Jaké role hraje proces žíhání?

Při výrobě plátků je zpracování žíháním nepostradatelným zpracovatelským krokem. Žíhání je v podstatě řízený proces tepelného zpracování, který zahrnuje zahřátí křemíkových plátků na určitou teplotu (typicky mezi 600 °C a 1200 °C), jejich udržení po určitou dobu a jejich chlazení vhodnou rychlostí. Nemění makroskopický tvar waferů, ale opravuje a optimalizuje jejich vnitřní mikrostruktury.

Funkce žíhání

Přesnou regulací profilů ohřevu a chlazení může proces žíhání aktivovat atomy dopantu, opravit poškození mřížky, zmírnit vnitřní napětí a zlepšit elektrickou spolehlivost plátků. Tato kritická vylepšení výkonu pokládají pevný základ pro následné zpracování waferů a slouží jako základní předpoklad pro zajištění dlouhodobého stabilního provozu koncových polovodičových zařízení ve scénářích vysokého výkonu a vysoké integrace.

1. Aktivace atomů dopantů

Během implantace iontů jsou atomy dopantu s vysokou energií (např. bor, fosfor, arsen) vháněny do křemíkové mřížky jako střely. Většina atomů je uvězněna v intersticiálních místech nebo náhodných pozicích v elektricky neaktivním stavu - neschopném dodávat volné elektrony nebo díry, a proto selhává ve změně vodivosti křemíku. Žíhání dodává dostatečnou tepelnou energii, aby umožnilo těmto intersticiálním atomům migrovat, obsadit prázdná místa mřížky vytvořená poškozením implantace a integrovat se do krystalové mřížky. Tento proces je známý jako substituční aktivace. Pouze aktivované příměsi přispívají volnými nosiči náboje k vytvoření PN přechodů nebo vodivých kanálů. Bez žíhání existují implantované nečistoty pouze fyzicky v křemíku se zanedbatelným dopadem na elektrický výkon.

2. Oprava poškození mříže

Implantace vysokoenergetických iontů vytěsňuje atomy křemíku z míst mřížky a generuje četná volná místa, intersticiály a dokonce amorfní vrstvu o tloušťce několika až desítek nanometrů na povrchu waferu. Takové vadné mřížky trpí nízkou pohyblivostí nosiče a silným svodovým proudem. Během žíhání tepelná energie spouští vibrace, difúzi a přeskupování atomů křemíku. Amorfní oblasti rekrystalizují pomocí epitaxe na pevné fázi, aby se obnovily téměř dokonalé monokrystalické struktury, analogicky k obnově povrchu silnice s důlky v kráterech, aby se obnovila plochost a strukturální integrita.

3. Úleva od vnitřního stresu

Tepelné a mechanické napětí se hromadí v křemíkových plátcích během vysokoteplotní oxidace, nanášení tenkých vrstev a rychlých teplotních cyklů. Neuvolněné napětí způsobuje ohýbání plátku, prokluzování, selhání litografického zaměření nebo dokonce zlomeninu zařízení. Díky dobře navrženým teplotním profilům uvolňuje žíhání atomy mřížky, aby se rovnoměrně uvolnilo zbytkové napětí.

4. Zlepšení elektrické spolehlivostiNěkteré výrobní kroky zavádějí hluboké nečistoty, jako jsou těžké kovy (železo, měď), které tvoří rekombinační centra v zakázaném pásmu, čímž se drasticky snižuje životnost minoritních nosičů a zvyšuje se svodový proud. Vysokoteplotní žíhání pohání tyto nečistoty, aby difundovaly dovnitř a byly zachyceny povrchovými getrovacími vrstvami, čímž se čistí aktivní oblasti. Tento krok je zvláště důležitý pro zařízení citlivá na únik, jako jsou solární články a detektory.

Kontaktní telefon +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com