Pembersihan permukaan semikonduktor dengan plasma menghilangkan oksida alami, kontaminasi karbon, dan ikatan gantung dari GaN dan Ga₂O₃ pada suhu rendah, meningkatkan resistansi kontak ohmik dan keandalan perangkat tanpa kerusakan termal yang disebabkan oleh pemrosesan tradisional.
Mengapa Persiapan Permukaan Merupakan Kendala yang Tidak Pernah Dibahas?
GaN dan Ga₂O₃ mendapatkan banyak perhatian karena alasan yang tepat. Celah pita GaN sebesar 3,4 eV dan rentang Ga₂O₃ yang lebih lebar, yaitu 4,5 hingga 5,3 eV, menempatkan keduanya di kelas yang berbeda dari silikon untuk aplikasi daya tinggi dan frekuensi tinggi.
Tegangan tembus yang lebih tinggi, resistansi on-state yang lebih rendah, efisiensi yang lebih baik pada suhu tinggi — bukti kinerja ini sudah jelas.
Yang kurang mendapat perhatian adalah apa yang terjadi di permukaan selama proses fabrikasi. Pertumbuhan epitaksial dan pemrosesan perangkat meninggalkan oksida alami, residu karbon, dan kontaminasi oksigen yang berada tepat di antarmuka tempat logam bertemu semikonduktor.
Mereka menyebarkan pembawa muatan, meningkatkan resistansi kontak, dan mendorong ketinggian penghalang Schottky dengan cara yang membatasi perangkat tersebut, tidak peduli seberapa baik material massalnya.
Pembersihan kimia basah mengatasi kontaminasi yang terlihat jelas tetapi meninggalkan kondisi permukaan dan ikatan yang terputus. Hal itu akan terlihat pada perangkat yang kinerjanya di bawah spesifikasi dan mengalami degradasi lebih cepat dari seharusnya.
Apa yang Sebenarnya Dilakukan Plasma RF 13,56MHz pada Permukaan?
Sistem vakum frekuensi radio pada 13,56 MHz menghasilkan plasma di mana kepadatan ion dan energi ion dapat diatur secara independen. Kontrol independen itulah yang penting. Anda dapat mengatur energi yang cukup untuk memutus ikatan kontaminan dan menggeser partikel permukaan tanpa harus menembus terlalu dalam ke dalam kisi sehingga menimbulkan kerusakan.
Dua hal terjadi di permukaan secara bersamaan:
- Reaksi kimia: Spesies radikal menyerang ikatan kontaminan secara langsung, mengubahnya menjadi produk sampingan yang mudah menguap dan kemudian dikeluarkan dari ruang tersebut.
- Percikan fisik: Penembakan ion membersihkan apa yang terlewatkan oleh pembersihan kimia, termasuk di dalam fitur dengan rasio aspek tinggi yang tidak dapat dijangkau oleh pembersihan basah.
Untuk pembersihan GaN, plasma berbasis nitrogen atau Ar/H₂ menghilangkan oksida galium alami dan kontaminasi karbon pada suhu jauh di bawah suhu yang dibutuhkan oleh metode termal. GaN tidak tahan terhadap suhu tinggi, jadi hal ini lebih penting daripada yang terlihat.
Untuk perawatan plasma galium oksida, plasma argon berdaya rendah memasukkan kekosongan oksigen terkontrol ke permukaan Ga₂O₃. Kekosongan tersebut meningkatkan konduksi elektron dan membawa hambatan kontak turun.
Sistem plasma vakum VL-10-A Keylink beroperasi pada frekuensi radio 13,56MHz dengan vakum kerja antara 10 dan 100 Pa, mendukung O₂, Ar, H₂, N₂, CF₄, dan gas proses lainnya. Platform yang sama menangani persiapan GaN dan Ga₂O₃ tanpa perlu konfigurasi ulang perangkat keras. rangkaian sistem plasma vakum lengkap Mencakup konfigurasi tambahan untuk berbagai kebutuhan produksi.
Masalah dengan Pemrosesan Termal untuk Bahan-Bahan Ini
Pemanasan termal cukup efektif untuk silikon. Namun, untuk GaN dan Ga₂O₃, metode ini justru menimbulkan lebih banyak masalah daripada menyelesaikannya.
Menghilangkan oksida alami dari GaN secara termal membutuhkan suhu di atas 850°C, melewati titik di mana GaN mulai terurai. Pemanasan termal yang cepat menimbulkan tegangan yang mengaburkan antarmuka heterostruktur yang membuat perangkat ini berguna. Dopant berdifusi ketika seharusnya tidak.
Ga₂O₃ memiliki sensitivitas tersendiri. Stoikiometrinya, khususnya konsentrasi kekosongan oksigen, menentukan perilaku listriknya. Pemrosesan suhu tinggi tidak memberikan kontrol yang tepat atas hal tersebut.
Pemrosesan plasma suhu rendah menghindari semua hal ini:
- Profil dopan tetap berada di tempatnya karena anggaran termal tetap rendah.
- Antarmuka heterostruktur tetap utuh tanpa adanya ekspansi termal diferensial yang mendorong tegangan ke dalam lapisan.
- Nanostruktur dan fitur dengan rasio aspek tinggi tetap bertahan karena prosesnya tidak memerlukan panas yang merusak.
- Rasio Ga/N pada GaN tetap berada dalam kisaran 1,0 ± 0,04 yang dibutuhkan untuk perilaku ohmik yang bersih.
Peningkatan Kontak Ohmik dan Aktivasi Permukaan Wafer
Bersihkan permukaan dengan benar dan kinerja kontak akan meningkat. Peningkatan kontak ohmik berasal dari penghilangan oksida alami dan kondisi permukaan yang memaksa arus untuk menembus lapisan isolasi alih-alih melewati sambungan logam-semikonduktor yang terdefinisi dengan baik.
Hasil utama dari persiapan permukaan plasma:
- Perangkat Ga₂O₃ yang diberi perlakuan plasma Ar/Cl₂ menunjukkan resistivitas kontak yang berkurang lebih dari dua kali lipat dibandingkan dengan sampel yang tidak diberi perlakuan.
- HEMT GaN yang diberi perlakuan plasma NH₃ jarak jauh menunjukkan peningkatan arus keluaran sebesar 20 hingga 30%, dengan peningkatan terukur pada penurunan arus dan kebocoran gerbang.
- FET Ga₂O₃ yang disiapkan dengan perlakuan awal plasma Ar mencapai spesifikasi kinerja tinggi tanpa anil pasca-metalisasi.
Aktivasi permukaan wafer juga mengontrol stoikiometri yang masuk ke proses metalisasi. Untuk fabrikasi HEMT dan dioda penghalang Schottky, presisi pada antarmuka tersebut seringkali menjadi pembeda antara perangkat yang lolos karakterisasi listrik dan perangkat yang tidak.
Keylink menerapkan prinsip aktivasi yang sama di berbagai industri. Sumber daya kami tentang Pembersihan plasma untuk perekat casing smartphone Menunjukkan bagaimana aktivasi permukaan diterjemahkan menjadi hasil yang terukur di berbagai material.
Apa Artinya Ini bagi Keandalan Semikonduktor Majemuk Jangka Panjang?
Mendapatkan perangkat sesuai spesifikasi pada pengujian awal adalah satu hal. Mempertahankannya sesuai spesifikasi melalui langkah-langkah fabrikasi selanjutnya, tekanan pengemasan, dan bertahun-tahun pengoperasian adalah hal lain.
Permukaan yang diproses dengan plasma lebih halus dan lebih stabil secara kimia dibandingkan dengan permukaan yang diproses secara termal. Permukaan tersebut tidak mengembangkan kondisi cacat selama pemrosesan hilir yang secara bertahap menurunkan kinerja listrik. Untuk perangkat GaN dan Ga₂O₃ yang digunakan dalam inverter otomotif, stasiun pangkalan 5G, dan konversi daya industri, keandalan semikonduktor senyawa dari waktu ke waktu bukanlah pilihan, melainkan persyaratan kualifikasi. Hubungi kami untuk membahas solusi plasma vakum untuk aplikasi semikonduktor senyawa Anda.
