Babagan Manufaktur Piranti Silicon Carbide (Bagian 2)

Implantasi ion minangka cara kanggo nambah jumlah lan jinis impurities tartamtu menyang bahan semikonduktor kanggo ngganti sifat listrik. Jumlah lan distribusi impurities bisa dikontrol kanthi tepat.

Babagan Manufaktur Piranti Silicon Carbide (Bagian 2) (2)

Bagean 1

Apa nggunakake proses implantasi ion

Ing Pabrik piranti semikonduktor daya, wilayah P / N doping tradisionalwafer silikonbisa digayuh kanthi difusi. Nanging, konstanta difusi saka atom impurity ingsilikon karbidakurang banget, mula ora realistis kanggo entuk doping selektif kanthi proses difusi, kaya sing ditampilake ing Gambar 1. Ing sisih liya, kondisi suhu implantasi ion luwih murah tinimbang proses difusi, lan distribusi doping sing luwih fleksibel lan akurat bisa kawangun.

Babagan Manufaktur Piranti Silicon Carbide (Bagian 2) (3)

Gambar 1 Perbandingan teknologi doping difusi lan implantasi ion ing bahan silikon karbida

 

Bagean 2

Carane entuksilikon karbidaimplantasi ion

Peralatan implantasi ion energi dhuwur khas sing digunakake ing proses manufaktur proses silikon karbida utamane kalebu sumber ion, plasma, komponen aspirasi, magnet analitik, sinar ion, tabung percepatan, ruang proses, lan disk pemindai, kaya sing ditampilake ing Gambar 2.

Babagan Manufaktur Piranti Silicon Carbide (Part 2) (4)

Gambar 2 Diagram skematis peralatan implantasi ion energi tinggi silikon karbida

(Sumber: "Teknologi Manufaktur Semikonduktor")

Implantasi ion SiC biasane ditindakake ing suhu dhuwur, sing bisa nyuda karusakan ing kisi kristal sing disebabake bombardment ion. Kanggowafer 4H-SiC, produksi wilayah tipe-N biasane ditindakake kanthi implantasi ion nitrogen lan fosfor, lan produksiTipe Pwilayah biasane ngrambah dening implanting ion aluminium lan ion boron.

Tabel 1. Conto doping selektif ing manufaktur piranti SiC
(Sumber: Kimoto, Cooper, Fundamentals of Silicon Carbide Technology: Growth, Characterization, Devices, and Applications)

Babagan Manufaktur Piranti Silicon Carbide (Part 2) (5)

Babagan Manufaktur Piranti Silicon Carbide (Bagian 2) (7)

Gambar 3 Perbandingan implantasi ion energi multi-langkah lan distribusi konsentrasi doping permukaan wafer

(Sumber: G.Lulli, Pengantar Implantasi Ion)

Kanggo entuk konsentrasi doping seragam ing area implantasi ion, insinyur biasane nggunakake implantasi ion multi-langkah kanggo nyetel distribusi konsentrasi sakabèhé saka wilayah implantasi (kaya sing ditampilake ing Gambar 3); ing proses manufaktur proses nyata, kanthi nyetel energi implantasi lan dosis implantasi saka implanter ion, konsentrasi doping lan ambane doping saka area implantasi ion bisa dikontrol, kaya sing dituduhake ing Gambar 4. (a) lan (b); implanter ion nindakake implantasi ion seragam ing lumahing wafer dening mindhai lumahing wafer kaping pirang-pirang sak operasi, minangka ditampilake ing Figure 4. (c).

Babagan Manufaktur Piranti Silicon Carbide (Bagian 2) (6)

Babagan Manufaktur Piranti Silicon Carbide (Bagian 2) (8)

(c) Lintasan gerakan implanter ion nalika implantasi ion
Gambar 4 Sajrone proses implantasi ion, konsentrasi lan ambane impurity dikontrol kanthi nyetel energi lan dosis implantasi ion.

 

III

Proses anil aktivasi kanggo implantasi ion silikon karbida

Konsentrasi, area distribusi, tingkat aktivasi, cacat ing awak lan ing permukaan implantasi ion minangka paramèter utama proses implantasi ion. Ana akeh faktor sing mengaruhi asil paramèter kasebut, kalebu dosis implantasi, energi, orientasi kristal materi, suhu implantasi, suhu annealing, wektu annealing, lingkungan, lan liya-liyane. Ora kaya doping implantasi ion silikon, isih angel diionisasi kanthi lengkap. impurities saka silikon karbida sawise doping implantasi ion. Njupuk tingkat ionisasi akseptor aluminium ing wilayah netral 4H-SiC minangka conto, ing konsentrasi doping 1 × 1017cm-3, tingkat ionisasi akseptor mung udakara 15% ing suhu kamar (biasane tingkat ionisasi silikon kira-kira 100%). Kanggo nggayuh tujuan tingkat aktivasi sing dhuwur lan cacat sing luwih sithik, proses annealing suhu dhuwur bakal digunakake sawise implantasi ion kanggo rekristalisasi cacat amorf sing diasilake sajrone implantasi, supaya atom sing ditanem mlebu ing situs substitusi lan diaktifake, kaya sing ditampilake. ing Figure 5. Saiki, pangerten wong saka mekanisme proses annealing isih winates. Kontrol lan pemahaman sing jero babagan proses anil minangka salah sawijining fokus riset implantasi ion ing mangsa ngarep.

Babagan Manufaktur Piranti Silicon Carbide (Bagian 2) (9)

Gambar 5 Diagram skematis saka owah-owahan susunan atom ing permukaan area implantasi ion silikon karbida sadurunge lan sawise anil implantasi ion, ing ngendi Vsinggantosi lowongan silikon, VCnggambarake lowongan karbon, Cinuduhake atom karbon ngisi, lan Siinggambarake atom ngisi silikon

Anil aktivasi ion umume kalebu anil tungku, anil kanthi cepet lan anil laser. Amarga sublimasi atom Si ing bahan SiC, suhu annealing umume ora ngluwihi 1800 ℃; atmosfer annealing umume digawa metu ing gas inert utawa vakum. Ion sing beda nyebabake pusat cacat sing beda ing SiC lan mbutuhake suhu anil sing beda. Saka asil eksperimen sing paling akeh, bisa disimpulake yen sing luwih dhuwur suhu anil, sing luwih dhuwur tingkat aktivasi (kaya sing ditampilake ing Gambar 6).

Babagan Manufaktur Piranti Silicon Carbide (Bagian 2) (10)

Gambar 6 Pengaruh suhu anil ing tingkat aktivasi listrik implantasi nitrogen utawa fosfor ing SiC (ing suhu kamar)
(Total dosis implantasi 1×1014cm-2)

(Sumber: Kimoto, Cooper, Fundamentals of Silicon Carbide Technology: Growth, Characterization, Devices, and Applications)

Proses annealing aktivasi sing umum digunakake sawise implantasi ion SiC ditindakake ing atmosfer Ar ing 1600 ℃ ~ 1700 ℃ kanggo rekristalisasi permukaan SiC lan ngaktifake dopan, saéngga ningkatake konduktivitas area doped; sadurunge annealing, lapisan film karbon bisa dilapisi ing lumahing wafer kanggo pangayoman lumahing kanggo ngurangi degradasi lumahing disebabake desorption Si lan lumahing atom migration, minangka ditampilake ing Figure 7; sawise annealing, film karbon bisa dibusak dening oksidasi utawa karat.

Babagan Manufaktur Piranti Silicon Carbide (Bagian 2) (11)

Gambar 7 Perbandingan kekasaran permukaan wafer 4H-SiC kanthi utawa tanpa proteksi film karbon ing suhu anil 1800 ℃
(Sumber: Kimoto, Cooper, Fundamentals of Silicon Carbide Technology: Growth, Characterization, Devices, and Applications)

IV

Dampak implantasi ion SiC lan proses anil aktivasi

Implantasi ion lan annealing aktivasi sakteruse mesthi bakal ngasilake cacat sing nyuda kinerja piranti: cacat titik kompleks, kesalahan tumpukan (kaya sing ditampilake ing Gambar 8), dislokasi anyar, cacat tingkat energi cethek utawa jero, puteran dislokasi bidang basal lan gerakan dislokasi sing ana. Wiwit proses bombardment ion energi dhuwur bakal nyebabake stres ing wafer SiC, proses implantasi ion suhu dhuwur lan energi dhuwur bakal nambah warpage wafer. Masalah kasebut uga dadi arah sing kudu dioptimalake lan ditliti kanthi cepet ing proses manufaktur implantasi ion SiC lan anil.

Babagan Manufaktur Piranti Silicon Carbide (Bagian 2) (12)

Gambar 8 Diagram skematis perbandingan antara susunan kisi 4H-SiC normal lan kesalahan tumpukan sing beda

(Sumber: Nicolὸ Piluso 4H-SiC Defects)

V.

Peningkatan proses implantasi ion silikon karbida

(1) Film oksida tipis ditahan ing permukaan area implantasi ion kanggo ngurangi tingkat kerusakan implantasi sing disebabake dening implantasi ion energi dhuwur menyang permukaan lapisan epitaxial silikon karbida, kaya sing dituduhake ing Gambar 9. (a) .

(2) Ngapikake kualitas disk target ing peralatan implantasi ion, supaya wafer lan target disk pas luwih rapet, konduktivitas termal saka target disk kanggo wafer luwih apik, lan peralatan heats mburi wafer. luwih seragam, nambah kualitas implantasi ion suhu dhuwur lan dhuwur-energi ing wafer silikon karbida, minangka ditampilake ing Figure 9. (b).

(3) Ngoptimalake tingkat kenaikan suhu lan keseragaman suhu sajrone operasi peralatan annealing suhu dhuwur.

Babagan Manufaktur Piranti Silicon Carbide (Bagian 2) (1)

Gambar 9 Metode kanggo ningkatake proses implantasi ion


Wektu kirim: Oct-22-2024