Mae mewnblannu ïon yn ddull o ychwanegu swm a math penodol o amhureddau i ddeunyddiau lled-ddargludyddion i newid eu priodweddau trydanol. Gellir rheoli swm a dosbarthiad amhureddau yn fanwl gywir.
Rhan 1
Pam defnyddio proses mewnblannu ïon
Wrth weithgynhyrchu dyfeisiau lled-ddargludyddion pŵer, y rhanbarth P/N dopio traddodiadolwafferi silicongellir ei gyflawni trwy ymlediad. Fodd bynnag, mae cysonyn trylediad atomau amhuredd ynsilicon carbidyn hynod o isel, felly mae'n afrealistig cyflawni dopio dethol trwy broses tryledu, fel y dangosir yn Ffigur 1. Ar y llaw arall, mae amodau tymheredd mewnblannu ïon yn is na rhai'r broses tryledu, a gall dosbarthiad dopio mwy hyblyg a chywir cael ei ffurfio.
Ffigur 1 Cymhariaeth o dechnolegau dopio tryledu a mewnblannu ïon mewn deunyddiau carbid silicon
Rhan 2
Sut i gyflawnisilicon carbidmewnblannu ïon
Mae'r offer mewnblannu ïon ynni uchel nodweddiadol a ddefnyddir yn y broses weithgynhyrchu proses carbid silicon yn bennaf yn cynnwys ffynhonnell ïon, plasma, cydrannau dyhead, magnetau dadansoddol, trawstiau ïon, tiwbiau cyflymu, siambrau proses, a disgiau sganio, fel y dangosir yn Ffigur 2.
Ffigur 2 Diagram sgematig o offer mewnblannu ïon ynni uchel carbid silicon
(Ffynhonnell: “Technoleg Gweithgynhyrchu Lled-ddargludyddion”)
Mae mewnblannu ïon SiC fel arfer yn cael ei wneud ar dymheredd uchel, a all leihau'r difrod i'r dellt grisial a achosir gan beledu ïon. Canyswafferi 4H-SiC, mae cynhyrchu ardaloedd math N fel arfer yn cael ei gyflawni trwy fewnblannu ïonau nitrogen a ffosfforws, a chynhyrchuP-mathcyflawnir ardaloedd fel arfer trwy fewnblannu ïonau alwminiwm ac ïonau boron.
Tabl 1. Enghraifft o gyffuriau dethol ym maes gweithgynhyrchu dyfeisiau SiC
(Ffynhonnell: Kimoto, Cooper, Hanfodion Technoleg Silicon Carbide: Twf, Nodweddu, Dyfeisiau a Chymwysiadau)
Ffigur 3 Cymhariaeth o fewnblaniad ïon ynni aml-gam a dosbarthiad crynodiad dopio arwyneb wafer
(Ffynhonnell: G.Lulli, Cyflwyniad i Mewnblannu Ion)
Er mwyn cyflawni crynodiad dopio unffurf yn yr ardal mewnblannu ïon, mae peirianwyr fel arfer yn defnyddio mewnblannu ïon aml-gam i addasu dosbarthiad crynodiad cyffredinol yr ardal fewnblannu (fel y dangosir yn Ffigur 3); yn y broses weithgynhyrchu broses wirioneddol, trwy addasu egni mewnblannu a dos mewnblannu'r mewnblanwr ïon, gellir rheoli crynodiad dopio a dyfnder dopio'r ardal fewnblannu ïon, fel y dangosir yn Ffigur 4. (a) a (b); mae'r mewnblanwr ïon yn perfformio mewnblaniad ïon unffurf ar wyneb y wafer trwy sganio wyneb y wafer sawl gwaith yn ystod y llawdriniaeth, fel y dangosir yn Ffigur 4. (c).
(c) Taflwybr symudiad y mewnblannwr ïon yn ystod y mewnblaniad ïon
Ffigur 4 Yn ystod y broses mewnblannu ïon, rheolir y crynodiad amhuredd a'r dyfnder trwy addasu'r egni a'r dos mewnblannu ïon
III
Proses anelio actifadu ar gyfer mewnblannu ïon carbid silicon
Y crynodiad, yr ardal ddosbarthu, y gyfradd activation, y diffygion yn y corff ac ar wyneb y mewnblaniad ïon yw prif baramedrau'r broses mewnblannu ïon. Mae yna lawer o ffactorau sy'n effeithio ar ganlyniadau'r paramedrau hyn, gan gynnwys dos mewnblannu, ynni, cyfeiriadedd grisial y deunydd, tymheredd mewnblannu, tymheredd anelio, amser anelio, amgylchedd, ac ati Yn wahanol i dopio mewnblannu ïon silicon, mae'n dal i fod yn anodd ei ïoneiddio'n llwyr amhureddau carbid silicon ar ôl dopio mewnblannu ïon. Gan gymryd y gyfradd ïoneiddio derbynnydd alwminiwm yn y rhanbarth niwtral o 4H-SiC fel enghraifft, ar grynodiad dopio o 1 × 1017cm-3, dim ond tua 15% yw'r gyfradd ïoneiddio derbynnydd ar dymheredd yr ystafell (fel arfer mae cyfradd ïoneiddiad silicon yn fras. 100%). Er mwyn cyflawni'r nod o gyfradd actifadu uchel a llai o ddiffygion, bydd proses anelio tymheredd uchel yn cael ei defnyddio ar ôl mewnblannu ïon i ailgrisialu'r diffygion amorffaidd a gynhyrchir yn ystod y mewnblannu, fel bod yr atomau sydd wedi'u mewnblannu yn mynd i mewn i'r safle amnewid ac yn cael eu gweithredu, fel y dangosir. yn Ffigur 5. Ar hyn o bryd, mae dealltwriaeth pobl o fecanwaith y broses anelio yn gyfyngedig o hyd. Rheolaeth a dealltwriaeth fanwl o'r broses anelio yw un o ffocws ymchwil mewnblannu ïon yn y dyfodol.
Ffigur 5 Diagram sgematig o'r newid trefniant atomig ar wyneb yr ardal mewnblannu ïon carbid silicon cyn ac ar ôl anelio mewnblannu ïon, lle mae Vsiyn cynrychioli swyddi gwag silicon, VCyn cynrychioli swyddi gwag carbon, Cicynrychioli atomau llenwi carbon, a Siicynrychioli atomau llenwi silicon
Yn gyffredinol, mae anelio actifadu ïon yn cynnwys anelio ffwrnais, anelio cyflym ac anelio laser. Oherwydd sychdarthiad atomau Si mewn deunyddiau SiC, nid yw'r tymheredd anelio yn gyffredinol yn fwy na 1800 ℃; mae'r awyrgylch anelio yn cael ei wneud yn gyffredinol mewn nwy anadweithiol neu wactod. Mae ïonau gwahanol yn achosi gwahanol ganolfannau diffygion mewn SiC ac mae angen tymereddau anelio gwahanol arnynt. O'r rhan fwyaf o ganlyniadau arbrofol, gellir dod i'r casgliad po uchaf yw'r tymheredd anelio, yr uchaf yw'r gyfradd actifadu (fel y dangosir yn Ffigur 6).
Ffigur 6 Effaith tymheredd anelio ar gyfradd actifadu trydanol mewnblannu nitrogen neu ffosfforws mewn SiC (ar dymheredd ystafell)
(Cyfanswm dos mewnblannu 1 × 1014cm-2)
(Ffynhonnell: Kimoto, Cooper, Hanfodion Technoleg Silicon Carbide: Twf, Nodweddu, Dyfeisiau a Chymwysiadau)
Mae'r broses anelio actifadu a ddefnyddir yn gyffredin ar ôl mewnblannu ïon SiC yn cael ei chynnal mewn awyrgylch Ar ar 1600 ℃ ~ 1700 ℃ i ailgrisialu'r wyneb SiC ac actifadu'r dopant, a thrwy hynny wella dargludedd yr ardal doped; cyn anelio, gellir gorchuddio haen o ffilm garbon ar yr wyneb wafer ar gyfer diogelu'r wyneb i leihau'r diraddio arwyneb a achosir gan ddadsugniad Si a mudo atomig arwyneb, fel y dangosir yn Ffigur 7; ar ôl anelio, gellir tynnu'r ffilm carbon trwy ocsidiad neu gyrydiad.
Ffigur 7 Cymhariaeth o garwedd arwyneb wafferi 4H-SiC gyda neu heb amddiffyniad ffilm carbon o dan dymheredd anelio 1800 ℃
(Ffynhonnell: Kimoto, Cooper, Hanfodion Technoleg Silicon Carbide: Twf, Nodweddu, Dyfeisiau a Chymwysiadau)
IV
Effaith proses mewnblannu ïon SiC a phroses anelio actifadu
Mae'n anochel y bydd mewnblannu ïon ac anelio actifadu dilynol yn cynhyrchu diffygion sy'n lleihau perfformiad dyfeisiau: diffygion pwynt cymhleth, diffygion pentyrru (fel y dangosir yn Ffigur 8), afleoliadau newydd, diffygion lefel egni bas neu ddwfn, dolenni dadleoli plân gwaelodol a symudiad dislocations presennol. Gan y bydd y broses beledu ïon ynni uchel yn achosi straen i'r wafer SiC, bydd y broses mewnblannu ïon tymheredd uchel ac ynni uchel yn cynyddu'r warpage wafferi. Mae'r problemau hyn hefyd wedi dod yn gyfeiriad y mae angen ei optimeiddio a'i astudio ar frys yn y broses weithgynhyrchu o fewnblannu ac anelio ïon SiC.
Ffigur 8 Diagram sgematig o'r gymhariaeth rhwng trefniant dellt 4H-SiC arferol a gwahanol ddiffygion pentyrru
(Ffynhonnell: Diffygion Nicolὸ Piluso 4H-SiC)
V.
Gwella proses mewnblannu ïon carbid silicon
(1) Cedwir ffilm denau ocsid ar wyneb yr ardal mewnblannu ïon i leihau maint y difrod mewnblannu a achosir gan fewnblannu ïon ynni uchel i wyneb yr haen epitaxial carbid silicon, fel y dangosir yn Ffigur 9. (a) .
(2) Gwella ansawdd y ddisg darged yn yr offer mewnblannu ïon, fel bod y wafer a'r ddisg darged yn ffitio'n agosach, mae dargludedd thermol y ddisg darged i'r wafer yn well, ac mae'r offer yn gwresogi cefn y wafer yn fwy unffurf, gan wella ansawdd mewnblannu ïon tymheredd uchel ac ynni uchel ar wafferi carbid silicon, fel y dangosir yn Ffigur 9. (b).
(3) Optimeiddio'r gyfradd codi tymheredd ac unffurfiaeth tymheredd yn ystod gweithrediad yr offer anelio tymheredd uchel.
Ffigur 9 Dulliau ar gyfer gwella'r broses mewnblannu ïon
Amser postio: Hydref-22-2024