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Le traitement thermique fait référence au traitement thermique de monocristaux de silicium (ou plaquettes de silicium) pendant une certaine période de temps à une certaine température et atmosphère protectrice, dans le but d'améliorer leurs performances. Le traitement thermique est généralement effectué dans un four de traitement thermique protégé par de l'azote ou de l'argon. Les méthodes typiques de traitement thermique pour un monocristal de silicium (ou une plaquette de silicium) sont les suivantes :
1. ÉliminationThermalDhonneursdans une plaquette de silicium
Pendant le processus de refroidissement du silicium monocristallin développé par la méthode Czochralski à température ambiante, les impuretés d'oxygène présentes dans le corps généreront des donneurs thermiques dans la plage de température de 350 à 500 °C. 450 °C est la température la plus efficace pour la formation de donneurs thermiques. Après un recuit à 450 degrés pendant 100 heures, la concentration en donneurs thermiques peut atteindre environ 10 (16) cm-3. La tête des cristaux de silicium Czochralski se trouve dans la plage de température d'environ 450 °C pendant le processus de refroidissement le plus longtemps et a une teneur en oxygène plus élevée, il y a donc plus de donneurs thermiques que la queue. Les donneurs thermiques peuvent déformer la résistivité du silicium monocristallin, entraînant une diminution de la résistivité des matériaux de type n et une augmentation de la résistivité des matériaux de type p.
Généralement, un traitement thermique à 650°C est utilisé pendant 30 à 60 minutes, suivi d'un refroidissement rapide jusqu'en dessous de 300°C, ce qui peut éliminer efficacement les donneurs thermiques. Si la vitesse de refroidissement n’est pas assez rapide, une petite partie du donneur thermique sera préservée. Pour les tiges monocristallines de grand diamètre, la contrainte thermique générée par un refroidissement rapide peut provoquer des fissures dans les tiges, il est donc nécessaire d'utiliser un recuit de tranche de silicium pour restaurer la résistivité de la tranche de silicium à sa valeur d'origine.
2. ÉliminationNeutronIrayonnementDdommagede plaquettes de silicium
Le dopage par irradiation neutronique peut être utilisé pour doper le silicium monocristallin FZ à haute résistivité. Ce processus de dopage est un processus de réaction nucléaire : le silicium est composé de trois isotopes : 28Si, 39Si et 30Si, le 30Si représentant 3,09 % ; Dans un réacteur atomique, après irradiation neutronique du Si, le 30Si réagit avec les neutrons pour former un isotope instable 31Si avec une demi-vie de 2,6 heures, qui se désintègre ensuite en un isotope stable du phosphore 31P. Le processus d’irradiation provoquera des dommages au réseau du cristal de silicium, qui pourront être éliminés par un recuit à haute température. La température de recuit typique est de 750 à 850 °C et la durée de recuit est de 1 à 2 heures.
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