Ioien inplantazioa material erdieroaleetan ezpurutasun kopuru eta mota jakin bat gehitzeko metodo bat da, propietate elektrikoak aldatzeko. Ezpurutasunen kopurua eta banaketa zehatz-mehatz kontrolatu daitezke.
1. zatia
Zergatik erabili ioiak inplantatzeko prozesua
Potentzia erdieroaleen gailuen fabrikazioan, P/N eskualdeko doping tradizionalasiliziozko obleakdifusioaren bidez lor daiteke. Hala ere, ezpurutasun atomoen difusio-konstanteasilizio karburoaoso baxua da, beraz, ez da errealista doping selektiboa difusio-prozesuaren bidez lortzea, 1. Irudian ikusten den bezala. Bestalde, ioien ezarpenaren tenperatura-baldintzak difusio-prozesuarenak baino baxuagoak dira, eta dopin banaketa malguagoa eta zehatzagoa izan daiteke. eratu.
1. Irudia Difusio- eta ioi-inplantazio-doping-teknologien konparazioa silizio-karburozko materialetan
2. zatia
Nola lortusilizio karburoaioien inplantazioa
Silizio-karburoaren prozesuko fabrikazio-prozesuan erabiltzen den energia handiko ioien inplantazio-ekipo tipikoa ioi-iturri bat, plasma, aspirazio-osagaiak, iman analitikoak, ioi-izpiak, azelerazio-hodiak, prozesu-ganberak eta eskaneatzeko diskoek osatzen dute, 2. Irudian erakusten den moduan.
2. Irudia Silizio-karburoa energia handiko ioiak ezartzeko ekipoen diagrama eskematikoa
(Iturria: "Erdieroaleen Fabrikazio Teknologia")
SiC ioien inplantazioa tenperatura altuan egiten da normalean, eta horrek ioien bonbardaketak eragindako kristal-sarean kalteak minimiza ditzake. Izan ere4H-SiC obleak, N motako eremuen ekoizpena nitrogeno eta fosforo ioiak ezarriz lortzen da normalean, etaP motakoaeremuak aluminio ioiak eta boro ioiak ezarriz lortzen dira normalean.
1. taula. Dopin selektiboaren adibidea SiC gailuen fabrikazioan
(Iturria: Kimoto, Cooper, Fundamentals of Silicon Carbide Technology: Growth, Characterization, Devices, and Applications)
3. Irudia Urrats anitzeko energia ioien inplantazioaren eta obleen gainazaleko dopinaren kontzentrazio-banaketaren konparazioa
(Iturria: G.Lulli, Introduction To Ion Implantation)
Ioi-inplantazio-eremuan dopin-kontzentrazio uniformea lortzeko, ingeniariek normalean urrats anitzeko ioi-inplantazioa erabiltzen dute inplantazio-eremuaren kontzentrazio-banaketa orokorra doitzeko (3. irudian ikusten den bezala); benetako prozesuaren fabrikazio-prozesuan, ioi-inplantatzailearen inplantazio-energia eta inplantazio-dosia egokituz, ioi-inplantazio-eremuaren dopin-kontzentrazioa eta dopin-sakonera kontrola daitezke, 4. (a) eta (b) irudian ikusten den moduan; ioi-inplantatzaileak ioi-inplantazio uniformea egiten du oblearen gainazalean oblearen gainazala hainbat aldiz eskaneatuz funtzionamenduan zehar, 4. (c) irudian ikusten den moduan.
(c) Ioi-inplantatzailearen mugimendu-ibilbidea ioiak ezartzean
4. Irudia Ioiak ezartzeko prozesuan, ezpurutasun-kontzentrazioa eta sakonera kontrolatzen dira ioiak inplantatzeko energia eta dosia doituz.
III
Silizio karburo ioien inplantaziorako aktibazio-erretokitze-prozesua
Kontzentrazioa, banaketa-eremua, aktibazio-tasa, gorputzean eta ioi-inplantearen gainazalean dauden akatsak dira ioien inplantazio-prozesuaren parametro nagusiak. Parametro hauen emaitzetan eragina duten faktore asko daude, besteak beste, inplantazio-dosia, energia, materialaren kristalaren orientazioa, inplantazio-tenperatura, erretiro-tenperatura, erretiro-denbora, ingurunea, etab. Silizio-ioiaren dopaketa ez bezala, oraindik zaila da guztiz ionizatzea. silizio-karburoaren ezpurutasunak ioi-inplantazio-dopinaren ondoren. Adibide gisa 4H-SiC-ren eskualde neutroko aluminio-hartzailearen ionizazio-tasa hartuta, 1 × 1017cm-3-ko doping-kontzentrazioan, hartzaileen ionizazio-tasa % 15 ingurukoa da giro-tenperaturan (normalean silizioaren ionizazio-tasa gutxi gorabeherakoa da. %100). Aktibazio-tasa altua eta akats gutxiago izateko helburua lortzeko, ioiak ezarri ondoren tenperatura altuko errekuzitze-prozesu bat erabiliko da, inplantazioan sortutako akats amorfoak birkristalizatzeko, inplantatutako atomoak ordezkapen gunera sartu eta aktibatu daitezen, erakusten den moduan. 5. irudian. Gaur egun, jendearen ulermena mugatua da oraindik ere ulermen-prozesuaren mekanismoa. Etorkizunean ioien inplantazioaren ikerketa-ardatzetako bat da erretiro-prozesuaren kontrola eta ulermen sakona.
5. Irudia Silizio karburozko ioiak inplantatzeko eremuaren gainazaleko antolamendu atomikoaren aldaketaren diagrama eskematikoasisilizio hutsuneak adierazten ditu, VCkarbono hutsuneak adierazten ditu, Cikarbonoa betetzeko atomoak adierazten ditu, eta Siisilizioa betetzeko atomoak adierazten ditu
Ioien aktibazioko errekuzimenduak, oro har, labearen errekuzitzea, errekustea azkarra eta laser bidezko errekustea barne hartzen ditu. SiC materialen Si atomoen sublimazioa dela eta, erretiroaren tenperatura, oro har, ez da 1800 ℃ gainditzen; errekuzitzeko atmosfera, oro har, gas geldoan edo hutsean egiten da. Ioi ezberdinek akats-zentro desberdinak eragiten dituzte SiC-n eta erretiro-tenperatura desberdinak behar dituzte. Emaitza esperimental gehienetatik abiatuta, ondorioztatu daiteke zenbat eta errekostatzeko tenperatura handiagoa izan, orduan eta aktibazio-tasa handiagoa (6. Irudian ikusten den bezala).
6. Irudia Errekuzimendu-tenperaturaren eragina nitrogenoaren edo fosforoaren ezarpenaren aktibazio elektrikoaren tasan SiC-n (giro-tenperaturan)
(Inplantazio-dosi osoa 1×1014cm-2)
(Iturria: Kimoto, Cooper, Fundamentals of Silicon Carbide Technology: Growth, Characterization, Devices, and Applications)
SiC ioiaren inplantazioaren ondoren erabili ohi den aktibazio-errezistatzeko prozesua 1600 ℃ ~ 1700 ℃ Ar atmosferan egiten da SiC gainazala birkristalizatzeko eta dopatzailea aktibatzeko, horrela dopatutako eremuaren eroankortasuna hobetzeko; errekuzitu aurretik, karbonozko film geruza bat estali daiteke oblearen gainazalean gainazala babesteko Si desortzioak eta gainazaleko migrazio atomikoak eragindako gainazalaren degradazioa murrizteko, 7. Irudian erakusten den moduan; recozitu ondoren, karbono-filma oxidazio edo korrosioaren bidez kendu daiteke.
7. Irudia 4H-SiC obleen gainazaleko zimurtasunaren alderaketa, karbono-filmaren babesarekin edo gabe, 1800 ℃-tik beherako erretiro-tenperaturarekin
(Iturria: Kimoto, Cooper, Fundamentals of Silicon Carbide Technology: Growth, Characterization, Devices, and Applications)
IV
SiC ioien inplantazio eta aktibazio-errezistatzeko prozesuaren eragina
Ioien ezarpenak eta ondorengo aktibazio-errezisteak ezinbestean sortuko ditu gailuaren errendimendua murrizten duten akatsak: puntu-akats konplexuak, pilaketa-akatsak (8. Irudian ikusten den bezala), dislokazio berriak, sakonera txikiko edo sakoneko energia-mailaren akatsak, plano basalaren dislokazio-begiztak eta lehendik dauden dislokazioen mugimendua. Energia handiko ioien bonbardaketa-prozesuak SiC obleari estresa eragingo dionez, tenperatura altuko eta energia handiko ioiak ezartzeko prozesuak obleen deformazioa areagotuko du. Arazo horiek SiC ioien inplantazio eta recozitze-prozesuan optimizatu eta aztertu beharreko norabidea ere bihurtu dira.
8. Irudia 4H-SiC sarearen antolamendu normalaren eta pilaketa akats desberdinen arteko konparaketaren diagrama eskematikoa
(Iturria: Nicolὸ Piluso 4H-SiC akatsak)
V.
Silizio karburo ioien ezarpen-prozesuaren hobekuntza
(1) Oxidozko film mehe bat mantentzen da ioi-inplantazio-eremuaren gainazalean, energia handiko ioiak ezartzeak silizio-karburo epitaxial-geruzaren gainazalean eragindako inplantazio-kalte maila murrizteko, 9. Irudian erakusten den moduan. .
(2) Hobetu xede-diskoaren kalitatea ioi-inplantazio-ekipoan, oblea eta xede-diskoa gertuago egon daitezen, xede-diskoaren eroankortasun termikoa hobea da oblea eta ekipoak oblearen atzealdea berotzen du. modu uniformeagoan, tenperatura altuko eta energia handiko ioien inplantazioaren kalitatea hobetzea silizio karburozko obleetan, 9. (b) irudian ikusten den moduan.
(3) Optimizatu tenperatura igoera-tasa eta tenperatura-uniformitatea tenperatura altuko erretiro-ekipoaren funtzionamenduan.
9. irudia Ioiak inplantatzeko prozesua hobetzeko metodoak
Argitalpenaren ordua: 2024-10-22