అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ అనేది సెమీకండక్టర్ మెటీరియల్స్‌లో వాటి విద్యుత్ లక్షణాలను మార్చడానికి నిర్దిష్ట మొత్తం మరియు మలినాలను జోడించే పద్ధతి. మలినాలను మొత్తం మరియు పంపిణీ ఖచ్చితంగా నియంత్రించవచ్చు.
పార్ట్ 1
అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ ప్రక్రియను ఎందుకు ఉపయోగించాలి
పవర్ సెమీకండక్టర్ పరికరాల తయారీలో, సాంప్రదాయానికి చెందిన P/N ప్రాంతం డోపింగ్సిలికాన్ పొరలువ్యాప్తి ద్వారా సాధించవచ్చు. అయినప్పటికీ, అశుద్ధ పరమాణువుల వ్యాప్తి స్థిరాంకంసిలికాన్ కార్బైడ్చాలా తక్కువగా ఉంటుంది, కాబట్టి ఫిగర్ 1లో చూపిన విధంగా డిఫ్యూజన్ ప్రక్రియ ద్వారా సెలెక్టివ్ డోపింగ్‌ను సాధించడం అవాస్తవికం. మరోవైపు, అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత పరిస్థితులు వ్యాప్తి ప్రక్రియ కంటే తక్కువగా ఉంటాయి మరియు మరింత సౌకర్యవంతమైన మరియు ఖచ్చితమైన డోపింగ్ పంపిణీ చేయవచ్చు ఏర్పడుతుంది.
మూర్తి 1 సిలికాన్ కార్బైడ్ పదార్థాలలో వ్యాప్తి మరియు అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ డోపింగ్ టెక్నాలజీల పోలిక
పార్ట్ 2
ఎలా సాధించాలిసిలికాన్ కార్బైడ్అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్
సిలికాన్ కార్బైడ్ ప్రక్రియ తయారీ ప్రక్రియలో ఉపయోగించే సాధారణ అధిక-శక్తి అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ పరికరాలు ప్రధానంగా అయాన్ మూలం, ప్లాస్మా, ఆకాంక్ష భాగాలు, విశ్లేషణాత్మక అయస్కాంతాలు, అయాన్ కిరణాలు, యాక్సిలరేషన్ ట్యూబ్‌లు, ప్రాసెస్ ఛాంబర్‌లు మరియు స్కానింగ్ డిస్క్‌లను కలిగి ఉంటాయి, ఇది మూర్తి 2లో చూపబడింది.
మూర్తి 2 సిలికాన్ కార్బైడ్ హై-ఎనర్జీ అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ పరికరాల స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం
(మూలం: “సెమీకండక్టర్ మాన్యుఫ్యాక్చరింగ్ టెక్నాలజీ”)
SiC అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ సాధారణంగా అధిక ఉష్ణోగ్రత వద్ద నిర్వహించబడుతుంది, ఇది అయాన్ బాంబర్‌మెంట్ వల్ల కలిగే క్రిస్టల్ లాటిస్‌కు నష్టాన్ని తగ్గిస్తుంది. కోసం4H-SiC పొరలు, N-రకం ప్రాంతాల ఉత్పత్తి సాధారణంగా నత్రజని మరియు భాస్వరం అయాన్లను అమర్చడం ద్వారా సాధించబడుతుంది మరియు ఉత్పత్తిP-రకంప్రాంతాలు సాధారణంగా అల్యూమినియం అయాన్లు మరియు బోరాన్ అయాన్లను అమర్చడం ద్వారా సాధించబడతాయి.
పట్టిక 1. SiC పరికర తయారీలో ఎంపిక చేసిన డోపింగ్‌కు ఉదాహరణ
(మూలం: కిమోటో, కూపర్, ఫండమెంటల్స్ ఆఫ్ సిలికాన్ కార్బైడ్ టెక్నాలజీ: గ్రోత్, క్యారెక్టరైజేషన్, పరికరాలు మరియు అప్లికేషన్స్)
మూర్తి 3 బహుళ-దశల శక్తి అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ మరియు పొర ఉపరితల డోపింగ్ ఏకాగ్రత పంపిణీ యొక్క పోలిక
(మూలం: G.Lulli, అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ పరిచయం)
అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ ప్రాంతంలో ఏకరీతి డోపింగ్ ఏకాగ్రతను సాధించడానికి, ఇంజనీర్లు సాధారణంగా ఇంప్లాంటేషన్ ప్రాంతం యొక్క మొత్తం ఏకాగ్రత పంపిణీని సర్దుబాటు చేయడానికి బహుళ-దశల అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్‌ను ఉపయోగిస్తారు (మూర్తి 3లో చూపిన విధంగా); వాస్తవ ప్రక్రియ తయారీ ప్రక్రియలో, అయాన్ ఇంప్లాంటర్ యొక్క ఇంప్లాంటేషన్ శక్తి మరియు ఇంప్లాంటేషన్ మోతాదును సర్దుబాటు చేయడం ద్వారా, అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ ప్రాంతం యొక్క డోపింగ్ ఏకాగ్రత మరియు డోపింగ్ లోతును నియంత్రించవచ్చు, ఇది మూర్తి 4. (a) మరియు (b); అయాన్ ఇంప్లాంటర్ ఫిగర్ 4. (సి)లో చూపిన విధంగా, ఆపరేషన్ సమయంలో పొర ఉపరితలాన్ని అనేకసార్లు స్కాన్ చేయడం ద్వారా పొర ఉపరితలంపై ఏకరీతి అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్‌ను నిర్వహిస్తుంది.
(సి) అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ సమయంలో అయాన్ ఇంప్లాంటర్ యొక్క కదలిక పథం
మూర్తి 4 అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ ప్రక్రియలో, అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ శక్తి మరియు మోతాదును సర్దుబాటు చేయడం ద్వారా అపరిశుభ్రత ఏకాగ్రత మరియు లోతు నియంత్రించబడతాయి
III
సిలికాన్ కార్బైడ్ అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ కోసం యాక్టివేషన్ ఎనియలింగ్ ప్రక్రియ
ఏకాగ్రత, పంపిణీ ప్రాంతం, క్రియాశీలత రేటు, శరీరంలో లోపాలు మరియు అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ యొక్క ఉపరితలంపై అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ ప్రక్రియ యొక్క ప్రధాన పారామితులు. ఇంప్లాంటేషన్ డోస్, ఎనర్జీ, మెటీరియల్ యొక్క క్రిస్టల్ ఓరియంటేషన్, ఇంప్లాంటేషన్ ఉష్ణోగ్రత, ఎనియలింగ్ ఉష్ణోగ్రత, ఎనియలింగ్ సమయం, పర్యావరణం మొదలైన వాటితో సహా ఈ పారామితుల ఫలితాలను ప్రభావితం చేసే అనేక అంశాలు ఉన్నాయి. సిలికాన్ అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ డోపింగ్ కాకుండా, పూర్తిగా అయనీకరణం చేయడం ఇప్పటికీ కష్టం. అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ డోపింగ్ తర్వాత సిలికాన్ కార్బైడ్ యొక్క మలినాలను. 4H-SiC యొక్క తటస్థ ప్రాంతంలోని అల్యూమినియం అంగీకార అయనీకరణ రేటును ఉదాహరణగా తీసుకుంటే, 1×1017cm-3 డోపింగ్ సాంద్రత వద్ద, అంగీకార అయనీకరణ రేటు గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద 15% మాత్రమే (సాధారణంగా సిలికాన్ యొక్క అయనీకరణ రేటు సుమారుగా ఉంటుంది. 100%). అధిక క్రియాశీలత రేటు మరియు తక్కువ లోపాల లక్ష్యాన్ని సాధించడానికి, ఇంప్లాంటేషన్ సమయంలో ఉత్పన్నమయ్యే నిరాకార లోపాలను పునఃస్ఫటికీకరించడానికి అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ తర్వాత అధిక-ఉష్ణోగ్రత ఎనియలింగ్ ప్రక్రియ ఉపయోగించబడుతుంది, తద్వారా అమర్చిన అణువులు ప్రత్యామ్నాయ ప్రదేశంలోకి ప్రవేశించి సక్రియం చేయబడతాయి. చిత్రం 5లో. ప్రస్తుతం, ఎనియలింగ్ ప్రక్రియ యొక్క మెకానిజంపై ప్రజల అవగాహన ఇంకా పరిమితంగా ఉంది. ఎనియలింగ్ ప్రక్రియపై నియంత్రణ మరియు లోతైన అవగాహన భవిష్యత్తులో అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ యొక్క పరిశోధన దృష్టిలో ఒకటి.
మూర్తి 5 అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ ఎనియలింగ్‌కు ముందు మరియు తరువాత సిలికాన్ కార్బైడ్ అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ ప్రాంతం యొక్క ఉపరితలంపై పరమాణు అమరిక మార్పు యొక్క స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం, ఇక్కడ Vsiసిలికాన్ ఖాళీలను సూచిస్తుంది, VCకార్బన్ ఖాళీలను సూచిస్తుంది, సిiకార్బన్ నింపే అణువులను సూచిస్తుంది మరియు Siiసిలికాన్ నింపే అణువులను సూచిస్తుంది
అయాన్ యాక్టివేషన్ ఎనియలింగ్‌లో సాధారణంగా ఫర్నేస్ ఎనియలింగ్, రాపిడ్ ఎనియలింగ్ మరియు లేజర్ ఎనియలింగ్ ఉంటాయి. SiC పదార్థాలలో Si పరమాణువుల సబ్లిమేషన్ కారణంగా, ఎనియలింగ్ ఉష్ణోగ్రత సాధారణంగా 1800℃ని మించదు; ఎనియలింగ్ వాతావరణం సాధారణంగా జడ వాయువు లేదా వాక్యూమ్‌లో నిర్వహించబడుతుంది. వేర్వేరు అయాన్లు SiCలో విభిన్న లోప కేంద్రాలను కలిగిస్తాయి మరియు వివిధ ఎనియలింగ్ ఉష్ణోగ్రతలు అవసరమవుతాయి. చాలా ప్రయోగాత్మక ఫలితాల నుండి, ఎనియలింగ్ ఉష్ణోగ్రత ఎక్కువగా ఉంటే, యాక్టివేషన్ రేటు ఎక్కువగా ఉంటుందని నిర్ధారించవచ్చు (మూర్తి 6లో చూపిన విధంగా).
SiC (గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద)లో నైట్రోజన్ లేదా ఫాస్పరస్ ఇంప్లాంటేషన్ యొక్క విద్యుత్ క్రియాశీలత రేటుపై మూర్తి 6 ఎనియలింగ్ ఉష్ణోగ్రత ప్రభావం
(మొత్తం ఇంప్లాంటేషన్ మోతాదు 1×1014cm-2)
(మూలం: కిమోటో, కూపర్, ఫండమెంటల్స్ ఆఫ్ సిలికాన్ కార్బైడ్ టెక్నాలజీ: గ్రోత్, క్యారెక్టరైజేషన్, పరికరాలు మరియు అప్లికేషన్స్)
SiC అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ తర్వాత సాధారణంగా ఉపయోగించే యాక్టివేషన్ ఎనియలింగ్ ప్రక్రియ 1600℃~1700℃ వద్ద Ar వాతావరణంలో SiC ఉపరితలాన్ని రీక్రిస్టలైజ్ చేయడానికి మరియు డోపాంట్‌ను సక్రియం చేయడానికి, తద్వారా డోప్డ్ ప్రాంతం యొక్క వాహకతను మెరుగుపరుస్తుంది; ఎనియలింగ్ చేయడానికి ముందు, మూర్తి 7లో చూపిన విధంగా Si నిర్జలీకరణం మరియు ఉపరితల పరమాణు వలసల వల్ల ఏర్పడే ఉపరితల క్షీణతను తగ్గించడానికి ఉపరితల రక్షణ కోసం పొర ఉపరితలంపై కార్బన్ ఫిల్మ్ పొరను పూయవచ్చు; ఎనియలింగ్ తర్వాత, కార్బన్ ఫిల్మ్‌ను ఆక్సీకరణం లేదా తుప్పు ద్వారా తొలగించవచ్చు.
మూర్తి 7 1800℃ ఎనియలింగ్ ఉష్ణోగ్రతలో కార్బన్ ఫిల్మ్ రక్షణతో లేదా లేకుండా 4H-SiC పొరల ఉపరితల కరుకుదనం యొక్క పోలిక
(మూలం: కిమోటో, కూపర్, ఫండమెంటల్స్ ఆఫ్ సిలికాన్ కార్బైడ్ టెక్నాలజీ: గ్రోత్, క్యారెక్టరైజేషన్, పరికరాలు మరియు అప్లికేషన్స్)
IV
SiC అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ మరియు యాక్టివేషన్ ఎనియలింగ్ ప్రక్రియ యొక్క ప్రభావం
అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ మరియు తదుపరి యాక్టివేషన్ ఎనియలింగ్ పరికరం పనితీరును తగ్గించే లోపాలను అనివార్యంగా ఉత్పత్తి చేస్తుంది: సంక్లిష్ట పాయింట్ లోపాలు, స్టాకింగ్ లోపాలు (మూర్తి 8లో చూపిన విధంగా), కొత్త డిస్‌లోకేషన్‌లు, నిస్సార లేదా లోతైన శక్తి స్థాయి లోపాలు, బేసల్ ప్లేన్ డిస్‌లోకేషన్ లూప్‌లు మరియు ఇప్పటికే ఉన్న డిస్‌లోకేషన్‌ల కదలిక. అధిక-శక్తి అయాన్ బాంబర్‌మెంట్ ప్రక్రియ SiC పొరకు ఒత్తిడిని కలిగిస్తుంది కాబట్టి, అధిక-ఉష్ణోగ్రత మరియు అధిక-శక్తి అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ ప్రక్రియ పొర వార్‌పేజ్‌ను పెంచుతుంది. ఈ సమస్యలు SiC అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ మరియు ఎనియలింగ్ తయారీ ప్రక్రియలో అత్యవసరంగా ఆప్టిమైజ్ చేయబడి, అధ్యయనం చేయవలసిన దిశగా మారాయి.
మూర్తి 8 సాధారణ 4H-SiC లాటిస్ అమరిక మరియు విభిన్న స్టాకింగ్ లోపాల మధ్య పోలిక యొక్క స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం
(మూలం: Nicolὸ Piluso 4H-SiC లోపాలు)
V.
సిలికాన్ కార్బైడ్ అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ ప్రక్రియను మెరుగుపరచడం
(1) మూర్తి 9. (a)లో చూపిన విధంగా, సిలికాన్ కార్బైడ్ ఎపిటాక్సియల్ పొర యొక్క ఉపరితలంపై అధిక-శక్తి అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ వల్ల కలిగే ఇంప్లాంటేషన్ నష్టం స్థాయిని తగ్గించడానికి అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ ప్రాంతం యొక్క ఉపరితలంపై సన్నని ఆక్సైడ్ ఫిల్మ్ అలాగే ఉంచబడుతుంది. .
(2) అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ ఎక్విప్‌మెంట్‌లోని టార్గెట్ డిస్క్ నాణ్యతను మెరుగుపరచండి, తద్వారా పొర మరియు టార్గెట్ డిస్క్ మరింత దగ్గరగా సరిపోతాయి, టార్గెట్ డిస్క్ యొక్క ఉష్ణ వాహకత పొరకు మెరుగ్గా ఉంటుంది మరియు పరికరం పొర వెనుక భాగాన్ని వేడి చేస్తుంది. మరింత ఏకరీతిగా, సిలికాన్ కార్బైడ్ పొరలపై చూపిన విధంగా అధిక-ఉష్ణోగ్రత మరియు అధిక-శక్తి అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ నాణ్యతను మెరుగుపరచడం చిత్రం 9. (బి).
(3) అధిక-ఉష్ణోగ్రత ఎనియలింగ్ పరికరాల ఆపరేషన్ సమయంలో ఉష్ణోగ్రత పెరుగుదల రేటు మరియు ఉష్ణోగ్రత ఏకరూపతను ఆప్టిమైజ్ చేయండి.
అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ ప్రక్రియను మెరుగుపరచడానికి మూర్తి 9 పద్ధతులు
పోస్ట్ సమయం: అక్టోబర్-22-2024