Какви роли играе процесът на отгряване?

При производството на пластини обработката с отгряване е незаменима стъпка на обработка. Отгряването по същество е контролиран процес на топлинна обработка, който включва нагряване на силициеви пластини до определена температура (обикновено между 600°C и 1200°C), задържането им за определен период от време и охлаждането им с подходяща скорост. Той не променя макроскопичната форма на вафлите, но поправя и оптимизира техните вътрешни микроструктури.

Функции на отгряването

Чрез прецизно регулиране на профилите на нагряване и охлаждане, процесът на отгряване може да активира добавъчните атоми, да поправи повредата на решетката, да облекчи вътрешното напрежение и да подобри електрическата надеждност на пластините. Тези критични подобрения на производителността полагат солидна основа за последваща обработка на пластини, служейки като основна предпоставка за осигуряване на дългосрочна стабилна работа на крайни полупроводникови устройства при сценарии с висока мощност и висока интеграция.

1. Активиране на допантни атоми

По време на имплантиране на йони, високоенергийни допантни атоми (напр. бор, фосфор, арсен) се забиват в силициевата решетка като куршуми. Повечето атоми се улавят в интерстициални места или произволни позиции в електрически неактивно състояние - неспособни да доставят свободни електрони или дупки и по този начин не успяват да променят проводимостта на силиция. Отгряването доставя достатъчно топлинна енергия, за да позволи на тези интерстициални атоми да мигрират, да заемат свободни места на решетката, създадени от имплантационно увреждане, и да се интегрират в кристалната решетка. Този процес е известен като заместващо активиране. Само активирани добавки допринасят за свободни носители на заряд за образуване на PN преходи или проводими канали. Без отгряване имплантираните примеси просто съществуват физически в силиций с незначително въздействие върху електрическите характеристики.

2. Ремонт на повреда на решетката

Високоенергийната йонна имплантация измества силициевите атоми от местата на решетката, генерирайки множество свободни места, интерстициали и дори аморфен слой с дебелина няколко до десетки нанометра върху повърхността на пластината. Такива дефектни решетки страдат от ниска мобилност на носителя и силен ток на утечка. По време на отгряване топлинната енергия предизвиква вибрации, дифузия и пренареждане на силициевите атоми. Аморфните региони прекристализират чрез епитаксия в твърда фаза, за да възстановят почти перфектните монокристални структури, аналогично на повторното настилка на издълбан от кратери път за възстановяване на плоскостта и структурната цялост.

3. Облекчаване на вътрешния стрес

Термично и механично напрежение се натрупва в силициевите пластини по време на високотемпературно окисление, отлагане на тънък слой и бърз температурен цикъл. Необлекченият стрес причинява извиване на пластини, плъзгащи се линии, неуспешно литографско фокусиране или дори счупване на устройството. Чрез добре проектирани температурни профили, отгряването отпуска атомите на решетката, за да освободи равномерно остатъчното напрежение.

4. Подобряване на електрическата надеждност Някои производствени стъпки въвеждат примеси на дълбоко ниво като тежки метали (желязо, мед), които образуват центрове за рекомбинация в забранената лента, намалявайки драстично живота на малцинствения носител и увеличавайки тока на утечка. Високотемпературното отгряване кара тези примеси да дифундират навътре и да бъдат уловени от повърхностните гетиращи слоеве, пречиствайки активните области. Тази стъпка е особено критична за устройства, чувствителни към течове, като слънчеви клетки и детектори.

Телефон за връзка +86-13567891907

Имейл: sales@semicorex.com