implantation ion ແມ່ນວິທີການຂອງການເພີ່ມຈໍານວນສະເພາະໃດຫນຶ່ງແລະປະເພດຂອງ impurities ເຂົ້າໄປໃນວັດສະດຸ semiconductor ເພື່ອປ່ຽນຄຸນສົມບັດໄຟຟ້າຂອງເຂົາເຈົ້າ. ປະລິມານແລະການແຜ່ກະຈາຍຂອງ impurities ສາມາດຄວບຄຸມໄດ້ຊັດເຈນ.
ພາກທີ 1
ເປັນຫຍັງຕ້ອງໃຊ້ຂະບວນການປູກຝັງ ion
ໃນການຜະລິດອຸປະກອນ semiconductor ພະລັງງານ, ການ doping ພາກພື້ນ P / N ຂອງພື້ນເມືອງwafers ຊິລິໂຄນສາມາດບັນລຸໄດ້ໂດຍການແຜ່ກະຈາຍ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ການແຜ່ກະຈາຍຄົງທີ່ຂອງອະຕອມ impurity ໃນຊິລິຄອນຄາໄບແມ່ນຕໍ່າທີ່ສຸດ, ສະນັ້ນມັນເປັນສິ່ງທີ່ບໍ່ສົມຈິງທີ່ຈະບັນລຸການເລືອກ doping ໂດຍຂະບວນການກະຈາຍ, ດັ່ງທີ່ສະແດງໃນຮູບ 1. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ເງື່ອນໄຂອຸນຫະພູມຂອງ ion implantation ແມ່ນຕ່ໍາກວ່າຂະບວນການແຜ່ກະຈາຍ, ແລະການແຜ່ກະຈາຍ doping ມີຄວາມຍືດຫຍຸ່ນແລະຖືກຕ້ອງຫຼາຍສາມາດ. ຖືກສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນ.
ຮູບທີ 1 ການປຽບທຽບການແຜ່ກະຈາຍ ແລະ ການປູກຝັງ ion ເຕັກໂນໂລຊີ doping ໃນວັດສະດຸ silicon carbide
ພາກທີ 2
ວິທີການບັນລຸຊິລິຄອນຄາໄບການປູກຝັງ ion
ອຸປະກອນການປູກຝັງ ion ພະລັງງານສູງແບບປົກກະຕິທີ່ໃຊ້ໃນຂະບວນການຜະລິດຊິລິໂຄນຄາໄບ້ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນປະກອບດ້ວຍແຫຼ່ງ ion, plasma, ອົງປະກອບຂອງຄວາມປາດຖະຫນາ, ການສະກົດຈິດການວິເຄາະ, ion beams, ທໍ່ເລັ່ງ, ຫ້ອງຂະບວນການ, ແລະແຜ່ນສະແກນ, ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 2.
ຮູບທີ 2 ແຜນວາດແຜນວາດຂອງອຸປະກອນປູກຝັງ ion ພະລັງງານສູງຂອງຊິລິຄອນຄາໄບ
(ແຫຼ່ງຂໍ້ມູນ: “ເທກໂນໂລຍີການຜະລິດ semiconductor”)
ການປູກຝັງຂອງ SiC ion ປົກກະຕິແລ້ວແມ່ນດໍາເນີນຢູ່ໃນອຸນຫະພູມສູງ, ເຊິ່ງສາມາດຫຼຸດຜ່ອນຄວາມເສຍຫາຍຕໍ່ແຜ່ນຜລຶກທີ່ເກີດຈາກການລະເບີດຂອງ ion. ສໍາລັບ4H-SiC wafers, ການຜະລິດຂອງພື້ນທີ່ N-type ປົກກະຕິແລ້ວແມ່ນບັນລຸໄດ້ໂດຍ implanting ໄນໂຕຣເຈນແລະ phosphorus ions, ແລະການຜະລິດຂອງ.P-typeພື້ນທີ່ແມ່ນບັນລຸໄດ້ຕາມປົກກະຕິໂດຍການປູກຝັງອາລູມິນຽມ ions ແລະ boron ions.
ຕາຕະລາງ 1. ຕົວຢ່າງຂອງ doping ເລືອກໃນການຜະລິດອຸປະກອນ SiC
(ແຫຼ່ງຂໍ້ມູນ: Kimoto, Cooper, ພື້ນຖານຂອງເຕັກໂນໂລຊີ Silicon Carbide: ການຂະຫຍາຍຕົວ, ລັກສະນະ, ອຸປະກອນ, ແລະຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ)
ຮູບທີ 3 ການປຽບທຽບການຝັງ ion ພະລັງງານຫຼາຍຂັ້ນຕອນ ແລະ ການແຜ່ກະຈາຍຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງ doping ດ້ານ wafer
(ທີ່ມາ: G.Lulli, Introduction To Ion Implantation)
ເພື່ອບັນລຸຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງ doping ເປັນເອກະພາບໃນພື້ນທີ່ implantation ion, ວິສະວະກອນປົກກະຕິແລ້ວໃຊ້ ion implantation ຫຼາຍຂັ້ນຕອນເພື່ອປັບການແຜ່ກະຈາຍຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນໂດຍລວມຂອງພື້ນທີ່ implantation (ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 3); ໃນຂະບວນການຜະລິດຕົວຈິງ, ໂດຍການປັບພະລັງງານຂອງ implantation ແລະປະລິມານ implantation ຂອງ implantation ion, ຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນ doping ແລະຄວາມເລິກ doping ຂອງພື້ນທີ່ implantation ion ສາມາດຄວບຄຸມໄດ້, ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 4. (a) ແລະ (b); implanter ion ປະຕິບັດ implantation ion ເປັນເອກະພາບໃນຫນ້າດິນ wafer ໂດຍການສະແກນຫນ້າ wafer ຫຼາຍຄັ້ງໃນລະຫວ່າງການປະຕິບັດງານ, ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 4. (c).
(c) ເສັ້ນທາງການເຄື່ອນໄຫວຂອງ ion implanter ໃນລະຫວ່າງການຝັງ ion
ຮູບທີ 4 ໃນລະຫວ່າງຂະບວນການປູກຝັງ ion, ຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງ impurity ແລະຄວາມເລິກແມ່ນຖືກຄວບຄຸມໂດຍການປັບພະລັງງານ ion implantation ແລະປະລິມານ.
III
ຂະບວນການຫມູນວຽນການເປີດໃຊ້ງານສໍາລັບການປູກຝັງຊິລິຄອນຄາໄບໄອອອນ
ຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນ, ພື້ນທີ່ການແຜ່ກະຈາຍ, ອັດຕາການກະຕຸ້ນ, ຂໍ້ບົກພ່ອງໃນຮ່າງກາຍແລະຫນ້າດິນຂອງ ion implantation ແມ່ນຕົວກໍານົດການຕົ້ນຕໍຂອງຂະບວນການ ion implantation. ມີຫຼາຍປັດໃຈທີ່ມີຜົນກະທົບຜົນໄດ້ຮັບຂອງຕົວກໍານົດການເຫຼົ່ານີ້, ລວມທັງປະລິມານ implantation, ພະລັງງານ, ທິດທາງໄປເຊຍກັນຂອງວັດສະດຸ, ອຸນຫະພູມ implantation, ອຸນຫະພູມ annealing, ທີ່ໃຊ້ເວລາ annealing, ສະພາບແວດລ້ອມ, ແລະອື່ນໆ. ຄວາມບໍ່ສະອາດຂອງ silicon carbide ຫຼັງຈາກ ion implantation doping. ເອົາອັດຕາການ ionization ຂອງອາລູມິນຽມໃນພາກພື້ນທີ່ເປັນກາງຂອງ 4H-SiC ເປັນຕົວຢ່າງ, ຢູ່ທີ່ຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງ doping ຂອງ 1 × 1017cm-3, ອັດຕາການ ionization ຂອງຕົວຍອມຮັບແມ່ນພຽງແຕ່ປະມານ 15% ໃນອຸນຫະພູມຫ້ອງ (ປົກກະຕິແລ້ວອັດຕາການ ionization ຂອງຊິລິຄອນແມ່ນປະມານ. 100%). ເພື່ອບັນລຸເປົ້າຫມາຍຂອງອັດຕາການກະຕຸ້ນສູງແລະຂໍ້ບົກພ່ອງຫນ້ອຍ, ຂະບວນການ annealing ອຸນຫະພູມສູງຈະຖືກນໍາໃຊ້ຫຼັງຈາກ ion implantation ເພື່ອ recrystallize ຂໍ້ບົກພ່ອງ amorphous ສ້າງຂຶ້ນໃນລະຫວ່າງການ implantation, ດັ່ງນັ້ນປະລໍາມະນູ implanted ເຂົ້າໄປໃນສະຖານທີ່ທົດແທນແລະ activated, ດັ່ງທີ່ສະແດງ. ໃນຮູບ 5. ໃນປັດຈຸບັນ, ຄວາມເຂົ້າໃຈຂອງປະຊາຊົນກ່ຽວກັບກົນໄກຂອງຂະບວນການຫມູນວຽນແມ່ນຍັງຈໍາກັດ. ການຄວບຄຸມແລະຄວາມເຂົ້າໃຈໃນຄວາມເລິກຂອງຂະບວນການ annealing ແມ່ນຫນຶ່ງໃນການຄົ້ນຄວ້າສຸມໃສ່ການ implantation ion ໃນອະນາຄົດ.
ຮູບທີ 5 ແຜນວາດແຜນວາດຂອງການປ່ຽນແປງການຈັດລຽງປະລໍາມະນູຢູ່ດ້ານຂອງພື້ນທີ່ປູກຝັງຂອງຊິລິຄອນຄາໄບ ion ກ່ອນ ແລະຫຼັງການເຊື່ອມສານ ion implantation, ບ່ອນທີ່ Vsiເປັນຕົວແທນຂອງ silicon vacancy, VCເປັນຕົວແທນຂອງຄາບອນທີ່ຫວ່າງງານ, Ciເປັນຕົວແທນຂອງອາຕອມຕື່ມຄາບອນ, ແລະ Siiເປັນຕົວແທນຂອງອາຕອມຕື່ມຊິລິໂຄນ
ການຫມູນວຽນການກະຕຸ້ນໄອອອນໂດຍທົ່ວໄປປະກອບມີການຫມູນວຽນໃນເຕົາ, ການຫມູນໄວແລະການເຊື່ອມເລເຊີ. ເນື່ອງຈາກ sublimation ຂອງປະລໍາມະນູ Si ໃນວັດສະດຸ SiC, ອຸນຫະພູມ annealing ໂດຍທົ່ວໄປບໍ່ເກີນ 1800 ℃; ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວບັນຍາກາດການຫມຸນແມ່ນດໍາເນີນຢູ່ໃນອາຍແກັສ inert ຫຼືສູນຍາກາດ. ions ທີ່ແຕກຕ່າງກັນເຮັດໃຫ້ເກີດຄວາມບົກຜ່ອງຂອງສູນທີ່ແຕກຕ່າງກັນໃນ SiC ແລະຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີອຸນຫະພູມ annealing ທີ່ແຕກຕ່າງກັນ. ຈາກຜົນການທົດລອງສ່ວນໃຫຍ່, ມັນສາມາດສະຫຼຸບໄດ້ວ່າອຸນຫະພູມການຫມູນວຽນສູງກວ່າ, ອັດຕາການກະຕຸ້ນທີ່ສູງຂຶ້ນ (ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 6).
ຮູບທີ່ 6 ຜົນກະທົບຂອງອຸນຫະພູມ annealing ກ່ຽວກັບອັດຕາການກະຕຸ້ນໄຟຟ້າຂອງໄນໂຕຣເຈນຫຼື phosphorus implantation ໃນ SiC (ໃນອຸນຫະພູມຫ້ອງ)
(ປະລິມານການປູກຝັງທັງໝົດ 1×1014cm-2)
(ແຫຼ່ງຂໍ້ມູນ: Kimoto, Cooper, ພື້ນຖານຂອງເຕັກໂນໂລຊີ Silicon Carbide: ການຂະຫຍາຍຕົວ, ລັກສະນະ, ອຸປະກອນ, ແລະຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ)
ຂະບວນການຫມູນວຽນການກະຕຸ້ນທີ່ໃຊ້ທົ່ວໄປຫຼັງຈາກການປູກຝັງ ion SiC ໄດ້ຖືກປະຕິບັດໃນບັນຍາກາດ Ar ທີ່ 1600 ℃ ~ 1700 ℃ເພື່ອ recrystallize ດ້ານ SiC ແລະກະຕຸ້ນ dopant, ດັ່ງນັ້ນການປັບປຸງການນໍາຂອງພື້ນທີ່ doped; ກ່ອນທີ່ຈະ annealing, ຊັ້ນຂອງຮູບເງົາກາກບອນສາມາດໄດ້ຮັບການເຄືອບເທິງຫນ້າດິນ wafer ສໍາລັບການປົກປ້ອງຫນ້າດິນເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນການເຊື່ອມໂຊມຂອງພື້ນຜິວທີ່ເກີດຈາກ Si desorption ແລະການເຄື່ອນຍ້າຍປະລໍາມະນູຂອງພື້ນຜິວ, ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 7; ຫຼັງຈາກ annealing, ຮູບເງົາກາກບອນສາມາດໄດ້ຮັບການໂຍກຍ້າຍອອກໂດຍການຜຸພັງຫຼື corrosion.
ຮູບທີ່ 7 ການປຽບທຽບຄວາມຫຍາບຂອງພື້ນຜິວຂອງ wafers 4H-SiC ທີ່ມີຫຼືບໍ່ມີການປົກປ້ອງຮູບເງົາກາກບອນພາຍໃຕ້ອຸນຫະພູມ 1800 ℃ annealing
(ແຫຼ່ງຂໍ້ມູນ: Kimoto, Cooper, ພື້ນຖານຂອງເຕັກໂນໂລຊີ Silicon Carbide: ການຂະຫຍາຍຕົວ, ລັກສະນະ, ອຸປະກອນ, ແລະຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ)
IV
ຜົນກະທົບຂອງ SiC ion implantation ແລະຂະບວນການ annealing ກະຕຸ້ນ
implantation ion ແລະການກະຕຸ້ນຕໍ່ມາ annealing inevitably ຜະລິດຂໍ້ບົກພ່ອງທີ່ຫຼຸດລົງປະສິດທິພາບອຸປະກອນ: ຄວາມບົກພ່ອງຂອງຈຸດສະລັບສັບຊ້ອນ, stacking faults (ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 8), dislocations ໃຫມ່, ຄວາມບົກພ່ອງຂອງລະດັບພະລັງງານຕື້ນຫຼືເລິກ, basal dislocation loops ແລະການເຄື່ອນໄຫວຂອງ dislocations ທີ່ມີຢູ່ແລ້ວ. ນັບຕັ້ງແຕ່ຂະບວນການລະເບີດ ion ພະລັງງານສູງຈະເຮັດໃຫ້ເກີດຄວາມກົດດັນກັບ wafer SiC, ຂະບວນການ implantation ion ທີ່ມີອຸນຫະພູມສູງແລະພະລັງງານສູງຈະເພີ່ມທະວີການ warpage wafer. ບັນຫາເຫຼົ່ານີ້ຍັງໄດ້ກາຍເປັນທິດທາງທີ່ເລັ່ງດ່ວນຕ້ອງໄດ້ຮັບການເພີ່ມປະສິດທິພາບແລະການສຶກສາໃນຂະບວນການຜະລິດຂອງ SiC ion implantation ແລະ annealing.
ຮູບທີ 8 ແຜນວາດແຜນວາດການປຽບທຽບລະຫວ່າງການຈັດວາງເສັ້ນໄຍ 4H-SiC ປົກກະຕິ ແລະຄວາມຜິດຂອງການວາງຊ້ອນກັນທີ່ແຕກຕ່າງກັນ
(ທີ່ມາ: Nicolὸ Piluso 4H-SiC Defects)
V.
ການປັບປຸງຂະບວນການປູກຝັງຊິລິຄອນຄາໄບໄອອອນ
(1) ແຜ່ນ oxide ບາງຖືກຮັກສາໄວ້ຢູ່ດ້ານຂອງພື້ນທີ່ປູກຝັງ ion ເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນລະດັບຄວາມເສຍຫາຍຂອງ implantation ທີ່ເກີດຈາກການ implantation ion ທີ່ມີພະລັງງານສູງກັບພື້ນຜິວຂອງຊັ້ນ epitaxial silicon carbide, ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 9. (a) .
(2) ປັບປຸງຄຸນນະພາບຂອງແຜ່ນເປົ້າຫມາຍໃນອຸປະກອນ ion implantation, ເພື່ອໃຫ້ wafer ແລະແຜ່ນເປົ້າຫມາຍທີ່ສອດຄ່ອງກັນຫຼາຍ, ການນໍາຄວາມຮ້ອນຂອງແຜ່ນເປົ້າຫມາຍທີ່ຈະ wafer ແມ່ນດີກວ່າ, ແລະອຸປະກອນເຮັດໃຫ້ຄວາມຮ້ອນກັບຄືນໄປບ່ອນຂອງ wafer ໄດ້. ເປັນເອກະພາບກັນຫຼາຍຂຶ້ນ, ປັບປຸງຄຸນນະພາບຂອງ implantation ion ທີ່ມີອຸນຫະພູມສູງແລະພະລັງງານສູງໃນ wafers silicon carbide, ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 9. (b).
(3) ເພີ່ມປະສິດທິພາບອັດຕາການເພີ່ມຂຶ້ນຂອງອຸນຫະພູມແລະຄວາມສອດຄ່ອງຂອງອຸນຫະພູມໃນລະຫວ່າງການປະຕິບັດງານຂອງອຸປະກອນການຫມຸນອຸນຫະພູມສູງ.
ຮູບທີ 9 ວິທີການປັບປຸງຂະບວນການປູກຝັງ ion
ເວລາປະກາດ: ຕຸລາ 22-2024