අයන තැන්පත් කිරීම යනු ඒවායේ විද්‍යුත් ගුණාංග වෙනස් කිරීම සඳහා අර්ධ සන්නායක ද්‍රව්‍යවලට නිශ්චිත ප්‍රමාණයක් සහ අපද්‍රව්‍ය එකතු කිරීමේ ක්‍රමයකි. අපද්‍රව්‍ය ප්‍රමාණය හා ව්‍යාප්තිය නිශ්චිතව පාලනය කළ හැක.
1 කොටස
අයන තැන්පත් කිරීමේ ක්‍රියාවලිය භාවිතා කරන්නේ ඇයි?
බලශක්ති අර්ධ සන්නායක උපාංග නිෂ්පාදනයේදී, සම්ප්රදායිකව P/N කලාපය මාත්රණය කිරීමසිලිකන් වේෆර්විසරණයෙන් ලබා ගත හැක. කෙසේ වෙතත්, අපිරිසිදු පරමාණු වල විසරණ නියතයසිලිකන් කාබයිඩ්අතිශයින් අඩු ය, එබැවින් රූප සටහන 1 හි පෙන්වා ඇති පරිදි විසරණ ක්‍රියාවලිය මගින් තෝරාගත් මාත්රණය සාක්ෂාත් කර ගැනීම යථාර්ථවාදී නොවේ. අනෙක් අතට, අයන තැන්පත් කිරීමේ උෂ්ණත්ව තත්ත්වයන් විසරණ ක්‍රියාවලියට වඩා අඩු වන අතර වඩාත් නම්‍යශීලී සහ නිවැරදි මාත්‍රණ බෙදා හැරීමක් සිදු කළ හැක. පිහිටුවනු ලැබේ.
රූප සටහන 1 සිලිකන් කාබයිඩ් ද්‍රව්‍යවල විසරණය සහ අයන තැන්පත් කිරීමේ මාත්‍රණ තාක්ෂණය සංසන්දනය කිරීම
2 කොටස
සාක්ෂාත් කර ගන්නේ කෙසේදසිලිකන් කාබයිඩ්අයන තැන්පත් කිරීම
සිලිකන් කාබයිඩ් ක්‍රියාවලි නිෂ්පාදන ක්‍රියාවලියේදී භාවිතා වන සාමාන්‍ය අධි ශක්ති අයන තැන්පත් කිරීමේ උපකරණ ප්‍රධාන වශයෙන් රූප සටහන 2 හි පෙන්වා ඇති පරිදි අයන ප්‍රභවයක්, ප්ලාස්මා, අභිලාෂක සංරචක, විශ්ලේෂණාත්මක චුම්බක, අයන කදම්භ, ත්වරණ නල, ක්‍රියාවලි කුටි සහ ස්කෑනිං තැටි වලින් සමන්විත වේ.
රූප සටහන 2 සිලිකන් කාබයිඩ් අධි ශක්ති අයන තැන්පත් කිරීමේ උපකරණවල ක්‍රමානුකූල රූප සටහන
(මූලාශ්රය: "අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදන තාක්ෂණය")
SiC අයන තැන්පත් කිරීම සාමාන්‍යයෙන් සිදු කරනු ලබන්නේ අධික උෂ්ණත්වයකදී වන අතර එමඟින් අයන බෝම්බ හෙලීම නිසා ඇති වන ස්ඵටික දැලිසට වන හානිය අවම කර ගත හැක. සඳහා4H-SiC වේෆර්, N-වර්ගයේ ප්‍රදේශ නිෂ්පාදනය සාමාන්‍යයෙන් සාක්ෂාත් කරගනු ලබන්නේ නයිට්‍රජන් සහ පොස්පරස් අයන තැන්පත් කිරීමෙන් සහ නිෂ්පාදනයP-වර්ගයසාමාන්‍යයෙන් ඇලුමිනියම් අයන සහ බෝරෝන් අයන බද්ධ කිරීමෙන් ප්‍රදේශ සාක්ෂාත් කරගනු ලැබේ.
වගුව 1. SiC උපාංග නිෂ්පාදනයේදී තෝරාගත් මාත්රණය පිළිබඳ උදාහරණය
(මූලාශ්රය: Kimoto, Cooper, Fundamentals of Silicon Carbide Technology: Growth, Characterization, Devices, and Applications)
රූප සටහන 3 බහු-පියවර බලශක්ති අයන තැන්පත් කිරීම සහ වේෆර් මතුපිට මාත්‍රණ සාන්ද්‍රණය ව්‍යාප්තිය සංසන්දනය කිරීම
(මූලාශ්රය: G.Lulli, Ion Implantation හැඳින්වීම)
අයන තැන්පත් කිරීමේ ප්‍රදේශයේ ඒකාකාර මාත්‍රණ සාන්ද්‍රණයක් ලබා ගැනීම සඳහා, ඉංජිනේරුවන් සාමාන්‍යයෙන් බහු-පියවර අයන තැන්පත් කිරීම භාවිතා කරනුයේ බද්ධ කිරීමේ ප්‍රදේශයේ සමස්ත සාන්ද්‍රණ ව්‍යාප්තිය සකස් කිරීම සඳහා (රූපය 3 හි පෙන්වා ඇති පරිදි); සත්‍ය ක්‍රියාවලි නිෂ්පාදන ක්‍රියාවලියේදී, අයන තැන්පත් කිරීමේ යන්ත්‍රයේ තැන්පත් කිරීමේ ශක්තිය සහ බද්ධ කිරීමේ මාත්‍රාව ගැලපීම මගින්, රූප සටහන 4. (a) සහ (b) හි පෙන්වා ඇති පරිදි, අයන තැන්පත් කිරීමේ ප්‍රදේශයේ මාත්‍රණ සාන්ද්‍රණය සහ මාත්‍රණ ගැඹුර පාලනය කළ හැකිය; රූප සටහන 4. (c) හි පෙන්වා ඇති පරිදි, ක්‍රියාකාරීත්වය අතරතුර ෙව්ෆර් මතුපිට කිහිප වතාවක් පරිලෝකනය කිරීම මගින් අයන තැන්පත් කරන්නා වේෆර් මතුපිට ඒකාකාර අයන තැන්පත් කිරීම සිදු කරයි.
(ඇ) අයන තැන්පත් කිරීමේදී අයන බද්ධ කිරීමේ ගමන් පථය
රූපය 4 අයන තැන්පත් කිරීමේ ක්‍රියාවලියේදී අයන තැන්පත් කිරීමේ ශක්තිය සහ මාත්‍රාව සකස් කිරීම මගින් අපිරිසිදු සාන්ද්‍රණය සහ ගැඹුර පාලනය කෙරේ.
III
සිලිකන් කාබයිඩ් අයන තැන්පත් කිරීම සඳහා සක්‍රීය කිරීමේ ඇනීලිං ක්‍රියාවලිය
අයන තැන්පත් කිරීමේ ක්‍රියාවලියේ ප්‍රධාන පරාමිතීන් වන්නේ සාන්ද්‍රණය, බෙදා හැරීමේ ප්‍රදේශය, සක්‍රීය වීමේ වේගය, ශරීරයේ සහ මතුපිට ඇති දෝෂයන් ය. මෙම පරාමිතිවල ප්‍රතිඵලවලට බලපාන බොහෝ සාධක ඇත, එනම් තැන්පත් කිරීමේ මාත්‍රාව, ශක්තිය, ද්‍රව්‍යයේ ස්ඵටික දිශානතිය, බද්ධ කිරීමේ උෂ්ණත්වය, නිර්වින්දන උෂ්ණත්වය, නිර්වින්දන කාලය, පරිසරය යනාදිය ඇත. සිලිකන් අයන බද්ධ කිරීමේ මාත්රණය මෙන් නොව, සම්පූර්ණයෙන්ම අයනීකරණය කිරීම තවමත් අපහසුය. අයන තැන්පත් කිරීමෙන් පසු සිලිකන් කාබයිඩ් වල අපද්‍රව්‍ය. උදාහරනයක් ලෙස 4H-SiC හි උදාසීන කලාපයේ ඇලුමිනියම් ප්‍රතිග්‍රාහක අයනීකරණ අනුපාතය ගතහොත්, 1×1017cm-3 මාත්‍රණ සාන්ද්‍රණයකදී, ප්‍රතිග්‍රාහක අයනීකරණ අනුපාතය කාමර උෂ්ණත්වයේ දී 15%ක් පමණ වේ (සාමාන්‍යයෙන් සිලිකන් අයනීකරණ අනුපාතය දළ වශයෙන් වේ. 100%). ඉහළ සක්‍රීය කිරීමේ වේගය සහ අඩු දෝෂ ඇතිවීමේ අරමුණ සාක්ෂාත් කර ගැනීම සඳහා, අයන තැන්පත් කිරීමෙන් පසු අධි-උෂ්ණත්ව නිර්වින්දන ක්‍රියාවලියක් භාවිතා කරනු ලබන්නේ තැන්පත් කිරීමේදී ජනනය වන අස්ඵටික දෝෂ නැවත ස්ඵටික කිරීම සඳහා ය. රූප සටහන 5. වර්තමානයේදී, ඇනීම් ක්‍රියාවලියේ යාන්ත්‍රණය පිළිබඳ මිනිසුන්ගේ අවබෝධය තවමත් සීමිතය. නිර්වින්දන ක්‍රියාවලිය පාලනය කිරීම සහ ගැඹුරින් අවබෝධ කර ගැනීම අනාගතයේ අයන තැන්පත් කිරීමේ පර්යේෂණ කේන්ද්‍රස්ථානයකි.
රූප සටහන 5 අයන තැන්පත් කිරීමට පෙර සහ පසු සිලිකන් කාබයිඩ් අයන තැන්පත් කිරීමේ ප්‍රදේශයේ මතුපිට පරමාණුක සැකැස්ම වෙනස් වීමේ ක්‍රමානුකූල රූප සටහන, එහිදී V.siසිලිකන් පුරප්පාඩු නියෝජනය කරයි, VCකාබන් පුරප්පාඩු නියෝජනය කරයි, Ciකාබන් පිරවුම් පරමාණු නියෝජනය කරයි, සහ Siiසිලිකන් පිරවුම් පරමාණු නියෝජනය කරයි
අයන සක්‍රීය කිරීමේ ඇනීලිං වලට සාමාන්‍යයෙන් ගිනි උදුන විවරණය, වේගවත් ඇනීලිං සහ ලේසර් ඇනීලිං ඇතුළත් වේ. SiC ද්‍රව්‍යවල Si පරමාණු උත්ප්‍රේරණය වීම හේතුවෙන්, සාමාන්‍යයෙන් 1800℃ ට වඩා වැඩි නොවේ. නිර්වින්දන වායුගෝලය සාමාන්‍යයෙන් නිෂ්ක්‍රිය වායුවක් හෝ රික්තයක් තුළ සිදු කෙරේ. විවිධ අයන SiC හි විවිධ දෝෂ මධ්‍යස්ථාන ඇති කරන අතර විවිධ උෂ්නත්වයන් අවශ්‍ය වේ. බොහෝ පර්යේෂණාත්මක ප්‍රතිපල වලින් නිගමනය කල හැක්කේ, ඇනීලිං උෂ්ණත්වය වැඩි වන තරමට සක්‍රීය වීමේ වේගය වැඩි වන බවයි (රූපය 6 හි පෙන්වා ඇති පරිදි).
රූප සටහන 6 SiC හි නයිට්‍රජන් හෝ පොස්පරස් බද්ධ කිරීමේ විද්‍යුත් සක්‍රීය කිරීමේ වේගය මත උෂ්ණත්වය නිර්ණය කිරීමේ බලපෑම (කාමර උෂ්ණත්වයේ දී)
(සම්පූර්ණ බද්ධ කිරීමේ මාත්‍රාව 1×1014cm-2)
(මූලාශ්රය: Kimoto, Cooper, Fundamentals of Silicon Carbide Technology: Growth, Characterization, Devices, and Applications)
SiC අයන තැන්පත් කිරීමෙන් පසු බහුලව භාවිතා වන සක්‍රීය කිරීමේ ඇනීලිං ක්‍රියාවලිය 1600℃~1700℃ හි Ar වායුගෝලයක් තුළ SiC මතුපිට නැවත ස්ඵටිකීකරණය කිරීමට සහ මාත්රණය සක්‍රිය කිරීමට, එමගින් මාත්රණය කළ ප්‍රදේශයේ සන්නායකතාව වැඩි දියුණු කිරීමට සිදු කෙරේ. Annealing කිරීමට පෙර, Si desorption සහ මතුපිට පරමාණු සංක්‍රමණය හේතුවෙන් ඇති වන පෘෂ්ඨීය පිරිහීම අවම කිරීම සඳහා, රූප සටහන 7 හි පෙන්වා ඇති පරිදි, මතුපිට ආරක්ෂාව සඳහා වේෆර් මතුපිට කාබන් පටල තට්ටුවක් ආලේප කළ හැක; නිර්වින්දනය කිරීමෙන් පසු කාබන් පටලය ඔක්සිකරණය හෝ විඛාදනයෙන් ඉවත් කළ හැකිය.
රූප සටහන 7 1800℃ නිර්වින්දන උෂ්ණත්වය යටතේ කාබන් පටල ආරක්ෂණය සහිත හෝ රහිත 4H-SiC වේෆර්වල මතුපිට රළු බව සංසන්දනය කිරීම
(මූලාශ්රය: Kimoto, Cooper, Fundamentals of Silicon Carbide Technology: Growth, Characterization, Devices, and Applications)
IV
SiC අයන තැන්පත් කිරීමේ සහ සක්‍රීය කිරීමේ ඇනීලිං ක්‍රියාවලියේ බලපෑම
අයන තැන්පත් කිරීම සහ පසුව සක්‍රිය කිරීම ඇනීල කිරීම අනිවාර්යයෙන්ම උපාංග ක්‍රියාකාරිත්වය අඩු කරන දෝෂ ඇති කරයි: සංකීර්ණ ලක්ෂ්‍ය දෝෂ, ගොඩගැසීමේ දෝෂ (රූපය 8 හි පෙන්වා ඇති පරිදි), නව විස්ථාපන, නොගැඹුරු හෝ ගැඹුරු ශක්ති මට්ටමේ දෝෂ, බාසල් තල විස්ථාපන ලූප සහ පවතින විස්ථාපනයේ චලනය. අධි ශක්ති අයන බෝම්බ හෙලීමේ ක්‍රියාවලිය SiC වේෆරයට ආතතිය ඇති කරන බැවින්, අධි-උෂ්ණත්ව සහ අධි-ශක්ති අයන තැන්පත් කිරීමේ ක්‍රියාවලිය වේෆර් යුධ පිටුව වැඩි කරයි. මෙම ගැටළු SiC අයන බද්ධ කිරීමේ සහ ඇනීම කිරීමේ නිෂ්පාදන ක්‍රියාවලියේ ප්‍රශස්තකරණය සහ අධ්‍යයනය කිරීම සඳහා කඩිනමින් අවශ්‍ය දිශාව බවට පත් වී ඇත.
රූප සටහන 8 සාමාන්‍ය 4H-SiC දැලි සැකැස්ම සහ විවිධ ගොඩගැසීමේ දෝෂ අතර සංසන්දනයේ ක්‍රමානුකූල රූප සටහන
(මූලාශ්රය: Nicolὸ Piluso 4H-SiC දෝෂ)
V.
සිලිකන් කාබයිඩ් අයන තැන්පත් කිරීමේ ක්‍රියාවලිය වැඩිදියුණු කිරීම
(1) රූප සටහන 9. (a) හි පෙන්වා ඇති පරිදි, සිලිකන් කාබයිඩ් එපිටාක්සියල් ස්ථරයේ මතුපිටට අධි ශක්ති අයන තැන්පත් කිරීම නිසා ඇතිවන බද්ධ කිරීමේ හානිය අවම කිරීම සඳහා අයන තැන්පත් කිරීමේ ප්‍රදේශයේ මතුපිට තුනී ඔක්සයිඩ් පටලයක් රඳවා තබා ගනී. .
(2) අයන තැන්පත් කිරීමේ උපකරණයේ ඉලක්ක තැටියේ ගුණාත්මක භාවය වැඩි දියුණු කිරීම, එවිට වේෆරය සහ ඉලක්ක තැටිය වඩාත් සමීපව ගැළපෙන පරිදි, ඉලක්ක තැටියේ තාප සන්නායකතාව වේෆරයට වඩා හොඳ වන අතර, උපකරණ වේෆරයේ පිටුපස රත් කරයි. වඩාත් ඒකාකාරව, සිලිකන් කාබයිඩ් වේෆර් මත අධි-උෂ්ණත්ව සහ අධි-ශක්ති අයන තැන්පත් කිරීමේ ගුණාත්මකභාවය වැඩි දියුණු කිරීම, පෙන්වා ඇති පරිදි රූපය 9. (ආ).
(3) උෂ්ණත්වය ඉහළ යාමේ වේගය සහ උෂ්ණත්වයේ ඒකාකාරිත්වය ඉහළ-උෂ්ණත්ව ඇනිලිං උපකරණ ක්‍රියාත්මක කිරීමේදී ප්‍රශස්ත කිරීම.
රූප සටහන 9 අයන තැන්පත් කිරීමේ ක්‍රියාවලිය වැඩිදියුණු කිරීමේ ක්‍රම
පසු කාලය: ඔක්තෝබර්-22-2024