അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ എന്നത് അർദ്ധചാലക വസ്തുക്കളിൽ അവയുടെ വൈദ്യുത ഗുണങ്ങൾ മാറ്റുന്നതിന് ഒരു നിശ്ചിത അളവും തരം മാലിന്യങ്ങളും ചേർക്കുന്ന ഒരു രീതിയാണ്. മാലിന്യങ്ങളുടെ അളവും വിതരണവും കൃത്യമായി നിയന്ത്രിക്കാനാകും.
ഭാഗം 1
എന്തുകൊണ്ടാണ് അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ പ്രക്രിയ ഉപയോഗിക്കുന്നത്
പവർ അർദ്ധചാലക ഉപകരണങ്ങളുടെ നിർമ്മാണത്തിൽ, പരമ്പരാഗതമായ P/N മേഖല ഡോപ്പിംഗ്സിലിക്കൺ വേഫറുകൾവ്യാപനം വഴി നേടാം. എന്നിരുന്നാലും, അശുദ്ധ ആറ്റങ്ങളുടെ വ്യാപന സ്ഥിരാങ്കംസിലിക്കൺ കാർബൈഡ്വളരെ കുറവാണ്, അതിനാൽ ചിത്രം 1 ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ ഡിഫ്യൂഷൻ പ്രക്രിയയിലൂടെ സെലക്ടീവ് ഡോപ്പിംഗ് നേടുന്നത് യാഥാർത്ഥ്യമല്ല. മറുവശത്ത്, അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ്റെ താപനില ഡിഫ്യൂഷൻ പ്രക്രിയയേക്കാൾ കുറവാണ്, മാത്രമല്ല കൂടുതൽ വഴക്കമുള്ളതും കൃത്യവുമായ ഡോപ്പിംഗ് വിതരണത്തിന് കഴിയും രൂപീകരിക്കപ്പെടും.
ചിത്രം 1 സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് മെറ്റീരിയലുകളിലെ ഡിഫ്യൂഷൻ, അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ ഡോപ്പിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യകളുടെ താരതമ്യം
ഭാഗം 2
എങ്ങനെ നേടാംസിലിക്കൺ കാർബൈഡ്അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ
സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് പ്രോസസ് നിർമ്മാണ പ്രക്രിയയിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന സാധാരണ ഹൈ-എനർജി അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ ഉപകരണങ്ങളിൽ പ്രധാനമായും ഒരു അയോൺ ഉറവിടം, പ്ലാസ്മ, ആസ്പിരേഷൻ ഘടകങ്ങൾ, അനലിറ്റിക്കൽ മാഗ്നറ്റുകൾ, അയോൺ ബീമുകൾ, ആക്സിലറേഷൻ ട്യൂബുകൾ, പ്രോസസ്സ് ചേമ്പറുകൾ, സ്കാനിംഗ് ഡിസ്കുകൾ എന്നിവ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു, ചിത്രം 2 ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു.
ചിത്രം 2 സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് ഹൈ എനർജി അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ ഉപകരണങ്ങളുടെ സ്കീമാറ്റിക് ഡയഗ്രം
(ഉറവിടം: "അർദ്ധചാലക നിർമ്മാണ സാങ്കേതികവിദ്യ")
SiC അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ സാധാരണയായി ഉയർന്ന ഊഷ്മാവിൽ നടത്തപ്പെടുന്നു, ഇത് അയോൺ ബോംബിംഗ് മൂലമുണ്ടാകുന്ന ക്രിസ്റ്റൽ ലാറ്റിസിൻ്റെ കേടുപാടുകൾ കുറയ്ക്കും. വേണ്ടി4H-SiC വേഫറുകൾ, നൈട്രജൻ, ഫോസ്ഫറസ് അയോണുകൾ ഘടിപ്പിച്ചാണ് N-തരം പ്രദേശങ്ങളുടെ ഉത്പാദനം സാധാരണയായി കൈവരിക്കുന്നത്.പി-തരംഅലൂമിനിയം അയോണുകളും ബോറോൺ അയോണുകളും ഘടിപ്പിച്ചാണ് സാധാരണയായി പ്രദേശങ്ങൾ കൈവരിക്കുന്നത്.
പട്ടിക 1. SiC ഉപകരണ നിർമ്മാണത്തിലെ സെലക്ടീവ് ഡോപ്പിംഗിൻ്റെ ഉദാഹരണം
(ഉറവിടം: കിമോട്ടോ, കൂപ്പർ, സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ അടിസ്ഥാനങ്ങൾ: വളർച്ച, സ്വഭാവം, ഉപകരണങ്ങൾ, പ്രയോഗങ്ങൾ)
ചിത്രം 3 മൾട്ടി-സ്റ്റെപ്പ് എനർജി അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ്റെയും വേഫർ ഉപരിതല ഡോപ്പിംഗ് കോൺസൺട്രേഷൻ വിതരണത്തിൻ്റെയും താരതമ്യം
(ഉറവിടം: ജി.ലുല്ലി, അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ്റെ ആമുഖം)
അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ ഏരിയയിൽ ഏകീകൃത ഡോപ്പിംഗ് കോൺസൺട്രേഷൻ നേടുന്നതിന്, എഞ്ചിനീയർമാർ സാധാരണയായി മൾട്ടി-സ്റ്റെപ്പ് അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ ഉപയോഗിച്ച് ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ ഏരിയയുടെ മൊത്തത്തിലുള്ള ഏകാഗ്രത വിതരണം ക്രമീകരിക്കുന്നു (ചിത്രം 3 ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നത് പോലെ); യഥാർത്ഥ പ്രക്രിയ നിർമ്മാണ പ്രക്രിയയിൽ, അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്ററിൻ്റെ ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ ഊർജ്ജവും ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ ഡോസും ക്രമീകരിക്കുന്നതിലൂടെ, അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ ഏരിയയുടെ ഡോപ്പിംഗ് കോൺസൺട്രേഷനും ഡോപ്പിംഗ് ഡെപ്‌ത്തും നിയന്ത്രിക്കാൻ കഴിയും, ചിത്രം 4. (a) ഉം (b); ചിത്രം 4. (സി) ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ഓപ്പറേഷൻ സമയത്ത് വേഫർ ഉപരിതലം ഒന്നിലധികം തവണ സ്കാൻ ചെയ്തുകൊണ്ട് അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റർ വേഫർ പ്രതലത്തിൽ യൂണിഫോം അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ നടത്തുന്നു.
(സി) അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ സമയത്ത് അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്ററിൻ്റെ ചലന പാത
ചിത്രം 4 അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ പ്രക്രിയയിൽ, അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ ഊർജ്ജവും ഡോസും ക്രമീകരിച്ചുകൊണ്ട് അശുദ്ധി സാന്ദ്രതയും ആഴവും നിയന്ത്രിക്കപ്പെടുന്നു
III
സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റേഷനായി സജീവമാക്കൽ അനീലിംഗ് പ്രക്രിയ
ഏകാഗ്രത, വിതരണ മേഖല, സജീവമാക്കൽ നിരക്ക്, ശരീരത്തിലെയും അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ്റെ ഉപരിതലത്തിലെയും തകരാറുകൾ എന്നിവയാണ് അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ പ്രക്രിയയുടെ പ്രധാന പാരാമീറ്ററുകൾ. ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ ഡോസ്, ഊർജ്ജം, മെറ്റീരിയലിൻ്റെ ക്രിസ്റ്റൽ ഓറിയൻ്റേഷൻ, ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ താപനില, അനീലിംഗ് താപനില, അനീലിംഗ് സമയം, പരിസ്ഥിതി മുതലായവ ഉൾപ്പെടെ ഈ പാരാമീറ്ററുകളുടെ ഫലങ്ങളെ ബാധിക്കുന്ന നിരവധി ഘടകങ്ങളുണ്ട്. സിലിക്കൺ അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ ഡോപ്പിംഗിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, പൂർണ്ണമായും അയോണീകരിക്കുന്നത് ഇപ്പോഴും ബുദ്ധിമുട്ടാണ്. അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ ഡോപ്പിംഗിന് ശേഷം സിലിക്കൺ കാർബൈഡിൻ്റെ മാലിന്യങ്ങൾ. 4H-SiC യുടെ ന്യൂട്രൽ മേഖലയിലെ അലുമിനിയം അക്സെപ്റ്റർ അയോണൈസേഷൻ നിരക്ക് ഉദാഹരണമായി എടുത്താൽ, 1×1017cm-3 ഡോപ്പിംഗ് കോൺസൺട്രേഷനിൽ, സ്വീകാര്യമായ അയോണൈസേഷൻ നിരക്ക് മുറിയിലെ താപനിലയിൽ ഏകദേശം 15% മാത്രമാണ് (സാധാരണയായി സിലിക്കണിൻ്റെ അയോണൈസേഷൻ നിരക്ക് ഏകദേശം ആണ്. 100%). ഉയർന്ന ആക്ടിവേഷൻ നിരക്കും കുറച്ച് വൈകല്യങ്ങളും എന്ന ലക്ഷ്യം കൈവരിക്കുന്നതിന്, ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ സമയത്ത് ഉണ്ടാകുന്ന രൂപരഹിതമായ വൈകല്യങ്ങൾ പുനഃസ്ഥാപിക്കുന്നതിന് അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റേഷനുശേഷം ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള അനീലിംഗ് പ്രക്രിയ ഉപയോഗിക്കും, അങ്ങനെ ഇംപ്ലാൻ്റ് ചെയ്ത ആറ്റങ്ങൾ സബ്സ്റ്റിറ്റ്യൂഷൻ സൈറ്റിലേക്ക് പ്രവേശിക്കുകയും സജീവമാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ചിത്രം 5-ൽ. നിലവിൽ, അനീലിംഗ് പ്രക്രിയയുടെ മെക്കാനിസത്തെക്കുറിച്ചുള്ള ആളുകളുടെ ധാരണ ഇപ്പോഴും പരിമിതമാണ്. അനീലിംഗ് പ്രക്രിയയുടെ നിയന്ത്രണവും ആഴത്തിലുള്ള ധാരണയും ഭാവിയിൽ അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ്റെ ഗവേഷണ കേന്ദ്രങ്ങളിൽ ഒന്നാണ്.
ചിത്രം 5 സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ ഏരിയയുടെ ഉപരിതലത്തിൽ അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ അനീലിംഗിന് മുമ്പും ശേഷവും സംഭവിക്കുന്ന ആറ്റോമിക് ക്രമീകരണത്തിൻ്റെ സ്കീമാറ്റിക് ഡയഗ്രം, ഇവിടെ വി.siസിലിക്കൺ ഒഴിവുകളെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു, വിCകാർബൺ ഒഴിവുകളെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു, സിiകാർബൺ പൂരിപ്പിക്കൽ ആറ്റങ്ങളെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു, കൂടാതെ Siiസിലിക്കൺ പൂരിപ്പിക്കൽ ആറ്റങ്ങളെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു
അയോൺ ആക്ടിവേഷൻ അനീലിംഗിൽ സാധാരണയായി ഫർണസ് അനീലിംഗ്, റാപ്പിഡ് അനീലിംഗ്, ലേസർ അനീലിംഗ് എന്നിവ ഉൾപ്പെടുന്നു. SiC പദാർത്ഥങ്ങളിലെ Si ആറ്റങ്ങളുടെ സപ്ലിമേഷൻ കാരണം, അനീലിംഗ് താപനില സാധാരണയായി 1800℃ കവിയുന്നില്ല; അനീലിംഗ് അന്തരീക്ഷം സാധാരണയായി ഒരു നിഷ്ക്രിയ വാതകത്തിലോ ശൂന്യതയിലോ ആണ് നടത്തുന്നത്. വ്യത്യസ്ത അയോണുകൾ SiC യിൽ വ്യത്യസ്ത വൈകല്യ കേന്ദ്രങ്ങൾക്ക് കാരണമാകുന്നു, കൂടാതെ വ്യത്യസ്ത അനീലിംഗ് താപനിലകൾ ആവശ്യമാണ്. മിക്ക പരീക്ഷണ ഫലങ്ങളിൽ നിന്നും, ഉയർന്ന അനീലിംഗ് താപനില, ഉയർന്ന ആക്ടിവേഷൻ നിരക്ക് (ചിത്രം 6 ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ) ആണെന്ന് നിഗമനം ചെയ്യാം.
ചിത്രം 6 SiC-ൽ (ഊഷ്മാവിൽ) നൈട്രജൻ അല്ലെങ്കിൽ ഫോസ്ഫറസ് ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ്റെ വൈദ്യുത ആക്ടിവേഷൻ നിരക്കിൽ അനീലിംഗ് താപനിലയുടെ പ്രഭാവം
(മൊത്തം ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ ഡോസ് 1×1014cm-2)
(ഉറവിടം: കിമോട്ടോ, കൂപ്പർ, സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ അടിസ്ഥാനങ്ങൾ: വളർച്ച, സ്വഭാവം, ഉപകരണങ്ങൾ, പ്രയോഗങ്ങൾ)
SiC അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റേഷനുശേഷം സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ആക്ടിവേഷൻ അനീലിംഗ് പ്രക്രിയ 1600℃~1700℃-ൽ ഒരു Ar അന്തരീക്ഷത്തിൽ SiC ഉപരിതലത്തെ വീണ്ടും ക്രിസ്റ്റലൈസ് ചെയ്യാനും ഡോപാൻ്റ് സജീവമാക്കാനും അതുവഴി ഡോപ്പഡ് ഏരിയയുടെ ചാലകത മെച്ചപ്പെടുത്താനും ചെയ്യുന്നു; അനീലിംഗിന് മുമ്പ്, ചിത്രം 7-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, Si നിർജ്ജലീകരണവും ഉപരിതല ആറ്റോമിക് മൈഗ്രേഷനും മൂലമുണ്ടാകുന്ന ഉപരിതല ശോഷണം കുറയ്ക്കുന്നതിന് ഉപരിതല സംരക്ഷണത്തിനായി വേഫർ ഉപരിതലത്തിൽ കാർബൺ ഫിലിമിൻ്റെ ഒരു പാളി പൂശാൻ കഴിയും; അനീലിംഗിന് ശേഷം, കാർബൺ ഫിലിം ഓക്സിഡേഷൻ അല്ലെങ്കിൽ നാശം വഴി നീക്കംചെയ്യാം.
ചിത്രം 7 1800℃ അനീലിംഗ് താപനിലയിൽ കാർബൺ ഫിലിം പ്രൊട്ടക്ഷൻ ഉള്ളതോ അല്ലാത്തതോ ആയ 4H-SiC വേഫറുകളുടെ ഉപരിതല പരുക്കൻ്റെ താരതമ്യം
(ഉറവിടം: കിമോട്ടോ, കൂപ്പർ, സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ അടിസ്ഥാനങ്ങൾ: വളർച്ച, സ്വഭാവം, ഉപകരണങ്ങൾ, പ്രയോഗങ്ങൾ)
IV
SiC അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ്റെയും ആക്റ്റിവേഷൻ അനീലിംഗ് പ്രക്രിയയുടെയും ആഘാതം
അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റേഷനും തുടർന്നുള്ള ആക്ടിവേഷൻ അനീലിംഗും ഉപകരണത്തിൻ്റെ പ്രകടനം കുറയ്ക്കുന്ന വൈകല്യങ്ങൾ ഉണ്ടാക്കും: സങ്കീർണ്ണമായ പോയിൻ്റ് വൈകല്യങ്ങൾ, സ്റ്റാക്കിംഗ് തകരാറുകൾ (ചിത്രം 8 ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നത് പോലെ), പുതിയ ഡിസ്ലോക്കേഷനുകൾ, ആഴം കുറഞ്ഞതോ ആഴത്തിലുള്ളതോ ആയ ഊർജ്ജ നില തകരാറുകൾ, ബേസൽ പ്ലെയിൻ ഡിസ്ലോക്കേഷൻ ലൂപ്പുകൾ, നിലവിലുള്ള ഡിസ്ലോക്കേഷനുകളുടെ ചലനം. ഉയർന്ന-ഊർജ്ജ അയോൺ ബോംബ്‌മെൻ്റ് പ്രക്രിയ SiC വേഫറിന് സമ്മർദ്ദം ഉണ്ടാക്കുമെന്നതിനാൽ, ഉയർന്ന താപനിലയും ഉയർന്ന ഊർജ്ജവും ഉള്ള അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ പ്രക്രിയ വേഫർ വാർപേജ് വർദ്ധിപ്പിക്കും. SiC അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ്റെയും അനീലിംഗിൻ്റെയും നിർമ്മാണ പ്രക്രിയയിൽ അടിയന്തിരമായി ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുകയും പഠിക്കുകയും ചെയ്യേണ്ട ദിശയായി ഈ പ്രശ്നങ്ങൾ മാറിയിരിക്കുന്നു.
ചിത്രം 8 സാധാരണ 4H-SiC ലാറ്റിസ് ക്രമീകരണവും വ്യത്യസ്ത സ്റ്റാക്കിംഗ് തകരാറുകളും തമ്മിലുള്ള താരതമ്യത്തിൻ്റെ സ്കീമാറ്റിക് ഡയഗ്രം
(ഉറവിടം: Nicolὸ Piluso 4H-SiC വൈകല്യങ്ങൾ)
V.
സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ പ്രക്രിയ മെച്ചപ്പെടുത്തൽ
(1) ചിത്രം 9-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് എപിറ്റാക്സിയൽ പാളിയുടെ ഉപരിതലത്തിലേക്ക് ഉയർന്ന ഊർജ്ജ അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ മൂലമുണ്ടാകുന്ന ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ നാശത്തിൻ്റെ അളവ് കുറയ്ക്കുന്നതിന് അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ ഏരിയയുടെ ഉപരിതലത്തിൽ ഒരു നേർത്ത ഓക്സൈഡ് ഫിലിം നിലനിർത്തുന്നു. (എ) .
(2) അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ ഉപകരണത്തിലെ ടാർഗെറ്റ് ഡിസ്കിൻ്റെ ഗുണനിലവാരം മെച്ചപ്പെടുത്തുക, അതുവഴി വേഫറും ടാർഗെറ്റ് ഡിസ്കും കൂടുതൽ അടുത്ത് യോജിക്കുന്നു, ടാർഗെറ്റ് ഡിസ്കിൻ്റെ താപ ചാലകത വേഫറിലേക്ക് മികച്ചതാണ്, കൂടാതെ ഉപകരണങ്ങൾ വേഫറിൻ്റെ പിൻഭാഗം ചൂടാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. കൂടുതൽ ഏകീകൃതമായി, ചിത്രം 9-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് വേഫറുകളിൽ ഉയർന്ന താപനിലയും ഉയർന്ന ഊർജ്ജവും ഉള്ള അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ്റെ ഗുണനിലവാരം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു. (ബി).
(3) ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള അനീലിംഗ് ഉപകരണങ്ങളുടെ പ്രവർത്തന സമയത്ത് താപനില വർദ്ധന നിരക്കും താപനില ഏകീകൃതതയും ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുക.
അയോൺ ഇംപ്ലാൻ്റേഷൻ പ്രക്രിയ മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനുള്ള ചിത്രം 9 രീതികൾ
പോസ്റ്റ് സമയം: ഒക്ടോബർ-22-2024