سلیکون کاربائیڈ ڈیوائس مینوفیکچرنگ کے بارے میں چیزیں (حصہ 2)

آئن امپلانٹیشن سیمی کنڈکٹر مواد میں ان کی برقی خصوصیات کو تبدیل کرنے کے لیے ایک خاص مقدار اور قسم کی نجاست کو شامل کرنے کا ایک طریقہ ہے۔ نجاست کی مقدار اور تقسیم کو قطعی طور پر کنٹرول کیا جا سکتا ہے۔

حصہ 1

آئن امپلانٹیشن کا عمل کیوں استعمال کریں۔

پاور سیمیکمڈکٹر آلات کی تیاری میں، روایتی کے P/N خطے ڈوپنگسلکان ویفرزبازی سے حاصل کیا جا سکتا ہے۔ تاہم، ناپاکی کے ایٹموں کا پھیلاؤ مسلسلسلکان کاربائیڈانتہائی کم ہے، لہذا ڈفیوژن کے عمل کے ذریعے منتخب ڈوپنگ حاصل کرنا غیر حقیقی ہے، جیسا کہ شکل 1 میں دکھایا گیا ہے۔ دوسری طرف، آئن امپلانٹیشن کے درجہ حرارت کی حالت بازی کے عمل سے کم ہوتی ہے، اور زیادہ لچکدار اور درست ڈوپنگ تقسیم کر سکتی ہے۔ تشکیل دیا جائے.

شکل 1 سلیکون کاربائیڈ مواد میں بازی اور آئن امپلانٹیشن ڈوپنگ ٹیکنالوجیز کا موازنہ

حصہ 2

کیسے حاصل کرنا ہے۔سلکان کاربائیڈآئن امپلانٹیشن

سلکان کاربائیڈ پروسیس مینوفیکچرنگ کے عمل میں استعمال ہونے والا عام ہائی انرجی آئن امپلانٹیشن کا سامان بنیادی طور پر آئن سورس، پلازما، اسپائریشن پرزے، تجزیاتی میگنےٹ، آئن بیم، ایکسلریشن ٹیوب، پروسیس چیمبرز، اور اسکیننگ ڈسکوں پر مشتمل ہوتا ہے، جیسا کہ شکل 2 میں دکھایا گیا ہے۔

تصویر 2 سلکان کاربائیڈ ہائی انرجی آئن امپلانٹیشن کے آلات کا اسکیمیٹک خاکہ

(ماخذ: "سیمی کنڈکٹر مینوفیکچرنگ ٹیکنالوجی")

SiC آئن امپلانٹیشن عام طور پر اعلی درجہ حرارت پر کی جاتی ہے، جو آئن بمباری کی وجہ سے کرسٹل جالی کو پہنچنے والے نقصان کو کم کر سکتی ہے۔ کے لیے4H-SiC ویفرزN قسم کے علاقوں کی پیداوار عام طور پر نائٹروجن اور فاسفورس آئنوں کی پیوند کاری سے حاصل کی جاتی ہے اورپی قسمعلاقوں کو عام طور پر ایلومینیم آئنوں اور بوران آئنوں کو لگا کر حاصل کیا جاتا ہے۔

جدول 1. SiC ڈیوائس مینوفیکچرنگ میں سلیکٹیو ڈوپنگ کی مثال
(ماخذ: Kimoto, Cooper, Fundamentals of Silicon Carbide Technology: Growth, Characterization, Devices, and Applications)

شکل 3 ملٹی سٹیپ انرجی آئن امپلانٹیشن اور ویفر سطح ڈوپنگ کنسنٹریشن ڈسٹری بیوشن کا موازنہ

(ماخذ: جی لولی، آئن امپلانٹیشن کا تعارف)

آئن امپلانٹیشن ایریا میں یکساں ڈوپنگ ارتکاز حاصل کرنے کے لیے، انجینئرز عام طور پر امپلانٹیشن ایریا کی مجموعی ارتکاز کی تقسیم کو ایڈجسٹ کرنے کے لیے ملٹی سٹیپ آئن امپلانٹیشن کا استعمال کرتے ہیں (جیسا کہ شکل 3 میں دکھایا گیا ہے)؛ اصل پراسیس مینوفیکچرنگ کے عمل میں، آئن امپلانٹر کی امپلانٹیشن انرجی اور امپلانٹیشن ڈوز کو ایڈجسٹ کرکے، آئن امپلانٹیشن ایریا کی ڈوپنگ ارتکاز اور ڈوپنگ گہرائی کو کنٹرول کیا جا سکتا ہے، جیسا کہ شکل 4 میں دکھایا گیا ہے۔ (a) اور (b)؛ آئن امپلانٹر آپریشن کے دوران ویفر کی سطح کو متعدد بار اسکین کرکے ویفر کی سطح پر یکساں آئن امپلانٹیشن کرتا ہے، جیسا کہ شکل 4 میں دکھایا گیا ہے۔ (c)۔

(c) آئن امپلانٹیشن کے دوران آئن امپلانٹر کی حرکت کی رفتار
تصویر 4 آئن امپلانٹیشن کے عمل کے دوران، آئن امپلانٹیشن انرجی اور خوراک کو ایڈجسٹ کرکے ناپاکی کے ارتکاز اور گہرائی کو کنٹرول کیا جاتا ہے۔

III

سلکان کاربائیڈ آئن امپلانٹیشن کے لیے ایکٹیویشن اینیلنگ کا عمل

ارتکاز، تقسیم کا علاقہ، ایکٹیویشن کی شرح، جسم میں نقائص اور آئن امپلانٹیشن کی سطح آئن امپلانٹیشن کے عمل کے اہم پیرامیٹرز ہیں۔ بہت سے عوامل ہیں جو ان پیرامیٹرز کے نتائج کو متاثر کرتے ہیں، بشمول امپلانٹیشن کی خوراک، توانائی، مواد کی کرسٹل واقفیت، امپلانٹیشن کا درجہ حرارت، اینیلنگ کا درجہ حرارت، اینیلنگ کا وقت، ماحول وغیرہ۔ سلیکون آئن امپلانٹیشن ڈوپنگ کے برعکس، مکمل طور پر آئنائز کرنا ابھی بھی مشکل ہے۔ آئن امپلانٹیشن ڈوپنگ کے بعد سلکان کاربائیڈ کی نجاست۔ مثال کے طور پر 4H-SiC کے غیر جانبدار علاقے میں ایلومینیم قبول کرنے والے آئنائزیشن کی شرح کو لے کر، 1×1017cm-3 کے ڈوپنگ ارتکاز میں، قبول کنندہ آئنائزیشن کی شرح کمرے کے درجہ حرارت پر صرف 15% ہے (عام طور پر سلکان کی آئنائزیشن کی شرح تقریباً 100%)۔ ہائی ایکٹیویشن ریٹ اور کم نقائص کے ہدف کو حاصل کرنے کے لیے، آئن امپلانٹیشن کے بعد ہائی ٹمپریچر اینیلنگ کے عمل کا استعمال کیا جائے گا تاکہ امپلانٹیشن کے دوران پیدا ہونے والے بے ساختہ نقائص کو دوبارہ سے بحال کیا جا سکے، تاکہ امپلانٹڈ ایٹم متبادل جگہ میں داخل ہو جائیں اور فعال ہو جائیں، جیسا کہ دکھایا گیا ہے۔ شکل 5 میں۔ فی الحال، اینیلنگ کے عمل کے طریقہ کار کے بارے میں لوگوں کی سمجھ اب بھی محدود ہے. اینیلنگ کے عمل کا کنٹرول اور گہرائی سے سمجھنا مستقبل میں آئن امپلانٹیشن کی تحقیق میں سے ایک ہے۔

تصویر 5 آئن امپلانٹیشن اینیلنگ سے پہلے اور بعد میں سلیکون کاربائیڈ آئن امپلانٹیشن ایریا کی سطح پر جوہری ترتیب کی تبدیلی کا اسکیمیٹک خاکہ، جہاں V_siسلکان خالی جگہوں کی نمائندگی کرتا ہے، V_Cکاربن خالی جگہوں کی نمائندگی کرتا ہے، C_iکاربن بھرنے والے ایٹموں کی نمائندگی کرتا ہے، اور Si_iسلکان بھرنے والے ایٹموں کی نمائندگی کرتا ہے۔

آئن ایکٹیویشن اینیلنگ میں عام طور پر فرنس اینیلنگ، ریپڈ اینیلنگ اور لیزر اینیلنگ شامل ہوتی ہے۔ SiC مواد میں سی ایٹموں کی سربلندی کی وجہ سے، اینیلنگ کا درجہ حرارت عام طور پر 1800 ℃ سے زیادہ نہیں ہوتا ہے۔ اینیلنگ ماحول عام طور پر ایک غیر فعال گیس یا ویکیوم میں کیا جاتا ہے۔ مختلف آئن سی سی میں مختلف خرابی کے مراکز کا سبب بنتے ہیں اور مختلف اینیلنگ درجہ حرارت کی ضرورت ہوتی ہے۔ زیادہ تر تجرباتی نتائج سے، یہ نتیجہ اخذ کیا جا سکتا ہے کہ اینیلنگ کا درجہ حرارت جتنا زیادہ ہوگا، ایکٹیویشن کی شرح اتنی ہی زیادہ ہوگی (جیسا کہ شکل 6 میں دکھایا گیا ہے)۔

تصویر 6 سی سی میں نائٹروجن یا فاسفورس امپلانٹیشن کی برقی ایکٹیویشن کی شرح پر اینیلنگ درجہ حرارت کا اثر (کمرے کے درجہ حرارت پر)
(کل امپلانٹیشن خوراک 1×1014cm-2)

(ماخذ: Kimoto, Cooper, Fundamentals of Silicon Carbide Technology: Growth, Characterization, Devices, and Applications)

SiC آئن امپلانٹیشن کے بعد عام طور پر استعمال ہونے والا ایکٹیویشن اینیلنگ کا عمل Ar ماحول میں 1600℃~1700℃ پر کیا جاتا ہے تاکہ SiC کی سطح کو دوبارہ کرسٹالائز کیا جا سکے اور ڈوپینٹ کو فعال کیا جا سکے، اس طرح ڈوپڈ ایریا کی چالکتا کو بہتر بنایا جا سکتا ہے۔ اینیلنگ سے پہلے، کاربن فلم کی ایک تہہ کو سطح کے تحفظ کے لیے ویفر کی سطح پر لیپ کیا جا سکتا ہے تاکہ سی ڈیسورپشن اور سطح کے جوہری منتقلی کی وجہ سے ہونے والی سطح کے انحطاط کو کم کیا جا سکے، جیسا کہ شکل 7 میں دکھایا گیا ہے۔ اینیلنگ کے بعد، کاربن فلم کو آکسیکرن یا سنکنرن کے ذریعے ہٹایا جا سکتا ہے۔

شکل 7 1800 ℃ اینیلنگ درجہ حرارت کے تحت کاربن فلم کے تحفظ کے ساتھ یا اس کے بغیر 4H-SiC ویفرز کی سطح کی کھردری کا موازنہ
(ماخذ: Kimoto, Cooper, Fundamentals of Silicon Carbide Technology: Growth, Characterization, Devices, and Applications)

IV

ایس سی آئن امپلانٹیشن اور ایکٹیویشن اینیلنگ کے عمل کا اثر

آئن امپلانٹیشن اور اس کے بعد ایکٹیویشن اینیلنگ لازمی طور پر ایسے نقائص پیدا کرے گی جو ڈیوائس کی کارکردگی کو کم کرتی ہیں: پیچیدہ پوائنٹ کے نقائص، اسٹیکنگ فالٹس (جیسا کہ شکل 8 میں دکھایا گیا ہے)، نئی سندچیوتی، اتلی یا گہری توانائی کی سطح کے نقائص، بیسل ہوائی جہاز کی نقل مکانی کے لوپ اور موجودہ نقل مکانی کی نقل و حرکت۔ چونکہ ہائی انرجی آئن بمباری کا عمل SiC ویفر پر تناؤ کا باعث بنے گا، اس لیے اعلی درجہ حرارت اور ہائی انرجی آئن امپلانٹیشن کا عمل ویفر وار پیج کو بڑھا دے گا۔ یہ مسائل بھی وہ سمت بن گئے ہیں جس کو فوری طور پر ایس آئی سی آئن امپلانٹیشن اور اینیلنگ کے مینوفیکچرنگ کے عمل میں بہتر بنانے اور مطالعہ کرنے کی ضرورت ہے۔

شکل 8 عام 4H-SiC جالی کے انتظام اور مختلف اسٹیکنگ فالٹس کے درمیان موازنہ کا اسکیمیٹک خاکہ

(ماخذ: Nicolὸ Piluso 4H-SiC نقائص)

V.

سلکان کاربائیڈ آئن امپلانٹیشن کے عمل میں بہتری

(1) آئن امپلانٹیشن ایریا کی سطح پر ایک پتلی آکسائیڈ فلم کو برقرار رکھا جاتا ہے تاکہ سلکان کاربائیڈ ایپیٹیکسیل تہہ کی سطح پر ہائی انرجی آئن امپلانٹیشن کی وجہ سے امپلانٹیشن نقصان کی ڈگری کو کم کیا جا سکے، جیسا کہ شکل 9 میں دکھایا گیا ہے۔ (a) .

(2) آئن امپلانٹیشن کے آلات میں ٹارگٹ ڈسک کے معیار کو بہتر بنائیں، تاکہ ویفر اور ٹارگٹ ڈسک زیادہ قریب سے فٹ ہو جائیں، ویفر میں ٹارگٹ ڈسک کی تھرمل چالکتا بہتر ہے، اور سامان ویفر کے پچھلے حصے کو گرم کرتا ہے۔ زیادہ یکساں طور پر، سلکان کاربائیڈ ویفرز پر اعلی درجہ حرارت اور اعلی توانائی والے آئن امپلانٹیشن کے معیار کو بہتر بنانا، جیسا کہ میں دکھایا گیا ہے۔ شکل 9. (ب)۔

(3) اعلی درجہ حرارت کے اینیلنگ آلات کے آپریشن کے دوران درجہ حرارت میں اضافے کی شرح اور درجہ حرارت کی یکسانیت کو بہتر بنائیں۔

تصویر 9 آئن امپلانٹیشن کے عمل کو بہتر بنانے کے طریقے