Кремний карбиді ионын имплантациялау және күйдіру процесіне кіріспе

Кремний карбидінің қуатты құрылғыларының қоспалау процестерінде 1-кестеде келтірілген иондану энергиялары мен ерігіштік шектері көрсетілген n-типті қоспалар үшін азот пен фосфор, ал p-типті қоспалар үшін алюминий мен бор жиі қолданылатын қоспаларға жатады (ескерту: алтыбұрышты (h) ) және текше (k)).

▲1-кесте. SiC-тегі негізгі қоспалардың иондану энергиясы және ерігіштік шектері

1-суретте SiC және Si құрамындағы негізгі қоспалардың температураға тәуелді диффузиялық коэффициенттері көрсетілген. Кремнийдегі қоспалар 1300°C шамасында жоғары температурада диффузиялық қоспалауға мүмкіндік беретін жоғары диффузиялық коэффициенттерді көрсетеді. Керісінше, кремний карбидіндегі фосфордың, алюминийдің, бордың және азоттың диффузиялық коэффициенттері айтарлықтай төмен, бұл қолайлы диффузия жылдамдығы үшін 2000 ° C-тан жоғары температураны қажет етеді. Жоғары температуралы диффузия әртүрлі мәселелерді тудырады, мысалы, электрлік өнімділікті төмендететін бірнеше диффузиялық ақаулар және маскалар ретінде жалпы фоторезисттердің үйлесімсіздігі, иондық имплантацияны кремний карбиді допинг үшін жалғыз таңдау етеді.

▲1-сурет. SiC және Si-дегі негізгі қоспалардың салыстырмалы диффузиялық константалары

Иондарды имплантациялау кезінде иондар субстраттың торлы атомдарымен соқтығысуы арқылы энергияны жоғалтады, энергияны осы атомдарға береді. Бұл тасымалданатын энергия атомдарды тормен байланыстыру энергиясынан босатып, олардың субстрат ішінде қозғалуына және басқа тор атомдарымен соқтығысуына, оларды ығыстыруына мүмкіндік береді. Бұл процесс басқаларды тордан босату үшін бос атомдардың жеткілікті энергиясы болмайынша жалғасады.

Қатысқан иондардың үлкен санына байланысты иондық имплантация субстрат бетінің жанында ауқымды тордың зақымдалуын тудырады, бұл доза және энергия сияқты имплантация параметрлеріне байланысты зақымдану дәрежесі. Артық дозалар субстрат бетінің жанындағы кристалдық құрылымды бұзып, оны аморфты етеді. Бұл тордың зақымдалуы бір кристалды құрылымға дейін жөнделуі және жасыту процесі кезінде қоспаларды белсендіруі керек.

Жоғары температурада жасыту атомдарға жылдам термиялық қозғалысқа ұшырай отырып, жылудан энергия алуға мүмкіндік береді. Олар ең аз бос энергиясы бар монокристалды тордағы позицияларға ауысқаннан кейін олар сонда орналасады. Осылайша, субстрат интерфейсінің жанындағы зақымдалған аморфты кремний карбиді және қоспа атомдары тор позицияларына қонып, тор энергиясымен байланысқан монокристалды құрылымды қалпына келтіреді. Бұл бір мезгілде торды жөндеу және қоспаны белсендіру жасыту кезінде орын алады.

Зерттеулер SiC-тегі қоспалардың активтену жылдамдығы мен күйдіру температурасы арасындағы байланыс туралы хабарлады (2а-сурет). Осы контекстте эпитаксиалды қабат та, субстрат та n-типті, азот пен фосфор 0,4 мкм тереңдікке имплантацияланған және жалпы мөлшері 1×10^14 см^-2. 2а-суретте көрсетілгендей, азот 1400°C температурада жасытудан кейін 10%-дан төмен активтену жылдамдығын көрсетеді, 1600°C температурада 90%-ға жетеді. Фосфордың әрекеті ұқсас, 90% белсендіру жылдамдығы үшін 1600 ° C күйдіру температурасын қажет етеді.

▲2а-сурет. SiC-тегі әртүрлі күйдіру температураларында әртүрлі элементтердің белсендіру жылдамдығы

P-типті иондарды имплантациялау процестері үшін алюминий әдетте бордың аномальді диффузиялық әсеріне байланысты қоспа ретінде пайдаланылады. n-типті имплантацияға ұқсас, 1600°C күйдіру алюминийдің белсендіру жылдамдығын айтарлықтай арттырады. Дегенмен, Негоро және т.б. Тіпті 500°C температурада да жоғары дозалы алюминий имплантациясымен парақ кедергісі 3000Ω/квадрат деңгейінде қанығу деңгейіне жеткенін және дозаны одан әрі арттыру қарсылықты төмендетпейтінін анықтады, бұл алюминий енді ионданбайтынын көрсетеді. Осылайша, қатты легирленген p-типті аймақтарды жасау үшін иондық имплантацияны пайдалану технологиялық мәселе болып қала береді.

▲2b-сурет. SiC-тегі әртүрлі элементтердің активтену жылдамдығы мен дозасының арасындағы байланыс

Қоспалардың тереңдігі мен концентрациясы иондарды имплантациялаудың маңызды факторлары болып табылады, құрылғының кейінгі электрлік өнімділігіне тікелей әсер етеді және оларды қатаң бақылау керек. Екінші иондық масс-спектрометрияны (SIMS) имплантациядан кейінгі қоспалардың тереңдігі мен концентрациясын өлшеу үшін пайдалануға болады.**