Làm sạch bề mặt bán dẫn bằng plasma giúp loại bỏ oxit tự nhiên, tạp chất carbon và các liên kết không bão hòa khỏi GaN và Ga₂O₃ ở nhiệt độ thấp, cải thiện điện trở tiếp xúc ohmic và độ tin cậy của thiết bị mà không gây ra hư hại do nhiệt như các quy trình truyền thống.
Vì sao khâu chuẩn bị bề mặt lại là nút thắt cổ chai mà ít ai nhắc đến
GaN và Ga₂O₃ nhận được rất nhiều sự chú ý vì những lý do chính đáng. Khoảng năng lượng 3,4 eV của GaN và dải năng lượng rộng hơn từ 4,5 đến 5,3 eV của Ga₂O₃ đặt chúng vào một đẳng cấp khác so với silicon trong các ứng dụng công suất cao và tần số cao.
Điện áp đánh thủng cao hơn, điện trở bật thấp hơn, hiệu suất tốt hơn ở nhiệt độ cao — hiệu năng đã được chứng minh rõ ràng.
Điều ít được chú ý hơn là những gì xảy ra trên bề mặt trong quá trình chế tạo. Sự phát triển màng mỏng và quá trình xử lý thiết bị để lại các oxit tự nhiên, cặn carbon và tạp chất oxy ngay tại giao diện nơi kim loại tiếp xúc với chất bán dẫn.
Chúng làm phân tán các hạt tải điện, tăng điện trở tiếp xúc và đẩy chiều cao rào cản Schottky lên theo những cách làm hạn chế hiệu suất của thiết bị bất kể vật liệu chính tốt đến đâu.
Phương pháp làm sạch bằng hóa chất ướt xử lý các chất bẩn dễ thấy nhưng vẫn để lại các trạng thái bề mặt và các liên kết không bão hòa. Những điều này thể hiện ở việc thiết bị hoạt động kém hiệu quả so với thông số kỹ thuật và xuống cấp nhanh hơn so với bình thường.
Tia plasma tần số vô tuyến 13,56MHz thực sự tác động lên bề mặt như thế nào?
Hệ thống chân không tần số vô tuyến ở mức 13,56 MHz tạo ra plasma, nơi mật độ ion và năng lượng ion có thể được điều chỉnh độc lập. Khả năng điều khiển độc lập đó là điều quan trọng. Bạn có thể điều chỉnh đủ năng lượng để phá vỡ các liên kết chất gây ô nhiễm và làm dịch chuyển các hạt trên bề mặt mà không tác động quá sâu vào cấu trúc mạng tinh thể gây ra hư hại.
Hai điều xảy ra đồng thời trên bề mặt:
- Phản ứng hóa học: Các gốc tự do tấn công trực tiếp các liên kết chất gây ô nhiễm, chuyển hóa chúng thành các sản phẩm phụ dễ bay hơi được thải ra khỏi buồng.
- Phun phủ vật lý: Phương pháp bắn phá ion giúp loại bỏ những vết bẩn mà phương pháp hóa học bỏ sót, bao gồm cả những vết bẩn bên trong các chi tiết có tỷ lệ chiều cao/chiều rộng lớn mà phương pháp làm sạch ướt không thể tiếp cận.
Đối với việc làm sạch GaN, plasma gốc nitơ hoặc Ar/H₂ loại bỏ oxit gali tự nhiên và tạp chất cacbon ở nhiệt độ thấp hơn nhiều so với yêu cầu của các phương pháp nhiệt. GaN không chịu được nhiệt độ cao, vì vậy điều này quan trọng hơn nhiều so với tưởng tượng.
Đối với phương pháp xử lý plasma oxit gali, plasma argon công suất thấp tạo ra các lỗ trống oxy được kiểm soát trên bề mặt Ga₂O₃. Những lỗ trống này cải thiện khả năng dẫn điện và mang lại hiệu quả cao hơn. điện trở tiếp xúc xuống.
Hệ thống plasma chân không VL-10-A của Keylink hoạt động ở tần số RF 13,56MHz với áp suất chân không từ 10 đến 100 Pa, hỗ trợ các khí O₂, Ar, H₂, N₂, CF₄ và các khí xử lý khác. Nền tảng này có thể xử lý cả quá trình điều chế GaN và Ga₂O₃ mà không cần cấu hình lại phần cứng. Dòng sản phẩm hệ thống plasma chân không đầy đủ Bao gồm các cấu hình bổ sung cho các yêu cầu sản xuất khác nhau.
Vấn đề với quá trình xử lý nhiệt đối với các vật liệu này
Quá trình ủ nhiệt hoạt động khá tốt đối với silicon. Nhưng đối với GaN và Ga₂O₃, nó lại tạo ra nhiều vấn đề hơn là giải quyết được.
Việc loại bỏ các oxit tự nhiên khỏi GaN bằng phương pháp nhiệt đòi hỏi nhiệt độ trên 850°C, vượt quá điểm mà GaN bắt đầu phân hủy. Quá trình ủ nhiệt nhanh tạo ra ứng suất làm mờ các giao diện cấu trúc dị thể, vốn là yếu tố làm cho các thiết bị này hoạt động hiệu quả. Các chất pha tạp khuếch tán khi không nên.
Ga₂O₃ có độ nhạy riêng. Thành phần hóa học của nó, cụ thể là nồng độ khuyết tật oxy, quyết định tính chất điện của nó. Quá trình xử lý ở nhiệt độ cao không cho phép kiểm soát chính xác điều đó.
Công nghệ xử lý plasma ở nhiệt độ thấp giúp tránh được tất cả những điều này:
- Các thành phần pha tạp vẫn giữ nguyên vị trí vì ngân sách nhiệt được giữ ở mức thấp.
- Các giao diện cấu trúc dị thể vẫn nguyên vẹn mà không có sự giãn nở nhiệt khác biệt gây ra ứng suất trong các lớp.
- Các cấu trúc nano và các đặc điểm có tỷ lệ chiều dài/chiều rộng cao vẫn tồn tại vì quá trình này không cần nhiệt độ cao gây hư hại.
- Tỷ lệ Ga/N trên GaN nằm trong phạm vi 1,0 ± 0,04, mức cần thiết để đảm bảo tính chất ohmic thuần khiết.
Cải thiện tiếp xúc Ohmic và kích hoạt bề mặt wafer
Làm sạch bề mặt đúng cách sẽ giúp cải thiện hiệu suất tiếp xúc. Việc cải thiện tiếp xúc ohmic đến từ việc loại bỏ các oxit tự nhiên và các trạng thái bề mặt buộc dòng điện phải xuyên qua các lớp cách điện thay vì đi qua mối nối kim loại-bán dẫn được xác định rõ ràng.
Các kết quả chính từ quá trình chuẩn bị bề mặt bằng plasma:
- Các thiết bị Ga₂O₃ được xử lý bằng plasma Ar/Cl₂ cho thấy điện trở tiếp xúc giảm hơn một nửa so với các mẫu chưa được xử lý.
- Các transistor GaN HEMT được xử lý bằng plasma NH₃ từ xa cho thấy dòng điện đầu ra tăng từ 20 đến 30%, với sự cải thiện đáng kể về hiện tượng sụt giảm dòng điện và rò rỉ cổng.
- Các transistor FET Ga₂O₃ được chế tạo bằng phương pháp tiền xử lý plasma Ar đạt được các thông số kỹ thuật hiệu suất cao mà không cần ủ sau khi mạ kim loại.
Kích hoạt bề mặt wafer Nó cũng kiểm soát tỉ lệ phản ứng hóa học trong quá trình mạ kim loại. Đối với việc chế tạo HEMT và điốt rào cản Schottky, độ chính xác tại giao diện thường là yếu tố phân biệt các thiết bị đạt yêu cầu về đặc tính điện với các thiết bị không đạt yêu cầu.
Keylink áp dụng các nguyên tắc kích hoạt giống nhau trên mọi ngành nghề. Tài liệu của chúng tôi về... Làm sạch bằng plasma cho lớp keo dán vỏ điện thoại thông minh Bài viết này cho thấy quá trình kích hoạt bề mặt chuyển hóa thành các kết quả có thể đo lường được trên nhiều loại vật liệu khác nhau.
Điều này có ý nghĩa gì đối với độ tin cậy lâu dài của chất bán dẫn phức hợp?
Việc đưa một thiết bị đạt tiêu chuẩn kỹ thuật ngay từ lần thử nghiệm đầu tiên là một chuyện. Giữ cho nó đạt tiêu chuẩn đó qua các bước chế tạo tiếp theo, chịu được áp lực đóng gói và nhiều năm vận hành lại là chuyện khác.
Các bề mặt được xử lý bằng plasma mịn hơn và ổn định hóa học hơn so với các bề mặt được xử lý bằng nhiệt. Chúng không phát sinh các trạng thái khuyết tật trong quá trình xử lý tiếp theo, vốn làm suy giảm dần hiệu suất điện. Đối với các thiết bị GaN và Ga₂O₃ được sử dụng trong bộ biến tần ô tô, trạm gốc 5G và chuyển đổi năng lượng công nghiệp, độ tin cậy của chất bán dẫn hợp chất theo thời gian là điều bắt buộc, mà là yêu cầu cần thiết để đạt tiêu chuẩn. Hãy liên hệ với chúng tôi để thảo luận về các giải pháp plasma chân không cho ứng dụng chất bán dẫn hợp chất của bạn.
