura kaj alt-energia jona enplantado sur silicikarburaj oblatoj, kiel montrite en Figuro 9. (b).
(3) Optimumigu la temperaturo-altiĝo-rapidecon kaj temperatur-unuformecon dum la funkciado de la alt-temperatura kalcia ekipaĵo.
Figuro 9 Metodoj por plibonigi ion-enplantadprocezon
Afiŝtempo: Oct-22-2024