Silizio Karburo Ioien Ezarpen eta Errekuzitu Prozesuaren hastapena

Silizio karburoko potentzia-gailuen dopatze-prozesuetan, normalean erabiltzen diren dopatzaileak n motako dopinerako nitrogenoa eta fosforoa eta p motako dopingerako aluminioa eta boroa daude, haien ionizazio-energiak eta disolbagarritasun-mugekin 1. taulan (oharra: hexagonala (h). ) eta kubikoa (k)).

▲Taula 1. Dopante nagusien ionizazio-energiak eta disolbagarritasun-mugak SiC-n

1. irudiak SiC eta Si-n dopante nagusien tenperaturaren menpeko difusio-koefizienteak erakusten ditu. Silizioan dauden dopatzaileek difusio-koefiziente handiagoak erakusten dituzte, tenperatura altuko difusio-dopatzea ahalbidetuz 1300 °C inguruan. Aitzitik, fosforoaren, aluminioaren, boroaren eta nitrogenoaren difusio-koefizienteak silizio karburoan nabarmen baxuagoak dira, eta 2000 °C-tik gorako tenperaturak behar dira difusio-tasa arrazoizkoetarako. Tenperatura altuko difusioak hainbat arazo sartzen ditu, hala nola, errendimendu elektrikoa hondatzen duten difusio-akats anitz eta fotorresistentzia arrunten bateraezintasuna maskara gisa, ioi-inplantazioa silizio karburoko dopinerako aukera bakarra bihurtuz.

▲ 1. Irudia. Dopante nagusien difusio-konstante konparatiboak SiC eta Si-n

Ioiak inplantatzean, ioiek energia galtzen dute substratuko sareko atomoekin talka eginez, eta atomo horiei energia transferituz. Transferitzen den energia horrek atomoak sarearen lotura-energiatik askatzen ditu, substratuaren barruan mugitzeko eta beste sare-atomo batzuekin talka egiteko aukera emanez, desplazatuz. Prozesu honek jarraitzen du atomo askeak saretik beste batzuk askatzeko energia nahikorik izan ez duen arte.

Inplikatutako ioi-kantitate handia dela eta, ioiak ezartzeak sarearen kalte handiak eragiten ditu substratuaren gainazaletik gertu, eta inplantazio-parametroekin lotutako kalteen neurria dosia eta energia bezalakoak dira. Gehiegizko dosiek substratuaren gainazaletik gertu dagoen kristal-egitura suntsitu dezakete, amorfo bihurtuz. Sarearen kalte hori kristal bakarreko egitura batean konpondu behar da eta dopanteak aktibatu behar dira eraketa-prozesuan.

Tenperatura altuko errezisteak atomoek berotik energia irabazten dute, mugimendu termiko azkarra jasanez. Energia libre txikiena duten kristal bakarreko sarearen posizioetara mugitzen direnean, bertan finkatzen dira. Horrela, substratu-interfazetik gertu dauden silizio amorfo-karburo eta dopatzaile-atomo kaltetuak kristal bakarreko egitura berreraikitzen dute sareko posizioetan egokituz eta sareko energiaz lotuz. Sarearen aldibereko konponketa eta dopantearen aktibazio hori erretiroan gertatzen dira.

Ikerketek SiC-n dopanteen aktibazio-tasen eta annealing-tenperaturen arteko erlazioaren berri eman dute (2a irudia). Testuinguru honetan, geruza epitaxiala zein substratua n motakoak dira, nitrogenoa eta fosforoa 0,4μm-ko sakoneran ezarrita eta guztira 1×10^14 cm^-2-ko dosiarekin. 2a irudian ikusten den moduan, nitrogenoak % 10etik beherako aktibazio-tasa erakusten du 1400 °C-tan errekuzitu ondoren, eta 1600 °C-tan %90era iristen da. Fosforoaren portaera antzekoa da, % 90eko aktibazio-tasa lortzeko 1600 °C-ko erretilu-tenperatura behar du.

▲ 2a irudia. Elementu ezberdinen aktibazio-tasak SiC-ko hainbat errekote-tenperaturatan

P motako ioiak ezartzeko prozesuetarako, oro har, aluminioa erabiltzen da dopatzaile gisa, boroaren difusio efektu anomaliaren ondorioz. N motako inplantazioaren antzera, 1600 °C-tan errekuzitzeak aluminioaren aktibazio-tasa nabarmen hobetzen du. Hala ere, Negoro et al. aurkitu zuen 500 °C-tan ere, xaflaren erresistentzia 3000Ω/karratuan saturatzera iritsi zela aluminio dosi handiko inplantazioarekin, eta dosia gehiago handitzeak ez zuela erresistentzia murrizten, aluminioa jada ez dela ionizatzen adieraziz. Beraz, dopatutako p motako eskualdeak sortzeko ioien inplantazioa erabiltzea erronka teknologikoa izaten jarraitzen du.

▲ 2b irudia. SiC-n elementu desberdinen aktibazio-tasen eta dosiaren arteko erlazioa

Dopanteen sakonera eta kontzentrazioa faktore kritikoak dira ioiak ezartzeko, gailuaren ondorengo errendimendu elektrikoari zuzenean eragiten diotela eta zorrotz kontrolatu behar dira. Ioi Sekundarioen Masa Espektrometria (SIMS) erabil daiteke dopanteen sakonera eta kontzentrazioa neurtzeko.**