L'implantazione di ioni hè un metudu per aghjunghje una certa quantità è tipu d'impurità in materiali semiconductor per cambià e so proprietà elettriche. A quantità è a distribuzione di impurità pò esse cuntrullata precisamente.
Parte 1
Perchè aduprà u prucessu di implantazione di ioni
In a fabricazione di dispusitivi semiconductor di putenza, a regione P / N doping di tradiziunalewafers di siliconepò esse rializatu da diffusion. Tuttavia, a diffusione constant di atomi impurità incarburu di siliciuhè summamente bassu, cusì ùn hè micca realisticu per ottene u doping selettivu da u prucessu di diffusione, cum'è mostra in Figura 1. Per d 'altra banda, i cundizioni di temperatura di l'implantazione di ioni sò più bassi di quelli di u prucessu di diffusione, è una distribuzione doping più flexible è precisa pò esse furmatu.
Figura 1 Comparazione di e tecnulugia di doping di diffusione è implantazione di ioni in materiali di carburu di siliciu
Parte 2
Cumu ghjunghjecarburu di siliciuimplantazione di ioni
L'attrezzatura tipica per l'implantazione di ioni d'alta energia utilizata in u prucessu di fabricazione di processu di carburu di siliciu hè principalmente custituita da una fonte di ioni, plasma, cumpunenti di aspirazione, magneti analitici, fasci di ioni, tubi di accelerazione, camere di prucessu è dischi di scansione, cum'è mostra in Figura 2.
Figura 2 Schema schematicu di l'equipaggiu di implantazione di ioni d'alta energia di carburu di siliciu
(Fonte: "Tecnulugia di Manufacturing Semiconductor")
L'implantazione di ioni SiC hè di solitu realizatu à alta temperatura, chì pò minimizzà i danni à u lattice di cristalli causati da u bumbardamentu di ioni. PerWafers 4H-SiC, a pruduzzione di zoni di tipu N hè generalmente ottenuta da l'implantazione di ioni di nitrogenu è fosforu, è a produzzione ditipu Pi zoni sò generalmente ottenuti da l'impiantazione di ioni d'aluminiu è ioni di boru.
Tabella 1. Esempiu di doping selettivu in a fabricazione di dispositivi SiC
(Fonte: Kimoto, Cooper, Fundamenti di Tecnulugia di Carbide di Siliciu: Crescita, Caratterizazione, Dispositivi è Applicazioni)
Figura 3 Paragone di l'implantazione di ioni d'energia in più tappe è a distribuzione di cuncentrazione di doping in superficia di wafer
(Fonte: G.Lulli, Introduction To Ion Implantation)
Per ottene una concentrazione uniforme di doping in l'area di implantazione di ioni, l'ingegneri generalmente utilizanu l'implantazione di ioni multi-step per aghjustà a distribuzione generale di cuncentrazione di l'area di implantazione (cum'è mostra in Figura 3); in u prucessu di fabricazione di u prucessu propiu, aghjustendu l'energia di l'implantazione è a dosa d'implantazione di l'implantatore di ioni, a cuncentrazione di doping è a prufundità di doping di l'area di implantazione ionica pò esse cuntrullata, cum'è mostra in Figura 4. (a) è (b); l'implantatore di ioni realiza l'implantazione di ioni uniformi nantu à a superficia di l'ostia scannendu a superficia di l'ostia parechje volte durante u funziunamentu, cum'è mostra in Figura 4. (c).
(c) Traiettoria di muvimentu di l'implantatore di ioni durante l'implantazione di ioni
Figura 4 Durante u prucessu di implantazione di ioni, a cuncentrazione di impurità è a prufundità sò cuntrullati aghjustendu l'energia di l'implantazione di ioni è a dosa.
III
Prucessu di ricottura di attivazione per l'implantazione di ioni di carburu di siliciu
A cuncentrazione, l'area di distribuzione, a rata di attivazione, i difetti in u corpu è in a superficia di l'implantazione di ioni sò i paràmetri principali di u prucessu di implantazione di ioni. Ci sò parechji fatturi chì affettanu i risultati di sti paràmetri, cumprese a dosa di implantazione, l'energia, l'orientazione di u cristallu di u materiale, a temperatura di l'implantazione, a temperatura di annealing, u tempu di annealing, l'ambiente, etc. A cuntrariu di u doping di implantazione di ioni di silicium, hè sempre difficiule di ionizà cumplettamente. l'impurità di carburu di siliciu dopu u doping di implantazione di ioni. Pigliendu a rata di ionizazione di l'accettore d'aluminiu in a regione neutra di 4H-SiC per esempiu, à una cuncentrazione di doping di 1 × 1017cm-3, a rata di ionizazione di l'accettore hè solu di circa 15% à a temperatura di l'ambienti (di solitu a rata di ionizazione di silicuu hè apprussimatamente). 100%). Per ghjunghje à u scopu di una alta taxa di attivazione è menu difetti, un prucessu di annealing à alta temperatura serà utilizatu dopu l'implantazione di ioni per recristalizà i difetti amorfi generati durante l'implantazione, in modu chì l'atomi implantati entranu in u situ di sustituzzioni è sò attivati, cum'è mostra. in Figura 5. A prisenza di u populu di u miccanisimu di u prucessu annealing hè sempre limitata. U cuntrollu è a cunniscenza in profonda di u prucessu di annealing hè unu di i focus di ricerca di l'implantazione di ioni in u futuru.
Figura 5 Schema schematicu di u cambiamentu di l'arrangiamentu atomicu nantu à a superficia di l'area di implantazione di ioni di carburu di siliciu prima è dopu l'anneling di implantazione di ioni, induve Vsirapprisenta vacanti di siliciu, VCrapprisenta i vacanti di carbone, Cirapprisenta atomi di riempimentu di carbone, è Siirapprisenta atomi di riempimentu di siliciu
L'annealing di attivazione di ioni include generalmente l'annealing in furnace, l'annealing rapidu è l'annealing laser. A causa di a sublimazione di l'atomi di Si in materiali SiC, a temperatura di annealing generalmente ùn supera 1800 ℃; l'atmosfera annealing hè generalmente realizatu in un gas inerte o vacuum. Diversi ioni causanu diversi centri di difetti in SiC è necessitanu diverse temperature di annealing. Da a maiò parte di i risultati spirimintali, si pò cuncludi chì u più altu hè a temperatura di annealing, u più altu hè a rata di attivazione (cum'è mostra in a Figura 6).
Figura 6 Effettu di a temperatura di annealing nantu à a rata di attivazione elettrica di l'implantazione di nitrogenu o fosforu in SiC (à a temperatura di l'ambienti)
(Dosa di implantazione totale 1 × 1014 cm-2)
(Fonte: Kimoto, Cooper, Fundamenti di Tecnulugia di Carbide di Siliciu: Crescita, Caratterizazione, Dispositivi è Applicazioni)
U prucessu di annealing di attivazione cumunimenti utilizatu dopu l'implantazione di ioni SiC hè realizatu in una atmosfera Ar à 1600 ℃ ~ 1700 ℃ per recristallizà a superficia SiC è attivà u dopantu, migliurà cusì a conduttività di l'area dopata; prima di annealing, una strata di film di carbone pò esse rivestitu nantu à a superficia di l'ostia per a prutezzione di a superficia per riduce a degradazione di a superficia causata da a desorption Si è a migrazione atomica di a superficia, cum'è mostra in Figura 7; dopu à l'anneling, a film di carbone pò esse eliminata da l'ossidazione o a corrosione.
Figura 7 Paragone di rugosità di a superficia di wafers 4H-SiC cù o senza prutezzione di film di carbone sottu à a temperatura di recuttura di 1800 ℃
(Fonte: Kimoto, Cooper, Fundamenti di Tecnulugia di Carbide di Siliciu: Crescita, Caratterizazione, Dispositivi è Applicazioni)
IV
L'impattu di l'implantazione di ioni SiC è u prucessu di annealing di attivazione
L'implantazione di ioni è l'annealing di attivazione successiva inevitabbilmente pruduceranu difetti chì riducenu a prestazione di u dispusitivu: difetti puntuali cumplessi, difetti di stacking (cum'è mostra in a Figura 8), novi dislocazioni, difetti di livellu d'energia superficiale o profonda, loops di dislocazione di u pianu basale è muvimentu di dislocazioni esistenti. Siccomu u prucessu di bumbardamentu di ioni d'alta energia pruvucarà stress à l'ostia SiC, u prucessu d'implantazione di ioni d'alta temperatura è d'alta energia aumenterà u warpage di wafer. Questi prublemi sò ancu diventati a direzzione chì deve esse ottimizatu è studiatu urgentemente in u prucessu di fabricazione di l'implantazione di ioni SiC è l'annealing.
Figura 8 Schema schematicu di a comparazione trà l'arrangiamentu normale di reticulata 4H-SiC è i difetti di stacking differente
(Fonte: Nicolὸ Piluso 4H-SiC Defects)
V.
Migliuramentu di u prucessu di implantazione di ioni di carburu di siliciu
(1) Un film d'ossidu magre hè ritenutu nantu à a superficia di l'area d'implantazione di ioni per riduce u gradu di dannu di l'implantazione causatu da l'implantazione di ioni d'alta energia à a superficia di a capa epitaxial di carbure di silicium, cum'è mostra in Figura 9. (a) .
(2) Migliurà a qualità di u discu di destinazione in l'equipaggiu di implantazione di ioni, in modu chì l'ostia è u discu di destinazione si adattanu più strettamente, a conduttività termale di u discu di destinazione à l'ostia hè megliu, è l'equipaggiu riscalda a parte posteriore di l'ostia. più uniformi, migliurà a qualità di l'implantazione di ioni d'alta temperatura è d'alta energia nantu à i wafers di carburu di siliciu, cum'è mostra in Figura 9. (b).
(3) Optimize u ritmu di crescita di temperatura è uniformità di temperatura durante u funziunamentu di l'equipaggiu di annealing à alta temperatura.
Figura 9 Metudu per migliurà u prucessu di implantazione di ioni
Tempu di post: 22-oct-2024