সিলিকন কার্বাইড ডিভাইস তৈরির বিষয় (পর্ব 2)

আয়ন ইমপ্লান্টেশন হল অর্ধপরিবাহী পদার্থের বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্য পরিবর্তন করার জন্য একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ এবং প্রকারের অমেধ্য যোগ করার একটি পদ্ধতি। অমেধ্যের পরিমাণ এবং বিতরণ সুনির্দিষ্টভাবে নিয়ন্ত্রণ করা যেতে পারে।

পার্ট 1

কেন আয়ন ইমপ্লান্টেশন প্রক্রিয়া ব্যবহার করুন

পাওয়ার সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইস তৈরিতে, প্রথাগত P/N অঞ্চল ডোপিংসিলিকন ওয়েফারবিস্তার দ্বারা অর্জন করা যেতে পারে। যাইহোক, অপবিত্রতা পরমাণুর বিস্তার ধ্রুবকসিলিকন কার্বাইডঅত্যন্ত কম, তাই চিত্র 1-এ দেখানো হিসাবে ডিফিউশন প্রক্রিয়ার মাধ্যমে নির্বাচনী ডোপিং অর্জন করা অবাস্তব। অন্যদিকে, আয়ন ইমপ্লান্টেশনের তাপমাত্রা প্রসারণ প্রক্রিয়ার তুলনায় কম, এবং আরও নমনীয় এবং সঠিক ডোপিং বিতরণ করতে পারে। গঠন করা

চিত্র 1 সিলিকন কার্বাইড উপকরণে প্রসারণ এবং আয়ন ইমপ্লান্টেশন ডোপিং প্রযুক্তির তুলনা

পার্ট 2

কিভাবে অর্জন করা যায়সিলিকন কার্বাইডআয়ন ইমপ্লান্টেশন

সিলিকন কার্বাইড প্রক্রিয়াজাতকরণ প্রক্রিয়ায় ব্যবহৃত সাধারণ উচ্চ-শক্তি আয়ন ইমপ্লান্টেশন সরঞ্জামগুলিতে প্রধানত একটি আয়ন উৎস, প্লাজমা, অ্যাসপিরেশন উপাদান, বিশ্লেষণাত্মক চুম্বক, আয়ন বিম, ত্বরণ টিউব, প্রক্রিয়া চেম্বার এবং স্ক্যানিং ডিস্ক থাকে, যেমন চিত্র 2-এ দেখানো হয়েছে।

চিত্র 2 সিলিকন কার্বাইড উচ্চ-শক্তি আয়ন ইমপ্লান্টেশন সরঞ্জামের পরিকল্পিত চিত্র

(সূত্র: "সেমিকন্ডাক্টর ম্যানুফ্যাকচারিং টেকনোলজি")

SiC আয়ন ইমপ্লান্টেশন সাধারণত উচ্চ তাপমাত্রায় সঞ্চালিত হয়, যা আয়ন বোমা হামলার কারণে স্ফটিক জালির ক্ষতি কমিয়ে দিতে পারে। জন্য4H-SiC ওয়েফার, এন-টাইপ এলাকার উৎপাদন সাধারণত নাইট্রোজেন এবং ফসফরাস আয়ন রোপনের মাধ্যমে অর্জন করা হয় এবং এর উৎপাদনপি-টাইপএলাকাগুলি সাধারণত অ্যালুমিনিয়াম আয়ন এবং বোরন আয়ন রোপন করে অর্জন করা হয়।

সারণি 1. SiC ডিভাইস উত্পাদন নির্বাচনী ডোপিং উদাহরণ
(সূত্র: কিমোটো, কুপার, সিলিকন কার্বাইড প্রযুক্তির মৌলিক বিষয়: বৃদ্ধি, চরিত্রায়ন, ডিভাইস এবং অ্যাপ্লিকেশন)

চিত্র 3 মাল্টি-স্টেপ এনার্জি আয়ন ইমপ্লান্টেশন এবং ওয়েফার পৃষ্ঠের ডোপিং ঘনত্ব বন্টনের তুলনা

(সূত্র: G.Lulli, Introduction To Ion Implantation)

আয়ন ইমপ্লান্টেশন এলাকায় অভিন্ন ডোপিং ঘনত্ব অর্জনের জন্য, প্রকৌশলীরা সাধারণত ইমপ্লান্টেশন এলাকার সামগ্রিক ঘনত্ব বন্টন সামঞ্জস্য করতে বহু-পদক্ষেপ আয়ন ইমপ্লান্টেশন ব্যবহার করেন (চিত্র 3 এ দেখানো হয়েছে); প্রকৃত প্রক্রিয়া উত্পাদন প্রক্রিয়ায়, আয়ন ইমপ্লান্টারের ইমপ্লান্টেশন শক্তি এবং ইমপ্লান্টেশন ডোজ সামঞ্জস্য করে, আয়ন ইমপ্লান্টেশন এলাকার ডোপিং ঘনত্ব এবং ডোপিং গভীরতা নিয়ন্ত্রণ করা যেতে পারে, যেমন চিত্র 4 এ দেখানো হয়েছে। (a) এবং (b); আয়ন ইমপ্লান্টার ওয়েফার পৃষ্ঠে অভিন্ন আয়ন ইমপ্লান্টেশন সঞ্চালন করে অপারেশন চলাকালীন একাধিকবার ওয়েফার পৃষ্ঠ স্ক্যান করে, যেমন চিত্র 4. (c) এ দেখানো হয়েছে।

(c) আয়ন ইমপ্লান্টেশনের সময় আয়ন ইমপ্লান্টারের গতিপথ
চিত্র 4 আয়ন ইমপ্লান্টেশন প্রক্রিয়া চলাকালীন, অশুদ্ধতার ঘনত্ব এবং গভীরতা আয়ন ইমপ্লান্টেশন শক্তি এবং ডোজ সামঞ্জস্য করে নিয়ন্ত্রিত হয়

III

সিলিকন কার্বাইড আয়ন ইমপ্লান্টেশনের জন্য অ্যানিলিং প্রক্রিয়া সক্রিয়করণ

ঘনত্ব, বন্টন এলাকা, সক্রিয়করণের হার, শরীরে এবং আয়ন ইমপ্লান্টেশনের পৃষ্ঠে ত্রুটিগুলি আয়ন ইমপ্লান্টেশন প্রক্রিয়ার প্রধান পরামিতি। ইমপ্লান্টেশন ডোজ, শক্তি, উপাদানের স্ফটিক অভিযোজন, ইমপ্লান্টেশন তাপমাত্রা, অ্যানিলিং তাপমাত্রা, অ্যানিলিং সময়, পরিবেশ ইত্যাদি সহ এই পরামিতিগুলির ফলাফলগুলিকে প্রভাবিত করে এমন অনেক কারণ রয়েছে। সিলিকন আয়ন ইমপ্লান্টেশন ডোপিংয়ের বিপরীতে, এটি এখনও সম্পূর্ণরূপে আয়নাইজ করা কঠিন। আয়ন ইমপ্লান্টেশন ডোপিং পরে সিলিকন কার্বাইড এর অমেধ্য. উদাহরণ হিসাবে 4H-SiC-এর নিরপেক্ষ অঞ্চলে অ্যালুমিনিয়াম গ্রহণকারী আয়নকরণ হার গ্রহণ করলে, 1×1017cm-3 এর ডোপিং ঘনত্বে, গ্রহণকারী আয়নকরণ হার ঘরের তাপমাত্রায় প্রায় 15% হয় (সাধারণত সিলিকনের আয়নকরণের হার প্রায় 100%)। উচ্চ অ্যাক্টিভেশন রেট এবং কম ত্রুটির লক্ষ্য অর্জনের জন্য, আয়ন ইমপ্লান্টেশনের পরে একটি উচ্চ-তাপমাত্রা অ্যানিলিং প্রক্রিয়া ব্যবহার করা হবে ইমপ্লান্টেশনের সময় উত্পন্ন নিরাকার ত্রুটিগুলিকে পুনরায় ক্রিস্টাল করার জন্য, যাতে ইমপ্লান্ট করা পরমাণুগুলি প্রতিস্থাপনের জায়গায় প্রবেশ করে এবং সক্রিয় হয়, যেমন দেখানো হয়েছে চিত্র 5-এ। বর্তমানে, অ্যানিলিং প্রক্রিয়ার প্রক্রিয়া সম্পর্কে মানুষের উপলব্ধি এখনও সীমিত। অ্যানিলিং প্রক্রিয়ার নিয়ন্ত্রণ এবং গভীরভাবে বোঝা ভবিষ্যতে আয়ন ইমপ্লান্টেশনের গবেষণার অন্যতম কেন্দ্রবিন্দু।

চিত্র 5 আয়ন ইমপ্লান্টেশন অ্যানিলিংয়ের আগে এবং পরে সিলিকন কার্বাইড আয়ন ইমপ্লান্টেশন এলাকার পৃষ্ঠে পারমাণবিক বিন্যাসের পরিবর্তনের পরিকল্পিত চিত্র, যেখানে ভি_siসিলিকন শূন্যপদ প্রতিনিধিত্ব করে, ভি_Cকার্বন শূন্যপদ প্রতিনিধিত্ব করে, সি_iকার্বন ভরাট পরমাণু প্রতিনিধিত্ব করে, এবং Si_iসিলিকন ভরাট পরমাণু প্রতিনিধিত্ব করে

আয়ন অ্যাক্টিভেশন অ্যানিলিং এর মধ্যে সাধারণত ফার্নেস অ্যানিলিং, দ্রুত অ্যানিলিং এবং লেজার অ্যানিলিং অন্তর্ভুক্ত থাকে। SiC উপকরণে Si পরমাণুর পরমানন্দের কারণে, অ্যানিলিং তাপমাত্রা সাধারণত 1800℃ অতিক্রম করে না; অ্যানিলিং বায়ুমণ্ডল সাধারণত একটি নিষ্ক্রিয় গ্যাস বা ভ্যাকুয়ামে সঞ্চালিত হয়। বিভিন্ন আয়ন SiC-তে বিভিন্ন ত্রুটি কেন্দ্র সৃষ্টি করে এবং বিভিন্ন অ্যানিলিং তাপমাত্রার প্রয়োজন হয়। বেশিরভাগ পরীক্ষামূলক ফলাফল থেকে, এটি উপসংহারে আসা যেতে পারে যে অ্যানিলিং তাপমাত্রা যত বেশি হবে, সক্রিয়করণের হার তত বেশি হবে (ছবি 6 এ দেখানো হয়েছে)।

চিত্র 6 SiC তে নাইট্রোজেন বা ফসফরাস ইমপ্লান্টেশনের বৈদ্যুতিক সক্রিয়করণ হারের উপর অ্যানিলিং তাপমাত্রার প্রভাব (কক্ষের তাপমাত্রায়)
(মোট ইমপ্লান্টেশন ডোজ 1×1014cm-2)

(সূত্র: কিমোটো, কুপার, সিলিকন কার্বাইড প্রযুক্তির মৌলিক বিষয়: বৃদ্ধি, চরিত্রায়ন, ডিভাইস এবং অ্যাপ্লিকেশন)

SiC আয়ন ইমপ্লান্টেশনের পরে সাধারণত ব্যবহৃত অ্যাক্টিভেশন অ্যানিলিং প্রক্রিয়াটি 1600℃~1700℃ এ Ar বায়ুমণ্ডলে সঞ্চালিত হয় যাতে SiC পৃষ্ঠকে পুনরায় ক্রিস্টাল করা হয় এবং ডোপ্যান্টকে সক্রিয় করা হয়, যার ফলে ডোপড এলাকার পরিবাহিতা উন্নত হয়; অ্যানিলিং করার আগে, সি ডিসোর্পশন এবং পৃষ্ঠের পারমাণবিক স্থানান্তর দ্বারা সৃষ্ট পৃষ্ঠের অবক্ষয় কমাতে পৃষ্ঠ সুরক্ষার জন্য কার্বন ফিল্মের একটি স্তর ওয়েফার পৃষ্ঠের উপর প্রলিপ্ত করা যেতে পারে, যেমন চিত্র 7 এ দেখানো হয়েছে; অ্যানিলিং করার পরে, কার্বন ফিল্মটি জারণ বা ক্ষয় দ্বারা সরানো যেতে পারে।

চিত্র 7 1800 ℃ অ্যানিলিং তাপমাত্রার অধীনে কার্বন ফিল্ম সুরক্ষা সহ বা ছাড়া 4H-SiC ওয়েফারের পৃষ্ঠের রুক্ষতার তুলনা
(সূত্র: কিমোটো, কুপার, সিলিকন কার্বাইড প্রযুক্তির মৌলিক বিষয়: বৃদ্ধি, চরিত্রায়ন, ডিভাইস এবং অ্যাপ্লিকেশন)

IV

SiC আয়ন ইমপ্লান্টেশন এবং অ্যানিলিং প্রক্রিয়া সক্রিয়করণের প্রভাব

আয়ন ইমপ্লান্টেশন এবং পরবর্তী অ্যাক্টিভেশন অ্যানিলিং অনিবার্যভাবে ত্রুটিগুলি তৈরি করবে যা ডিভাইসের কার্যকারিতা হ্রাস করে: জটিল বিন্দু ত্রুটি, স্ট্যাকিং ত্রুটি (চিত্র 8 এ দেখানো হয়েছে), নতুন স্থানচ্যুতি, অগভীর বা গভীর শক্তি স্তরের ত্রুটি, বেসাল প্লেন ডিসলোকেশন লুপ এবং বিদ্যমান স্থানচ্যুতিগুলির চলাচল। যেহেতু উচ্চ-শক্তি আয়ন বোমাবাজি প্রক্রিয়া SiC ওয়েফারের উপর চাপ সৃষ্টি করবে, তাই উচ্চ-তাপমাত্রা এবং উচ্চ-শক্তি আয়ন ইমপ্লান্টেশন প্রক্রিয়া ওয়েফার ওয়ারপেজকে বাড়িয়ে তুলবে। এসআইসি আয়ন ইমপ্লান্টেশন এবং অ্যানিলিংয়ের উত্পাদন প্রক্রিয়াতে এই সমস্যাগুলি এমন দিকও হয়ে উঠেছে যা জরুরীভাবে অপ্টিমাইজ করা এবং অধ্যয়ন করা দরকার।

চিত্র 8 সাধারণ 4H-SiC জালি বিন্যাস এবং বিভিন্ন স্ট্যাকিং ফল্টের মধ্যে তুলনার পরিকল্পিত চিত্র

(সূত্র: Nicolὸ Piluso 4H-SiC ত্রুটি)

V.

সিলিকন কার্বাইড আয়ন ইমপ্লান্টেশন প্রক্রিয়ার উন্নতি

(1) সিলিকন কার্বাইড এপিটাক্সিয়াল স্তরের পৃষ্ঠে উচ্চ-শক্তি আয়ন ইমপ্লান্টেশন দ্বারা সৃষ্ট ইমপ্লান্টেশন ক্ষতির মাত্রা কমাতে আয়ন ইমপ্লান্টেশন এলাকার পৃষ্ঠে একটি পাতলা অক্সাইড ফিল্ম ধরে রাখা হয়, যেমন চিত্র 9 এ দেখানো হয়েছে। (ক) .

(2) আয়ন ইমপ্লান্টেশন সরঞ্জামগুলিতে লক্ষ্য ডিস্কের গুণমান উন্নত করুন, যাতে ওয়েফার এবং লক্ষ্য ডিস্ক আরও ঘনিষ্ঠভাবে ফিট হয়, ওয়েফারের লক্ষ্য ডিস্কের তাপ পরিবাহিতা আরও ভাল হয় এবং সরঞ্জামগুলি ওয়েফারের পিছনের অংশকে উত্তপ্ত করে। আরও সমানভাবে, সিলিকন কার্বাইড ওয়েফারগুলিতে উচ্চ-তাপমাত্রা এবং উচ্চ-শক্তি আয়ন ইমপ্লান্টেশনের গুণমান উন্নত করা, যেমনটি দেখানো হয়েছে চিত্র 9. (খ)।

(3) উচ্চ-তাপমাত্রা অ্যানিলিং সরঞ্জামগুলির অপারেশন চলাকালীন তাপমাত্রা বৃদ্ধির হার এবং তাপমাত্রার অভিন্নতা অপ্টিমাইজ করুন।

চিত্র 9 আয়ন ইমপ্লান্টেশন প্রক্রিয়া উন্নত করার পদ্ধতি