【導讀】離子注入是SiC器件製造的重要工藝之一。通過離子注入，可以實現對n型區域和p型區域導電性控製。本文簡要介紹離子注入工藝及其注意事項。

離子注入是SiC器件製造的重要工藝之一。通過離子注入
，可以實現對n型區域和p型區域導電性控製。本文簡要介紹離子注入工藝及其注意事項。

SiC的雜質原子擴散係數非常小
，因此無法利用熱擴散工藝製造施主和受主等摻雜原子的器件結構（形成pn結）。因此，SiC器件的製造采用了基於離子注入工藝的摻雜技術：在SiC中進行離子注入時

，對於n型區域通常使用氮（N）或磷（P）
，這是容易低電阻化的施主元素，而對於p型區域則通常使用鋁（Al）作為受主元素。另外，用於Al離子注入的原料通常是固體

，要穩定地進行高濃度的Al離子注入，需要很多專業技術知識。SiC通過離子注入，n型
、p型均可獲得高濃度晶體，在器件製作方麵具有很大優勢。

向SiC注入離子時的加速電壓一般使用數百kV左右，對應的離子注入區域的深度為數百nm，比較淺。在SiC中zhong

，即ji使shi經jing過guo高gao溫wen工gong序xu，注zhu入ru後hou的de摻chan雜za元yuan素su濃nong度du在zai深shen度du方fang向xiang的de分fen布bu也ye幾ji乎hu保bao持chi不bu變bian。考kao慮lv到dao這zhe些xie因yin素su
，通tong過guo設she計ji離li子zi注zhu入ru工gong藝yi以yi獲huo得de所suo需xu特te性xing的de器qi件jian結jie構gou。另ling外wai，在zai進jin行xing高gao濃nong度du的de離li子zi注zhu入ru時shi
，需xu要yao特te別bie的de考kao慮lv。當dang注zhu入ru量liang大da時shi，SiC的晶體可能會損壞到不能維持原來晶體結構的程度，並且在後續工藝中可能會因加速氧化或過度升華等而出現障礙。當需要高濃度的Al離子注入時
，例如在形成低電阻的p型接觸區時，通過提高晶圓的溫度進行離子注入
，能夠大幅抑製注入損傷引起的SiC晶體的多結晶化

、非結晶化。另外，關於抑製高濃度離子注入對結晶造成的損傷
，已知在比較低的溫度下能夠有效果。

在(zai)進(jin)行(xing)離(li)子(zi)注(zhu)入(ru)後(hou)，高(gao)能(neng)量(liang)的(de)注(zhu)入(ru)離(li)子(zi)在(zai)晶(jing)體(ti)中(zhong)形(xing)成(cheng)了(le)很(hen)多(duo)微(wei)小(xiao)缺(que)陷(xian)，另(ling)外(wai)
，注(zhu)入(ru)的(de)原(yuan)子(zi)沒(mei)有(you)適(shi)當(dang)地(di)占(zhan)據(ju)晶(jing)格(ge)位(wei)置(zhi)，因(yin)此(ci)注(zhu)入(ru)區(qu)域(yu)的(de)電(dian)阻(zu)較(jiao)高(gao)。對(dui)於(yu)進(jin)行(xing)離(li)子(zi)注(zhu)入(ru)的(de)SiC晶圓，通過在惰性氣體氣氛中進行高溫（通常為1700℃以上）激活退火，形成p型、n型的低電阻區域。SiC器件製造過程中，離子注入和激活退火發生在晶圓製造過程的早期，因為激活退火是需要最高溫度的過程。

SiC的激活退火是在高溫下進行的，如果不采取措施，表麵的平整度會下降。由於器件結構形成在SiCwaiyanjingyuanbiaomiandeqiancengquyu，yincixuyaozaibuxishengbiaomianpingzhengdudeqingkuangxiajinxingjihuotuihuo。zaijihuotuihuoguochengzhong，tongchangshiyongtanxingchengdebomozuoweibiaomianbaohumo，yibaochiSiC表(biao)麵(mian)平(ping)坦(tan)。關(guan)於(yu)碳(tan)保(bao)護(hu)膜(mo)的(de)形(xing)成(cheng)方(fang)法(fa)，報(bao)道(dao)了(le)多(duo)種(zhong)工(gong)藝(yi)，包(bao)括(kuo)將(jiang)樹(shu)脂(zhi)塗(tu)在(zai)表(biao)麵(mian)並(bing)高(gao)溫(wen)硬(ying)化(hua)，采(cai)用(yong)濺(jian)射(she)法(fa)沉(chen)積(ji)碳(tan)膜(mo)等(deng)
，三(san)菱(ling)電(dian)機(ji)開(kai)發(fa)了(le)一(yi)種(zhong)獨(du)特(te)的(de)CVD方法，保證均勻性和高純度，形成適合高溫退火的碳保護膜。

作為參考，下麵介紹幾種離子注入
、激活退火後SiC表麵的形狀。圖1顯示的是改變溫度進行高濃度的Al注入，激活退火後SiC表麵的形狀。圖1、圖2分別是將SiC晶圓的溫度設定為150℃、200℃進行Al注入的結果。在150℃中，表麵呈多晶化，與此相對，200℃時SiC的晶體得以保持並形成階梯狀。這表明
，通過在200℃注入，注入引起的結晶崩塌
，在離子注入過程中得到了一定程度上的恢複。

圖1：150℃進行高濃度Al離子注入，激活退火後的SiC表麵照片

圖2：200℃進行高濃度Al離子注入，激活退火後的SiC表麵照片

圖3和圖4表示的是，有和沒有CVD法形成的碳保護膜
，激活退火後SiC表麵的AFM圖像。在沒有碳保護膜的情況下，SiC的表麵形成了20~50nm高度的大台階，平坦性劣化。表麵凹凸會影響元件的特性，例如會導致MOSFET的柵極氧化膜發生失效的漏電流。另一方麵，采用保護膜進行激活退火
，可得到RMS（rooted mean square）值達0.3nm的平坦表麵。CVD保護膜中幾乎不存在針孔等宏觀缺陷
，可以得到非常良好的表麵。另外，通過熱氧化、氧等離子照射等，可以容易地去除碳保護膜。

圖3：無碳保護膜，激活退火後SiC表麵的AFM圖像

圖4：有碳保護膜，激活退火後SiC表麵的AFM圖像

由於晶體原子有規律地排列，因此在晶體軸向進行離子注入時，離子沿著該方向注入到深處（溝道注入）。利用該現象，在較深的區域形成pn結的柱狀結構
，並嚐試製造SiC的SJ MOSFET（Super Junction MOSFET）。Si基SJ MOSFET已經產品化
，顯示出能夠大幅度降低導通電阻，但是在SiC中zhong還hai處chu於yu研yan究jiu開kai發fa的de階jie段duan。在zai溝gou道dao注zhu入ru中zhong，需xu要yao嚴yan密mi地di使shi離li子zi束shu的de方fang向xiang與yu晶jing體ti軸zhou的de方fang向xiang一yi致zhi等deng，還hai有you很hen多duo技ji術shu課ke題ti
，但dan是shi，如ru果guo能neng夠gou實shi現xian基ji於yuSiC的SJ MOSFET，特別是高耐壓MOSFET，能夠大幅度地提高性能，因此開發的進展備受期待。

關於三菱電機

三菱電機創立於1921年，是全球知名的綜合性企業。截止2024年3月31日的財年，集團營收52579億日元（約合美元348億）。作為一家技術主導型企業，三菱電機擁有多項專利技術
，並憑借強大的技術實力和良好的企業信譽在全球的電力設備、通信設備、工業自動化、電子元器件
、家電等市場占據重要地位。尤其在電子元器件市場，三菱電機從事開發和生產半導體已有68年。其半導體產品更是在變頻家電

、軌道牽引、工業與新能源、電動汽車
、模擬/數字通訊以及有線/無線通訊等領域得到了廣泛的應用。

文章來源：三菱電機半導體

免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在於傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問題，請聯係小編進行處理。

推薦閱讀：

在發送信號鏈設計中使用差分轉單端射頻放大器的優勢

隨時隨地享受大屏幕遊戲：讓便攜式 4K 超高清 240Hz 遊戲投影儀成為現實

工業峰會2024激發創新，推動智能能源技術發展

集成開關控製器如何提升係統能效？

【“源”察秋毫係列】下一代半導體氧化镓器件光電探測器應用與測試