Какую роль играет процесс отжига?

При изготовлении пластин отжиг является обязательным этапом обработки. Отжиг — это, по сути, контролируемый процесс термообработки, который включает в себя нагрев кремниевых пластин до определенной температуры (обычно от 600°C до 1200°C), их выдержку в течение определенного времени и охлаждение с соответствующей скоростью. Он не изменяет макроскопическую форму пластин, но восстанавливает и оптимизирует их внутреннюю микроструктуру.

Функции отжига

Точно регулируя профили нагрева и охлаждения, процесс отжига может активировать атомы легирующей примеси, устранять повреждения решетки, снимать внутренние напряжения и повышать электрическую надежность пластин. Эти важные улучшения производительности закладывают прочную основу для последующей обработки пластин, служащие основным условием для обеспечения долгосрочной стабильной работы полупроводниковых устройств конечного использования в сценариях высокой мощности и высокой степени интеграции.

1. Активация легирующих атомов

Во время ионной имплантации высокоэнергетические атомы легирующих примесей (например, бора, фосфора, мышьяка) врезаются в решетку кремния, как пули. Большинство атомов застревают в межузельных узлах или случайных позициях в электрически неактивном состоянии, неспособном доставлять свободные электроны или дырки и, следовательно, не в состоянии изменить проводимость кремния. Отжиг обеспечивает достаточную тепловую энергию, чтобы эти межузельные атомы могли мигрировать, занимать вакантные места решетки, образовавшиеся в результате имплантационного повреждения, и интегрироваться в кристаллическую решетку. Этот процесс известен как заместительная активация. Только активированные примеси вносят свободные носители заряда в формирование PN-переходов или проводящих каналов. Без отжига имплантированные примеси просто физически существуют внутри кремния, оказывая незначительное влияние на электрические характеристики.

2. Ремонт повреждений решетки.

Имплантация высокоэнергетических ионов вытесняет атомы кремния из узлов решетки, создавая на поверхности пластины многочисленные вакансии, междоузлия и даже аморфный слой толщиной от нескольких до десятков нанометров. Такие дефектные решетки страдают от низкой подвижности носителей и сильного тока утечки. Во время отжига тепловая энергия вызывает вибрацию, диффузию и перестановку атомов кремния. Аморфные области рекристаллизуются посредством твердофазной эпитаксии, восстанавливая почти идеальные монокристаллические структуры, аналогично восстановлению покрытия дороги, изрытой кратерами, для восстановления плоскостности и структурной целостности.

3. Снятие внутреннего стресса

Термические и механические напряжения накапливаются в кремниевых пластинах во время высокотемпературного окисления, осаждения тонких пленок и быстрого температурного цикла. Неснятое напряжение приводит к изгибу пластины, появлению линий скольжения, неудачной фокусировке литографии или даже поломке устройства. Благодаря хорошо продуманным температурным профилям отжиг расслабляет атомы решетки, равномерно снимая остаточное напряжение.

4. Повышение электрической надежности. На некоторых этапах производства вводятся примеси глубокого уровня, такие как тяжелые металлы (железо, медь), которые образуют центры рекомбинации в запрещенной зоне, резко сокращая время жизни неосновных носителей и увеличивая ток утечки. Высокотемпературный отжиг заставляет эти примеси диффундировать внутрь и улавливаться поверхностными геттерными слоями, очищая активные области. Этот шаг особенно важен для устройств, чувствительных к утечкам, таких как солнечные элементы и детекторы.

Контактный телефон +86-13567891907.

Электронная почта: sales@semicorex.com