ስለ ሲሊኮን ካርቦይድ መሳሪያ ማምረት ነገሮች (ክፍል 2)

ion implantation የኤሌክትሪክ ባህሪያቸውን ለመለወጥ የተወሰነ መጠን እና አይነት ቆሻሻ ወደ ሴሚኮንዳክተር እቃዎች የመጨመር ዘዴ ነው. የቆሻሻ መጣያዎችን መጠን እና ስርጭት በትክክል መቆጣጠር ይቻላል.

ክፍል 1

ለምን ion የመትከል ሂደት ይጠቀሙ

የኃይል ሴሚኮንዳክተር መሳሪያዎችን በማምረት, የፒ / ኤን ክልል ባህላዊ ዶፒንግየሲሊኮን ዋፍሎችበማሰራጨት ሊሳካ ይችላል. ሆኖም የንጽሕና አተሞች ሥርጭት ቋሚ በ ውስጥሲሊከን ካርበይድእጅግ በጣም ዝቅተኛ ነው ስለዚህም በሥዕሉ 1 ላይ እንደሚታየው በሥዕል 1 ላይ እንደሚታየው የተመረጠ ዶፒንግ ማግኘት ከእውነታው የራቀ ነው። ይመሰረታል።

ምስል 1 ስርጭት እና ion implantation doping ቴክኖሎጂዎችን በሲሊኮን ካርቦይድ ቁሳቁሶች ማወዳደር

ክፍል 2

እንዴት ማሳካት እንደሚቻልሲሊከን ካርበይድion መትከል

በሲሊኮን ካርቦይድ ሂደት የማምረት ሂደት ውስጥ ጥቅም ላይ የሚውሉት የተለመደው ከፍተኛ-ኃይል ion implantation መሣሪያዎች በዋናነት ion ምንጭ, ፕላዝማ, የምኞት ክፍሎች, የትንታኔ ማግኔቶችን, ion ጨረሮች, acceleration ቱቦዎች, ሂደት ክፍሎች እና ስካን ዲስኮች ያካትታል, ምስል 2 ላይ እንደሚታየው.

ምስል 2 የሲሊኮን ካርቦይድ ከፍተኛ-ኃይል ion የመትከያ መሳሪያዎች ንድፍ ንድፍ

(ምንጭ፡- “ሴሚኮንዳክተር የማምረቻ ቴክኖሎጂ”)

የሲሲ ion መትከል ብዙውን ጊዜ በከፍተኛ ሙቀት ውስጥ ይካሄዳል, ይህም በአዮን ቦምብ መጨፍጨፍ ምክንያት የሚከሰተውን ክሪስታል ላቲስ ጉዳትን ሊቀንስ ይችላል. ለ4H-SiC wafers, የኤን-አይነት አካባቢዎችን ማምረት ብዙውን ጊዜ ናይትሮጅን እና ፎስፎረስ ionዎችን በመትከል እና በማምረት ይከናወናልፒ-አይነትቦታዎች አብዛኛውን ጊዜ የአሉሚኒየም ions እና ቦሮን ions በመትከል ይሳካል.

ሠንጠረዥ 1. በሲሲ መሳሪያ ማምረቻ ውስጥ የተመረጠ ዶፒንግ ምሳሌ
(ምንጭ፡ ኪሞቶ፣ ኩፐር፣ የሲሊኮን ካርቦይድ ቴክኖሎጂ መሰረታዊ ነገሮች፡ ዕድገት፣ ባህሪ፣ መሳሪያዎች እና አፕሊኬሽኖች)

ምስል 3 የብዝሃ-ደረጃ ኢነርጂ ion ተከላ እና የዋፈር ወለል ዶፒንግ ማጎሪያ ስርጭትን ማወዳደር

(ምንጭ፡ ጂ.ሉሊ፣ ion implantation መግቢያ)

በ ion implantation አካባቢ ውስጥ አንድ ወጥ የሆነ የዶፒንግ ትኩረትን ለማግኘት መሐንዲሶች ብዙውን ጊዜ ባለብዙ-ደረጃ ion ተከላ በመጠቀም የመትከያ ቦታውን አጠቃላይ የማጎሪያ ስርጭትን ለማስተካከል (በስእል 3 እንደሚታየው); በእውነተኛው ሂደት የማምረት ሂደት ውስጥ, የ ion implanter implantation ኃይል እና implantation መጠን በማስተካከል, በስእል 4. (ሀ) እና (ለ) ላይ እንደሚታየው doping ትኩረት እና doping ጥልቀት ቁጥጥር ይቻላል ion implantation አካባቢ; በስእል 4. (ሐ) ላይ እንደሚታየው ion implanter በቀዶ ጥገናው ወቅት የቫፈርን ወለል ብዙ ጊዜ በመቃኘት በዋፈር ወለል ላይ ወጥ የሆነ ion መትከልን ያከናውናል።

(ሐ) በ ion መትከል ወቅት የ ion implanter እንቅስቃሴ አቅጣጫ
ምስል 4 በ ion implantation ሂደት ውስጥ, የንጽህና አተኩሮ እና ጥልቀት ቁጥጥር ይደረግበታል የ ion implantation ኃይል እና መጠን በማስተካከል.

III

ለሲሊኮን ካርቦይድ ion መትከል የማግበር ሂደት

ትኩረትን, የስርጭት ቦታን, የእንቅስቃሴ መጠን, በሰውነት ውስጥ እና በ ion ተከላው ላይ ያሉ ጉድለቶች የ ion መትከል ሂደት ዋና መለኪያዎች ናቸው. የእነዚህ መለኪያዎች ውጤት ላይ ተጽእኖ የሚያሳድሩ ብዙ ምክንያቶች አሉ, የመትከያ መጠን, ጉልበት, የቁሱ ክሪስታል አቀማመጥ, የመትከል ሙቀት, የአየር ሙቀት መጨመር, የመጥፎ ጊዜ, አካባቢ, ወዘተ. ከሲሊኮን ion መትከል doping በተለየ, አሁንም ሙሉ በሙሉ ionize ማድረግ አስቸጋሪ ነው. ከ ion implantation doping በኋላ የሲሊኮን ካርቦይድ ቆሻሻዎች. በ 4H-SiC ገለልተኛ ክልል ውስጥ የአሉሚኒየም ተቀባይ ionization መጠንን እንደ ምሳሌ በመውሰድ 1 × 1017 ሴ.ሜ-3 የሆነ የዶፒንግ ክምችት ላይ ፣ የተቀባይ ionization መጠን በክፍል ሙቀት 15% ብቻ ነው (ብዙውን ጊዜ የሲሊኮን ionization መጠን በግምት ነው። 100%) ከፍተኛ የመነቃቃት ፍጥነት እና አነስተኛ ጉድለቶች ግብ ላይ ለመድረስ, ከፍተኛ የሙቀት መጠንን የማጣራት ሂደት ion ከተተከለ በኋላ የሚፈጠሩትን የአሞርፊክ ጉድለቶች እንደገና ለመቅረጽ ጥቅም ላይ ይውላል, ስለዚህም የተተከሉት አተሞች ወደ ምትክ ቦታ ገብተው እንዲነቃቁ ይደረጋል, እንደሚታየው. በስእል 5. በአሁኑ ጊዜ ሰዎች ስለ አነቃቂው ሂደት አሠራር ያላቸው ግንዛቤ አሁንም ውስን ነው. ስለ ማደንዘዣ ሂደት ቁጥጥር እና ጥልቅ ግንዛቤ ለወደፊቱ ion መትከል የምርምር ትኩረት አንዱ ነው።

ምስል 5 የአቶሚክ አደረጃጀት ንድፍ በሲሊኮን ካርቦይድ ion መትከል ቦታ ላይ ion ከመትከሉ በፊት እና በኋላ ይለወጣል, ቪ._siየሲሊኮን ክፍት ቦታዎችን ይወክላል፣ V_Cየካርበን ክፍት ቦታዎችን ይወክላል፣ ሲ_iየካርቦን መሙላት አተሞችን ይወክላል, እና Si_iየሲሊኮን መሙላት አተሞችን ይወክላል

Ion activation annealing ባጠቃላይ የምድጃን ማደንዘዣ፣ፈጣን ማደንዘዣ እና የሌዘር ማደንዘዣን ያጠቃልላል። በሲሲ ማቴሪያሎች ውስጥ የሲ አተሞችን በማዋሃድ ምክንያት ፣የማስወገድ ሙቀት በአጠቃላይ ከ 1800 ℃ አይበልጥም። የማደንዘዣው ከባቢ አየር በአጠቃላይ በማይንቀሳቀስ ጋዝ ወይም በቫኩም ውስጥ ይከናወናል. የተለያዩ ionዎች በሲሲ ውስጥ የተለያዩ የብልሽት ማዕከሎችን ያስከትላሉ እና የተለያዩ የማጥወልወል ሙቀትን ይፈልጋሉ። ከአብዛኛዎቹ የሙከራ ውጤቶች, ከፍ ያለ የሙቀት መጠን መጨመር, የእንቅስቃሴው መጠን ከፍ ያለ ነው (በስእል 6 እንደሚታየው).

ምስል 6 በሲሲ (በክፍል ሙቀት) የናይትሮጅን ወይም ፎስፎረስ መትከል በኤሌክትሪካዊ ገቢር መጠን ላይ የማስነሻ ሙቀት ውጤት
(ጠቅላላ የመትከል መጠን 1×1014ሴሜ-2)

(ምንጭ፡ ኪሞቶ፣ ኩፐር፣ የሲሊኮን ካርቦይድ ቴክኖሎጂ መሰረታዊ ነገሮች፡ ዕድገት፣ ባህሪ፣ መሳሪያዎች እና አፕሊኬሽኖች)

ሲሲ ion ከተተከለ በኋላ በብዛት ጥቅም ላይ የሚውለው የማንቃት ሂደት በ 1600 ℃ ~ 1700 ℃ ላይ በ Ar ከባቢ አየር ውስጥ የሲሲ ገጽን እንደገና ክሬስታላይዝ ለማድረግ እና ዶፓንትን ለማግበር ይከናወናል ፣ በዚህም የዶፔድ አካባቢን ምቹነት ያሻሽላል ። በስእል 7 እንደሚታየው በሲ ዲዛርፕሽን እና በገጽታ አቶሚክ ፍልሰት ምክንያት የሚፈጠረውን የገጽታ መበላሸት ለመቀነስ የካርቦን ፊልም ሽፋን ከመጥለቂያው በፊት በዋፈር ወለል ላይ ላዩን ጥበቃ ለማድረግ። ከተጣራ በኋላ የካርቦን ፊልም በኦክሳይድ ወይም በቆርቆሮ ሊወገድ ይችላል.

ምስል 7 የ4H-Sic Wafers ከካርቦን ፊልም ጥበቃ ጋር ወይም ከ1800 ℃ የማደንዘዣ የሙቀት መጠን ጋር የገጽታ ሸካራነት ንጽጽር
(ምንጭ፡ ኪሞቶ፣ ኩፐር፣ የሲሊኮን ካርቦይድ ቴክኖሎጂ መሰረታዊ ነገሮች፡ ዕድገት፣ ባህሪ፣ መሳሪያዎች እና አፕሊኬሽኖች)

IV

የ SiC ion የመትከል እና የማነቃቃት ሂደት ተጽእኖ

ion implantation እና ተከታይ ገቢር annealing የመሣሪያውን አፈጻጸም የሚቀንሱ ጉድለቶች ማፍራታቸው የማይቀር ነው: ውስብስብ ነጥብ ጉድለቶች, መደራረብ ጥፋቶች (ስእል 8 ላይ እንደሚታየው), አዲስ የተፈናቀሉ, ጥልቀት የሌለው ወይም ጥልቅ የኃይል ደረጃ ጉድለቶች, basal አውሮፕላኑ መፈናቀል ቀለበቶች እና ነባር የተፈናቀሉ እንቅስቃሴ. ከፍተኛ-ኃይል ion ቦምብ ሂደት በሲሲ ዋይፈር ላይ ጭንቀት ስለሚፈጥር, ከፍተኛ ሙቀት እና ከፍተኛ ኃይል ያለው ion የመትከል ሂደት የቫፈር ዋርጅትን ይጨምራል. እነዚህ ችግሮች የሲሲ ion ተከላ እና ማደንዘዣን በማምረት ሂደት ውስጥ በአስቸኳይ ማመቻቸት እና ማጥናት የሚያስፈልጋቸው አቅጣጫዎች ሆነዋል.

ምስል 8 በተለመደው የ 4H-SiC ጥልፍልፍ አቀማመጥ እና በተለያዩ የተደራረቡ ስህተቶች መካከል ያለው ንፅፅር የመርሃግብር ንድፍ

(ምንጭ፡ Nicolὸ Piluso 4H-SiC ጉድለቶች)

V.

የሲሊኮን ካርቦይድ ion የመትከል ሂደትን ማሻሻል

(1) በስእል 9 ላይ እንደሚታየው በከፍተኛ ኃይል ion በሲሊኮን ካርቦይድ ኤፒታክሲያል ሽፋን ላይ የሚደርሰውን የመትከል ጉዳት መጠን ለመቀነስ ቀጭን ኦክሳይድ ፊልም በ ion ተከላ ቦታ ላይ ተይዟል. .

(2) በ ion መትከያ መሳሪያዎች ውስጥ የታለመውን ዲስክ ጥራት ያሻሽሉ, ስለዚህ ቫፈር እና ዒላማው ዲስኩ በቅርበት እንዲገጣጠሙ, የታለመው ዲስክ ወደ ዋፈር ያለው የሙቀት መጠን የተሻለ ነው, እና መሳሪያው የቫፈርን ጀርባ ያሞቀዋል. የበለጠ ተመሳሳይነት ያለው, በስእል 9. (ለ) እንደሚታየው በሲሊኮን ካርቦይድ ቫይፈርስ ላይ ከፍተኛ ሙቀት እና ከፍተኛ ኃይል ያለው ion የመትከል ጥራትን ማሻሻል.

(3) የከፍተኛ ሙቀት ማደንዘዣ መሳሪያዎች በሚሰሩበት ጊዜ የሙቀት መጨመርን እና የሙቀት መጠኑን ተመሳሳይነት ያሻሽሉ.

ምስል 9 ion የመትከል ሂደትን ለማሻሻል የሚረዱ ዘዴዎች