Silicon Carbide စက်ထုတ်လုပ်ခြင်းဆိုင်ရာ အကြောင်းအရာများ (အပိုင်း 2)

Ion implantation သည် ၎င်းတို့၏ လျှပ်စစ်ဂုဏ်သတ္တိများကို ပြောင်းလဲရန် တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်း ပစ္စည်းများထဲသို့ အချို့သော ပမာဏနှင့် အညစ်အကြေးများကို ပေါင်းထည့်သည့် နည်းလမ်းတစ်ခုဖြစ်သည်။ အညစ်အကြေးပမာဏနှင့် ဖြန့်ဖြူးမှုကို တိကျစွာ ထိန်းချုပ်နိုင်သည်။

အပိုင်း ၁

Ion implantation process ကို ဘာကြောင့် သုံးတာလဲ။

ပါဝါတစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးကိရိယာများထုတ်လုပ်ရာတွင်၊ P/N ဒေသသည် သမားရိုးကျဆေးများဖြစ်သည်။ဆီလီကွန် wafersပျံ့နှံ့ခြင်းဖြင့် အောင်မြင်နိုင်သည်။ သို့သော်လည်း အက်တမ်များ၏ ပျံ့နှံ့မှုမှာ အဆက်မပြတ် ဖြစ်နေသည်။ဆီလီကွန်ကာဗိုက်အလွန်နည်းပါသည်၊ ထို့ကြောင့် ပုံ 1 တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း diffusion process ဖြင့် selective doping ကိုရရှိရန် လက်တွေ့မကျပါ။ အခြားတစ်ဖက်တွင်၊ ion implantation ၏အပူချိန်အခြေအနေများသည် diffusion process ထက်နည်းပြီး ပိုမိုပြောင်းလွယ်ပြင်လွယ်နှင့် တိကျသော doping distribution လုပ်နိုင်သည် ဖွဲ့စည်းရမည်။

ပုံ 1 ဆီလီကွန်ကာဗိုက်ပစ္စည်းများရှိ ပျံ့နှံ့မှုနှင့် အိုင်းယွန်းထည့်သွင်းခြင်း ဓာတုဗေဒဆေးနည်းပညာများကို နှိုင်းယှဉ်ခြင်း။

အပိုင်း ၂

ဘယ်လိုအောင်မြင်မလဲ။ဆီလီကွန်ကာဗိုက်အိုင်းယွန်း စိုက်ခြင်း။

ပုံ 2 တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း စီလီကွန်ကာဗိုက်ထုတ်လုပ်မှုလုပ်ငန်းစဉ်တွင်အသုံးပြုသည့် စွမ်းအင်မြင့်အိုင်းယွန်းစိုက်ကိရိယာများတွင် အဓိကအားဖြင့် အိုင်းယွန်းအရင်းအမြစ်၊ ပလာစမာ၊ Aspiration အစိတ်အပိုင်းများ၊ သရုပ်ခွဲသံလိုက်များ၊ အိုင်းယွန်းအလင်းတန်းများ၊ အရှိန်ပြွန်များ၊ လုပ်ငန်းစဉ်အခန်းများနှင့် စကင်ဖတ်စစ်ဆေးသည့်ဒစ်များ ပါဝင်ပါသည်။

ပုံ 2 ဆီလီကွန်ကာဗိုက် စွမ်းအင်မြင့် အိုင်းယွန်း အစားထိုး ကိရိယာ၏ ဇယားကွက်

(အရင်းအမြစ်- "Semiconductor ထုတ်လုပ်မှုနည်းပညာ")

SiC အိုင်းယွန်းထည့်သွင်းခြင်းကို အများအားဖြင့် မြင့်မားသောအပူချိန်တွင် ပြုလုပ်လေ့ရှိပြီး အိုင်းယွန်းဗုံးဒဏ်ကြောင့် ဖြစ်ပေါ်လာသော သလင်းကျောက်ပြားများ ပျက်စီးမှုကို အနည်းဆုံးဖြစ်စေနိုင်သည်။ အဘို့4H-SiC wafersနိုက်ထရိုဂျင်နှင့် ဖော့စဖရပ်အိုင်းယွန်းများ စိုက်ပျိုးခြင်းနှင့် ထုတ်လုပ်မှုအားဖြင့် N-type ဧရိယာများ ထုတ်လုပ်မှုကို အများအားဖြင့် အောင်မြင်သည်။P အမျိုးအစားများသောအားဖြင့် အလူမီနီယမ်အိုင်းယွန်းများနှင့် ဘိုရွန်အိုင်းယွန်းများကို စိုက်ခြင်းဖြင့် ရရှိကြသည်။

ဇယား 1. SiC စက်ပစ္စည်းထုတ်လုပ်ခြင်းတွင် ရွေးချယ်သော မူးယစ်ဆေးဝါးသုံးစွဲခြင်း နမူနာ
(အရင်းအမြစ်- Kimoto၊ Cooper၊ Silicon Carbide နည်းပညာ၏ အခြေခံများ- ကြီးထွားမှု၊ အသွင်အပြင်၊ ကိရိယာများနှင့် အသုံးချမှုများ)

ပုံ 3 အဆင့်ပေါင်းများစွာ စွမ်းအင် အိုင်းယွန်း စိုက်ခြင်းနှင့် wafer မျက်နှာပြင် မူးယစ်ဆေးဝါး ဖြန့်ဖြူးမှု နှိုင်းယှဉ်ချက်

(အရင်းအမြစ်- G.Lulli, Introduction To Ion Implantation)

အိုင်းယွန်းစိုက်ဧရိယာတွင် တူညီသောဆေးထည့်သည့်အာရုံစူးစိုက်မှုရရှိစေရန်အတွက်၊ အင်ဂျင်နီယာများသည် စိုက်ခင်းဧရိယာ၏ အာရုံစူးစိုက်မှုပျံ့နှံ့မှုကို ချိန်ညှိရန်အတွက် အင်ဂျင်နီယာများသည် များသောအားဖြင့် အဆင့်များစွာသော အိုင်းယွန်းစိုက်ခြင်းကို အသုံးပြုကြသည် (ပုံ 3 တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း)၊ ပုံ 4 တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း ion implantation စွမ်းအင်နှင့် implantation ပမာဏကို ချိန်ညှိခြင်းဖြင့် လက်တွေ့ထုတ်လုပ်မှု လုပ်ငန်းစဉ်တွင်၊ doping concentration နှင့် doping depth ကို ပုံ 4 တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း ထိန်းချုပ်နိုင်သည်။ (a) နှင့် (b); ပုံ 4 တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း လည်ပတ်နေစဉ်အတွင်း wafer မျက်နှာပြင်ကို အကြိမ်ပေါင်းများစွာ စကင်န်ဖတ်ခြင်းဖြင့် wafer မျက်နှာပြင်ပေါ်တွင် တူညီသောအိုင်းအုတ်ထည့်သွင်းခြင်းကို လုပ်ဆောင်သည်။ (ဂ)။

(ဂ) အိုင်းယွန်းထည့်သွင်းစဉ်အတွင်း အိုင်းယွန်းစိုက်ကိရိယာ၏ ရွေ့လျားမှုလမ်းကြောင်း
ပုံ 4 အိုင်းယွန်းစိုက်ခြင်းလုပ်ငန်းစဉ်အတွင်း၊ အိုင်းယွန်းထည့်သွင်းခြင်းစွမ်းအင်နှင့် ဆေးပမာဏကို ချိန်ညှိခြင်းဖြင့် မသန့်ရှင်းမှုအာရုံစူးစိုက်မှုနှင့် အတိမ်အနက်ကို ထိန်းချုပ်ထားသည်။

III

ဆီလီကွန်ကာဗိုက်အိုင်းယွန်းထည့်သွင်းခြင်းအတွက် အသက်သွင်းခြင်းလုပ်ငန်းစဉ်

အာရုံစူးစိုက်မှု၊ ဖြန့်ဖြူးမှုဧရိယာ၊ တက်ကြွမှုနှုန်း၊ ခန္ဓာကိုယ်အတွင်းရှိ ချို့ယွင်းချက်များနှင့် အိုင်းယွန်းထည့်သွင်းခြင်း၏ မျက်နှာပြင်ပေါ်တွင် အိုင်းယွန်းထည့်သွင်းခြင်းလုပ်ငန်းစဉ်၏ အဓိကကန့်သတ်ချက်များဖြစ်သည်။ အစားထိုးထည့်သွင်းမှုပမာဏ၊ စွမ်းအင်၊ ပစ္စည်း၏ပုံဆောင်ခဲတိမ်းညွှတ်မှု၊ စိုက်ခင်းအပူချိန်၊ လျှောချသည့်အပူချိန်၊ လျှောချသည့်အချိန်၊ ပတ်ဝန်းကျင်စသည်ဖြင့် ရလဒ်များကို အကျိုးသက်ရောက်စေသည့်အချက်များစွာရှိပါသည်။ ဆီလီကွန်အိုင်းယွန်းထည့်သွင်းထားသောဆေးများနှင့်မတူဘဲ လုံးလုံးအိုင်ယွန်ဓာတ်ပြုရန် ခက်ခဲနေသေးသည်။ ion implantation doping ပြီးနောက် ဆီလီကွန်ကာဗိုက်၏ အညစ်အကြေးများ။ ဥပမာအနေဖြင့် 4H-SiC ၏ ကြားနေဒေသရှိ အလူမီနီယံလက်ခံသည့် အိုင်ယွန်နိုင်မှုနှုန်းကို ယူ၍ 1×1017cm-3 ၏ doping concentration သည် အခန်းအပူချိန်တွင် 15% ခန့်သာရှိသည် (ပုံမှန်အားဖြင့် ဆီလီကွန်၏ အိုင်ယွန်အိုင်းယွန်းနှုန်းမှာ ခန့်မှန်းခြေအားဖြင့် 100%)။ မြင့်မားသောတက်ကြွမှုနှုန်းနှင့် ချို့ယွင်းချက်နည်းပါးသည့်ပန်းတိုင်ကို အောင်မြင်စေရန်အတွက် အစားထိုးထည့်သွင်းထားသောနေရာသို့ အက်တမ်များဝင်ရောက်ပြီး အသက်ဝင်လာစေရန် အိုင်းယွန်းထည့်သွင်းပြီးနောက် အပူချိန်မြင့်သည့်လုပ်ငန်းစဉ်ကို အသုံးပြုမည်ဖြစ်သည်။ ပုံ 5 တွင်။ လက်ရှိအချိန်တွင် ကြိတ်ခွဲခြင်းလုပ်ငန်းစဉ်၏ ယန္တရားအပေါ် လူအများ၏နားလည်မှုမှာ အကန့်အသတ်ရှိနေဆဲဖြစ်သည်။ annealing လုပ်ငန်းစဉ်ကို ထိန်းချုပ်ခြင်းနှင့် နက်ရှိုင်းစွာ နားလည်သဘောပေါက်ခြင်းသည် အနာဂတ်တွင် အိုင်းယွန်းစိုက်ခြင်း၏ သုတေသနပြုခြင်း၏ အဓိကအချက်များထဲမှ တစ်ခုဖြစ်သည်။

ပုံ 5 အက်တမ်အစီအစဉ်ပြောင်းလဲမှု၏ ဇယားကွက်တွင် ဆီလီကွန်ကာဗိုက်အိုင်းယွန်း စိုက်ခင်းဧရိယာ၏မျက်နှာပြင်ပေါ်ရှိ V_siဆီလီကွန် လစ်လပ်နေရာများကို ကိုယ်စားပြုသည်၊ V_Cကာဗွန်လစ်လပ်နေရာများကို ကိုယ်စားပြုသည်၊ C_iကာဗွန်ဖြည့်အက်တမ်များနှင့် Si ကိုကိုယ်စားပြုသည်။_iဆီလီကွန်ဖြည့်အက်တမ်များကို ကိုယ်စားပြုသည်။

Ion activation annealing သည် ယေဘုယျအားဖြင့် furnace annealing၊ လျင်မြန်စွာ annealing နှင့် laser annealing ပါဝင်သည်။ SiC ပစ္စည်းများရှိ Si အက်တမ်များ sublimation ကြောင့်၊ annealing temperature သည် ယေဘူယျအားဖြင့် 1800 ℃ထက်မပိုပါ။ annealing လေထုကို ယေဘုယျအားဖြင့် inert gas သို့မဟုတ် vacuum တွင် လုပ်ဆောင်သည်။ မတူညီသော အိုင်းယွန်းများသည် SiC တွင် မတူညီသော ချို့ယွင်းချက်စင်တာများကို ဖြစ်စေပြီး မတူညီသော အပူချိန်ကို လိုအပ်သည်။ စမ်းသပ်မှုရလဒ်အများစုအရ၊ annealing temperature မြင့်လေ၊ activated rate မြင့်လေ (ပုံ 6 တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း) ဖြစ်သည်ဟု ကောက်ချက်ချနိုင်ပါသည်။

ပုံ 6 SiC တွင် နိုက်ထရိုဂျင် သို့မဟုတ် ဖော့စဖရပ် စိုက်သွင်းမှု၏ လျှပ်စစ်လှုံ့ဆော်မှုနှုန်းအပေါ် လျှပ်စစ်ဓာတ်ပြုမှု အပူချိန်အပေါ် သက်ရောက်မှု (အခန်းအပူချိန်တွင်)
(စုစုပေါင်း စိုက်ဆေးပမာဏ 1×1014cm-2)

(အရင်းအမြစ်- Kimoto၊ Cooper၊ Silicon Carbide နည်းပညာ၏ အခြေခံများ- ကြီးထွားမှု၊ အသွင်အပြင်၊ ကိရိယာများနှင့် အသုံးချမှုများ)

SiC အိုင်းယွန်းထည့်သွင်းပြီးနောက် အသုံးများသောအသက်သွင်းခြင်းလုပ်ငန်းစဉ်ကို 1600 ℃ ~ 1700 ℃ တွင် Ar လေထုတွင်ပြုလုပ်ပြီး SiC မျက်နှာပြင်ကို ပြန်လည်ပုံသွင်းကာ အစွန်းအထင်းကို အသက်သွင်းကာ အသုံးပြုကာ doped area ၏ conductivity ကို ပိုမိုကောင်းမွန်စေပါသည်။ ပုံ 7 တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း Si desorption နှင့် မျက်နှာပြင်အက်တမ်ရွှေ့ပြောင်းခြင်းကြောင့်ဖြစ်သော မျက်နှာပြင်ပျက်စီးခြင်းကို လျှော့ချရန်အတွက် မျက်နှာပြင်ကာကွယ်ရန်အတွက် ကာဗွန်ဖလင်အလွှာကို wafer မျက်နှာပြင်ပေါ်တွင် ဖုံးအုပ်ထားနိုင်သည်။ လိမ်းပြီးနောက်၊ ကာဗွန်ဖလင်ကို ဓာတ်တိုးခြင်း သို့မဟုတ် ချေးချွတ်ခြင်းဖြင့် ဖယ်ရှားနိုင်သည်။

ပုံ 7 4H-SiC wafers များ၏ မျက်နှာပြင် ကြမ်းတမ်းမှုကို 1800 ℃ အပူချိန်အောက်တွင် ကာဗွန်ဖလင်ကာကွယ်မှု သို့မဟုတ် မရှိသော နှိုင်းယှဉ်ချက်
(အရင်းအမြစ်- Kimoto၊ Cooper၊ Silicon Carbide နည်းပညာ၏ အခြေခံများ- ကြီးထွားမှု၊ အသွင်အပြင်၊ ကိရိယာများနှင့် အသုံးချမှုများ)

IV

SiC ion implantation နှင့် activation annealing လုပ်ငန်းစဉ်၏ သက်ရောက်မှု

အိုင်းယွန်းထည့်သွင်းခြင်းနှင့် နောက်ဆက်တွဲအသက်သွင်းခြင်း လိမ်းကျံခြင်းသည် စက်ပစ္စည်းစွမ်းဆောင်ရည်ကို လျော့ကျစေသည့် ချို့ယွင်းချက်များကို မလွဲမသွေ ဖြစ်ပေါ်စေသည်- ရှုပ်ထွေးသောအချက်ချွတ်ယွင်းချက်များ၊ အထပ်လိုက်အမှားအယွင်းများ (ပုံ 8 တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း) အရွေ့အပြောင်းအသစ်များ၊ ရေတိမ်ပိုင်း သို့မဟုတ် နက်ရှိုင်းသောစွမ်းအင်အဆင့် ချို့ယွင်းချက်များ၊ အောက်ခြေလေယာဉ်အသွားအလာများသော ကွင်းဆက်များနှင့် ရှိပြီးသားအရွေ့အပြောင်းများ၏ ရွေ့လျားမှု။ စွမ်းအင်မြင့် အိုင်းယွန်း ဗုံးကြဲခြင်း လုပ်ငန်းစဉ်သည် SiC wafer အား ဖိစီးမှု ဖြစ်စေသောကြောင့်၊ အပူချိန်မြင့်ပြီး စွမ်းအင်မြင့် အိုင်းယွန်း စိုက်ထုတ်ခြင်း လုပ်ငန်းစဉ်သည် wafer warpage ကို တိုးမြင့်စေမည်ဖြစ်သည်။ ဤပြဿနာများသည် SiC ion implantation နှင့် annealing ၏ထုတ်လုပ်မှုလုပ်ငန်းစဉ်တွင် ပိုမိုကောင်းမွန်အောင်လုပ်ဆောင်ရန်နှင့် လေ့လာရန် အရေးတကြီးလိုအပ်သော ဦးတည်ချက်ဖြစ်လာပါသည်။

ပုံ 8 ပုံမှန် 4H-SiC ရာဇမတ်ကွက်များ စီစဉ်မှုနှင့် မတူညီသော stacking အမှားအယွင်းများအကြား နှိုင်းယှဉ်မှု၏ ဇယားကွက်ပုံ

(အရင်းအမြစ်- Nicolὸ Piluso 4H-SiC ချို့ယွင်းချက်များ)

V.

ဆီလီကွန်ကာဗိုက်အိုင်းယွန်းထည့်သွင်းခြင်းလုပ်ငန်းစဉ်ကို ပိုမိုကောင်းမွန်စေခြင်း။

(1) ပုံ 9 တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း စွမ်းအင်မြင့်မားသော အိုင်းယွန်း စိုက်ခြင်းကြောင့် ပျက်စီးသွားသော အိုင်းယွန်း စိုက်ဧရိယာ၏ မျက်နှာပြင်ပေါ်တွင် အောက်ဆိုဒ်ဖလင်တစ်ချပ်ကို သိမ်းဆည်းထားသည်။ (က)၊ .

(2) wafer နှင့် ပစ်မှတ်ဒစ်ကို ပိုမိုနီးကပ်စွာ လိုက်ဖက်စေရန်၊ ပစ်မှတ်ဒစ်နှင့် wafer ၏ အပူစီးကူးနိုင်မှု ပိုကောင်းလာပြီး စက်ပစ္စည်းများသည် wafer ၏ နောက်ကျောကို အပူပေးသည်။ ပုံ 9 တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း ဆီလီကွန်ကာဘိုင်ဝေဖာများတွင် အပူချိန်မြင့်ပြီး စွမ်းအင်မြင့်အိုင်းယွန်းထည့်သွင်းခြင်း၏ အရည်အသွေးကို ပိုမိုညီညီစွာ မြှင့်တင်ပေးခြင်း။

(၃) အပူချိန်မြင့်သော annealing ကိရိယာ၏လည်ပတ်မှုအတွင်း အပူချိန်မြင့်တက်မှုနှုန်းနှင့် အပူချိန်တူညီမှုကို ပိုမိုကောင်းမွန်အောင်ပြုလုပ်ပါ။

ပုံ 9 အိုင်းယွန်း စိုက်ခြင်း လုပ်ငန်းစဉ်ကို တိုးတက်စေမည့် နည်းလမ်းများ