2. 半導体アニールの役割
2.1 半導体の電気的特性の向上
アニールプロセス中に、材料内の欠陥が修復され、材料内の不純物原子と転位が配置され、エネルギーバンド内の動的キャリアが少なくなり、エネルギー準位が比較的高密度になります。したがって、アニール後、半導体材料内の電子と正孔の濃度が増加し、キャリアの移動度が増加し、導電特性が大幅に向上します。
2.2 材料組織の調整
アニーリングにより材料の内部配置が整い、組織が改善されます。たとえば、溶融シリコンを室温でゆっくりと冷却すると、チップ内の構造面に崖が形成され、一定数の共有結合、水素原子、または欠陥原子が四分子を形成するまで局所密度が増加します。形状。アニーリング後、これらの局所的な崖は平滑化され、シート内の構造面が大幅に減少し、結晶形態が改善されます。
2.3 応力の除去
半導体デバイスの製造工程では、結晶材料にはプロセス、技術、温度などの要因によりある程度の応力が発生し、これを適切に除去しないと半導体デバイスの電気的性能に影響を及ぼします。アニーリングにより応力が除去され、材料内に平衡状態が形成され、格子歪みが緩和され、格子欠陥や不純物の数とサイズが減少し、半導体デバイスの信頼性が向上します。
3. 半導体アニールの一般的なプロセス
半導体アニールプロセスは、半導体デバイスの製造において広く使用されています。たとえば、CMOS プロセスでは、アニーリングによってトランジスタの電気的性能と信頼性が向上します。太陽電池の製造では、アニーリングによって太陽電池の変換効率が向上し、LED の製造では、アニーリングによって LED の発光効率と安定性が向上します。
半導体アニールに影響を与える要因には、主に温度、時間、雰囲気、材料の種類、材料の状態が含まれますが、その中で温度は半導体アニールの効果に影響を与える最も重要な要素です。一般的なアニールプロセスは、熱アニール、光アニール、電子ビームアニール、レーザーアニールなどに分類できますが、このうち熱アニールが最も一般的に使用されるアニール方法です。
3.1 熱アニール
1. 熱アニーリング：温度を上げ、材料を一定時間加熱した後、ゆっくりと冷却します。熱アニールは、より一般的に使用される半導体アニール方法です。通常、不活性雰囲気中での加熱が必要です。一般的に使用される不活性ガスには、窒素、水素、アルゴンなどが含まれます。
2. 急速熱アニーリング: 急速熱アニーリングは、一般にレーザーまたはその他のエネルギー源を使用して材料表面を急速に加熱し、その後空気中で急速に冷却する急速熱アニーリング プロセスです。急速熱アニーリングは結晶欠陥を特に良好に修復し、材料の電気的特性を効果的に制御できます。
3.2 レーザーアニール
レーザーアニール技術は、精密なパルスレーザーエネルギー制御と瞬間的な高いパルスエネルギーの特性を利用し、レーザー装置による成形後、照射されたウェーハ裏面の金属NiとSiC、およびNi/Si化合物との間で合金化反応が起こります。層、炭素凝集体、ビット層、炭素空孔層が順に生成されます。炭素空孔層は、金属 Ni と SiC 基板の間のポテンシャル障壁の差を減少させるドナーの役割を果たし、両者の間のショットキー接触を良好なオーミック接触に変えます。
局在化や深さ制御などのレーザーアニーリング技術の優れた特性は、SiC 薄化ウェーハのアニーリングに適しており、従来の高温熱アニーリングプロセスの問題点を効果的に克服します。同時に、マイクロ/ナノ秒レベルのアニール温度上昇速度により、SiCウェハの金属-半導体界面におけるC、Si、Niの3元素の均一な分布が極めて確保され、より安定した均一なオーミック品質が得られます。従来の高温熱アニーリングプロセスよりも優れています。
