1. Prehľad
Ohrev, tiež známy ako tepelné spracovanie, sa vzťahuje na výrobné postupy, ktoré fungujú pri vysokých teplotách, zvyčajne vyšších ako je teplota topenia hliníka.
Proces zahrievania sa zvyčajne vykonáva vo vysokoteplotnej peci a zahŕňa hlavné procesy, ako je oxidácia, difúzia nečistôt a žíhanie na opravu defektov kryštálov pri výrobe polovodičov.
Oxidácia: Je to proces, pri ktorom sa kremíkový plátok umiestni do atmosféry oxidantov, ako je kyslík alebo vodná para, na tepelné spracovanie pri vysokej teplote, čo spôsobí chemickú reakciu na povrchu kremíkového plátku za vzniku oxidového filmu.
Difúzia nečistôt: označuje použitie princípov tepelnej difúzie za podmienok vysokej teploty na zavedenie prvkov nečistôt do kremíkového substrátu podľa požiadaviek procesu tak, aby mal špecifickú distribúciu koncentrácie, čím sa menia elektrické vlastnosti kremíkového materiálu.
Žíhanie sa vzťahuje na proces zahrievania kremíkového plátku po implantácii iónov na opravu defektov mriežky spôsobených implantáciou iónov.
Existujú tri základné typy zariadení používaných na oxidáciu/difúziu/žíhanie:
- Horizontálna pec;
- Vertikálna pec;
- Rýchloohrievacia pec: zariadenie na rýchle tepelné spracovanie
Tradičné procesy tepelného spracovania využívajú najmä dlhodobé vysokoteplotné spracovanie na elimináciu poškodení spôsobených implantáciou iónov, jeho nevýhodou je však neúplné odstránenie defektov a nízka účinnosť aktivácie implantovaných nečistôt.
Okrem toho v dôsledku vysokej teploty žíhania a dlhého času pravdepodobne dôjde k redistribúcii nečistôt, čo spôsobí difúziu veľkého množstva nečistôt a nespĺňajú požiadavky na plytké spoje a úzke rozloženie nečistôt.
Rýchle tepelné žíhanie doštičiek s implantovanými iónmi pomocou zariadenia na rýchle tepelné spracovanie (RTP) je metóda tepelného spracovania, ktorá zahreje celý plátok na určitú teplotu (všeobecne 400-1300 °C) vo veľmi krátkom čase.
V porovnaní s žíhaním v peci má výhody menšieho tepelného rozpočtu, menšieho rozsahu pohybu nečistôt v oblasti dopovania, menšieho znečistenia a kratšieho času spracovania.
Rýchly proces tepelného žíhania môže využívať rôzne zdroje energie a časový rozsah žíhania je veľmi široký (od 100 do 10-9s, ako je žíhanie lampou, laserové žíhanie atď.). Dokáže úplne aktivovať nečistoty a zároveň účinne potláča redistribúciu nečistôt. V súčasnosti sa široko používa vo výrobných procesoch špičkových integrovaných obvodov s priemerom plátku väčším ako 200 mm.
2. Druhý proces ohrevu
2.1 Proces oxidácie
V procese výroby integrovaného obvodu existujú dva spôsoby vytvárania vrstiev oxidu kremičitého: tepelná oxidácia a nanášanie.
Oxidačný proces sa týka procesu tvorby SiO2 na povrchu kremíkových plátkov tepelnou oxidáciou. Film SiO2 vytvorený tepelnou oxidáciou je široko používaný v procese výroby integrovaných obvodov vďaka svojim vynikajúcim elektrickým izolačným vlastnostiam a uskutočniteľnosti procesu.
Jeho najdôležitejšie aplikácie sú nasledovné:
- Chráňte zariadenia pred poškriabaním a kontamináciou;
- Obmedzenie poľnej izolácie nosičov nabitia (povrchová pasivácia);
- Dielektrické materiály v bránových oxidoch alebo štruktúrach skladovacích buniek;
- Maskovanie implantátov pri dopingu;
- Dielektrická vrstva medzi kovovými vodivými vrstvami.
(1)Ochrana a izolácia zariadenia
SiO2 pestovaný na povrchu doštičky (kremíkovej doštičky) môže slúžiť ako účinná bariérová vrstva na izoláciu a ochranu citlivých zariadení v kremíku.
Pretože SiO2 je tvrdý a neporézny (hustý) materiál, možno ho použiť na účinnú izoláciu aktívnych zariadení na povrchu kremíka. Tvrdá vrstva SiO2 ochráni kremíkový plátok pred poškriabaním a poškodením, ktoré môže nastať počas výrobného procesu.
(2)Pasivácia povrchu
Povrchová pasivácia Hlavnou výhodou tepelne pestovaného Si02 je, že môže znížiť hustotu povrchového stavu kremíka obmedzením jeho visiacich väzieb, čo je efekt známy ako povrchová pasivácia.
Zabraňuje elektrickej degradácii a znižuje cestu pre zvodový prúd spôsobený vlhkosťou, iónmi alebo inými vonkajšími nečistotami. Tvrdá vrstva SiO2 chráni Si pred poškriabaním a procesným poškodením, ktoré môže nastať počas postprodukcie.
Vrstva SiO2 narastená na povrchu Si môže viazať elektricky aktívne kontaminanty (kontaminácia mobilnými iónmi) na povrchu Si. Pasivácia je tiež dôležitá pre riadenie zvodového prúdu spojovacích zariadení a rastúce stabilné oxidy hradla.
Ako vysokokvalitná pasivačná vrstva má oxidová vrstva požiadavky na kvalitu, ako je rovnomerná hrúbka, žiadne dierky a dutiny.
Ďalším faktorom pri použití oxidovej vrstvy ako Si povrchovej pasivačnej vrstvy je hrúbka oxidovej vrstvy. Vrstva oxidu musí byť dostatočne hrubá, aby zabránila nabíjaniu kovovej vrstvy v dôsledku akumulácie náboja na povrchu kremíka, čo je podobné charakteristikám ukladania a rozpadu náboja bežných kondenzátorov.
SiO2 má tiež veľmi podobný koeficient tepelnej rozťažnosti ako Si. Kremíkové doštičky expandujú počas vysokoteplotných procesov a sťahujú sa počas chladenia.
Si02 sa rozpína alebo zmršťuje rýchlosťou veľmi blízkou rýchlosti Si, čo minimalizuje deformáciu kremíkového plátku počas tepelného procesu. To tiež zabraňuje oddeleniu oxidového filmu od povrchu kremíka v dôsledku napätia filmu.
(3)Oxidové dielektrikum brány
Pre najčastejšie používanú a najdôležitejšiu hradlovú oxidovú štruktúru v technológii MOS sa ako dielektrický materiál používa extrémne tenká oxidová vrstva. Pretože hradlová oxidová vrstva a Si pod ňou majú charakteristiky vysokej kvality a stability, hradlová oxidová vrstva sa vo všeobecnosti získava tepelným rastom.
SiO2 má vysokú dielektrickú pevnosť (107 V/m) a vysoký odpor (asi 1017 Ω·cm).
Kľúčom k spoľahlivosti zariadení MOS je integrita hradlovej oxidovej vrstvy. Štruktúra brány v zariadeniach MOS riadi tok prúdu. Pretože tento oxid je základom funkcie mikročipov založených na technológii efektu poľa,
Preto je jeho základnými požiadavkami vysoká kvalita, vynikajúca rovnomernosť hrúbky filmu a absencia nečistôt. Akákoľvek kontaminácia, ktorá môže zhoršiť funkciu hradlovej oxidovej štruktúry, musí byť prísne kontrolovaná.
(4)Dopingová bariéra
SiO2 možno použiť ako účinnú maskovaciu vrstvu na selektívne dotovanie kremíkového povrchu. Keď sa na povrchu kremíka vytvorí vrstva oxidu, Si02 v priehľadnej časti masky sa vyleptá, aby sa vytvorilo okno, cez ktoré môže dopovací materiál vstúpiť do kremíkového plátku.
Tam, kde nie sú okná, môže oxid chrániť povrch kremíka a zabrániť nečistotám v difúzii, čím umožňuje selektívnu implantáciu nečistôt.
Prísady sa v SiO2 v porovnaní s Si pohybujú pomaly, takže na blokovanie prímesí je potrebná len tenká vrstva oxidu (všimnite si, že táto rýchlosť závisí od teploty).
Tenká vrstva oxidu (napr. hrubá 150 Á) sa môže použiť aj v oblastiach, kde je potrebná implantácia iónov, čo môže byť použité na minimalizáciu poškodenia povrchu kremíka.
Umožňuje tiež lepšiu kontrolu hĺbky spojenia počas implantácie nečistôt znížením efektu channelingu. Po implantácii môže byť oxid selektívne odstránený kyselinou fluorovodíkovou, aby sa povrch kremíka opäť srovnal.
(5)Dielektrická vrstva medzi kovovými vrstvami
SiO2 za normálnych podmienok nevedie elektrický prúd, preto je účinným izolantom medzi kovovými vrstvami v mikročipoch. SiO2 môže zabrániť skratom medzi hornou kovovou vrstvou a spodnou kovovou vrstvou, rovnako ako izolátor na drôte môže zabrániť skratom.
Požiadavkou na kvalitu oxidu je, že neobsahuje dierky a dutiny. Často sa dopuje, aby sa získala efektívnejšia tekutosť, ktorá môže lepšie minimalizovať difúziu kontaminácie. Zvyčajne sa získava skôr chemickým naparovaním než tepelným rastom.
V závislosti od reakčného plynu sa oxidačný proces zvyčajne delí na:
- Oxidácia suchým kyslíkom: Si + O2→SiO2;
- Mokrá oxidácia kyslíkom: 2H2O (vodná para) + Si→SiO2+2H2;
- Oxidácia s prídavkom chlóru: Plynný chlór, ako je chlorovodík (HCl), dichlóretylén DCE (C2H2Cl2) alebo jeho deriváty, sa pridáva ku kyslíku, aby sa zlepšila rýchlosť oxidácie a kvalita oxidovej vrstvy.
(1)Proces oxidácie suchým kyslíkom: Molekuly kyslíka v reakčnom plyne difundujú cez už vytvorenú vrstvu oxidu, dostávajú sa na rozhranie medzi SiO2 a Si, reagujú s Si a potom vytvárajú vrstvu SiO2.
Si02 pripravený oxidáciou suchým kyslíkom má hustú štruktúru, rovnomernú hrúbku, silnú maskovaciu schopnosť pre vstrekovanie a difúziu a vysokú opakovateľnosť procesu. Jeho nevýhodou je pomalé tempo rastu.
Táto metóda sa všeobecne používa na vysokokvalitnú oxidáciu, ako je napríklad hradlová dielektrická oxidácia, oxidácia tenkej vyrovnávacej vrstvy alebo na spustenie oxidácie a ukončenie oxidácie počas oxidácie v hrubej vyrovnávacej vrstve.
(2)Mokrý proces oxidácie kyslíkom: Vodná para môže byť prenášaná priamo v kyslíku alebo môže byť získaná reakciou vodíka a kyslíka. Rýchlosť oxidácie je možné zmeniť úpravou pomeru parciálneho tlaku vodíka alebo vodnej pary ku kyslíku.
Upozorňujeme, že na zaistenie bezpečnosti by pomer vodíka ku kyslíku nemal prekročiť 1,88:1. Mokrá oxidácia kyslíka je spôsobená prítomnosťou kyslíka a vodnej pary v reakčnom plyne a vodná para sa pri vysokých teplotách rozloží na oxid vodíka (HO).
Rýchlosť difúzie oxidu vodíka v oxide kremičitom je oveľa rýchlejšia ako rýchlosť kyslíka, takže rýchlosť oxidácie kyslíka za mokra je asi o jeden rád vyššia ako rýchlosť oxidácie suchého kyslíka.
(3)Oxidačný proces s prídavkom chlóru: Okrem tradičnej suchej oxidácie kyslíka a mokrej oxidácie kyslíka je možné ku kyslíku pridať plynný chlór, ako je chlorovodík (HCl), dichlóretylén DCE (C2H2Cl2) alebo jeho deriváty, aby sa zlepšila rýchlosť oxidácie a kvalita oxidovej vrstvy .
Hlavným dôvodom zvýšenia rýchlosti oxidácie je, že keď sa na oxidáciu pridáva chlór, reaktant obsahuje nielen vodnú paru, ktorá môže urýchliť oxidáciu, ale chlór sa hromadí aj v blízkosti rozhrania medzi Si a SiO2. V prítomnosti kyslíka sa chlórkremíkové zlúčeniny ľahko premieňajú na oxid kremičitý, ktorý môže katalyzovať oxidáciu.
Hlavným dôvodom zlepšenia kvality oxidovej vrstvy je, že atómy chlóru v oxidovej vrstve dokážu vyčistiť aktivitu sodných iónov, čím sa znížia oxidačné defekty spôsobené kontamináciou zariadení a výrobných surovín sodíkovými iónmi. Preto sa dopovanie chlórom podieľa na väčšine procesov oxidácie suchým kyslíkom.
2.2 Difúzny proces
Tradičná difúzia sa vzťahuje na prenos látok z oblastí s vyššou koncentráciou do oblastí s nižšou koncentráciou, kým nie sú rovnomerne rozložené. Proces difúzie sa riadi Fickovým zákonom. K difúzii môže dôjsť medzi dvoma alebo viacerými látkami a rozdiely v koncentrácii a teplote medzi rôznymi oblasťami vedú distribúciu látok do rovnomerného rovnovážneho stavu.
Jednou z najdôležitejších vlastností polovodičových materiálov je, že ich vodivosť je možné upraviť pridaním rôznych typov alebo koncentrácií dopantov. Pri výrobe integrovaných obvodov sa tento proces zvyčajne dosahuje pomocou dopingových alebo difúznych procesov.
V závislosti od konštrukčných cieľov môžu polovodičové materiály, ako je kremík, germánium alebo zlúčeniny III-V, získať dve rôzne vlastnosti polovodičov, typu N alebo typu P, dopovaním donorových nečistôt alebo akceptorových nečistôt.
Doping polovodičov sa vykonáva hlavne dvoma spôsobmi: difúziou alebo iónovou implantáciou, pričom každá má svoje vlastné charakteristiky:
Difúzny doping je lacnejší, ale koncentrácia a hĺbka dopingového materiálu sa nedá presne kontrolovať;
Zatiaľ čo implantácia iónov je relatívne drahá, umožňuje presnú kontrolu profilov koncentrácie dopantu.
Pred sedemdesiatymi rokmi bola veľkosť grafických prvkov s integrovanými obvodmi rádovo 10 μm a na doping sa vo všeobecnosti používala tradičná technológia tepelnej difúzie.
Proces difúzie sa používa hlavne na úpravu polovodičových materiálov. Difúziou rôznych látok do polovodičových materiálov možno meniť ich vodivosť a ďalšie fyzikálne vlastnosti.
Napríklad difúziou trojmocného prvku bóru do kremíka sa vytvorí polovodič typu P; dopovaním päťmocných prvkov fosforu alebo arzénu vzniká polovodič typu N. Keď sa polovodič typu P s viacerými otvormi dostane do kontaktu s polovodičom typu N s viacerými elektrónmi, vytvorí sa PN prechod.
Keď sa veľkosť prvkov zmenšuje, proces izotropnej difúzie umožňuje dopujúcim látkam difundovať na druhú stranu vrstvy oxidu štítu, čo spôsobuje skraty medzi susednými oblasťami.
Okrem niektorých špeciálnych použití (ako je dlhodobá difúzia na vytvorenie rovnomerne rozložených oblastí odolných voči vysokému napätiu) bol proces difúzie postupne nahradený implantáciou iónov.
Avšak pri generácii technológie pod 10 nm, keďže veľkosť plutv v zariadení s trojrozmerným plutvovým tranzistorom (FinFET) je veľmi malá, implantácia iónov poškodí jeho drobnú štruktúru. Tento problém môže vyriešiť použitie procesu difúzie pevného zdroja.
2.3 Proces degradácie
Proces žíhania sa tiež nazýva tepelné žíhanie. Proces spočíva v umiestnení kremíkového plátku do prostredia s vysokou teplotou na určitý čas, aby sa zmenila mikroštruktúra na povrchu alebo vnútri kremíkového plátku, aby sa dosiahol špecifický účel procesu.
Najkritickejšími parametrami v procese žíhania sú teplota a čas. Čím vyššia teplota a dlhší čas, tým vyšší tepelný rozpočet.
V skutočnom procese výroby integrovaného obvodu je tepelný rozpočet prísne kontrolovaný. Ak je v toku procesu viacero procesov žíhania, tepelný rozpočet možno vyjadriť ako superpozíciu viacerých tepelných spracovaní.
Avšak s miniaturizáciou procesných uzlov sa prípustný tepelný rozpočet v celom procese stále zmenšuje, to znamená, že teplota vysokoteplotného tepelného procesu sa znižuje a čas sa skracuje.
Zvyčajne sa proces žíhania kombinuje s implantáciou iónov, nanášaním tenkého filmu, tvorbou silicidu kovov a inými procesmi. Najbežnejšie je tepelné žíhanie po implantácii iónov.
Implantácia iónov ovplyvní atómy substrátu, čo spôsobí, že sa odtrhnú od pôvodnej mriežkovej štruktúry a poškodia mriežku substrátu. Tepelné žíhanie môže opraviť poškodenie mriežky spôsobené implantáciou iónov a môže tiež presunúť implantované atómy nečistôt z medzier mriežky do miest mriežky, čím ich aktivuje.
Teplota potrebná na opravu poškodenia mriežky je približne 500 °C a teplota potrebná na aktiváciu nečistôt je približne 950 °C. Teoreticky, čím dlhší je čas žíhania a čím vyššia je teplota, tým vyššia je rýchlosť aktivácie nečistôt, ale príliš vysoký tepelný rozpočet povedie k nadmernej difúzii nečistôt, čo spôsobí nekontrolovateľnosť procesu a v konečnom dôsledku spôsobí degradáciu výkonu zariadenia a obvodu.
Preto s rozvojom výrobnej technológie bolo tradičné dlhodobé žíhanie v peci postupne nahradené rýchlym tepelným žíhaním (RTA).
Vo výrobnom procese musia niektoré špecifické filmy po nanesení prejsť procesom tepelného žíhania, aby sa zmenili určité fyzikálne alebo chemické vlastnosti filmu. Napríklad uvoľnený film zhustne, čím sa zmení rýchlosť jeho suchého alebo mokrého leptania;
Ďalší bežne používaný proces žíhania nastáva pri tvorbe silicidu kovu. Kovové filmy, ako je kobalt, nikel, titán atď., sú nastriekané na povrch kremíkového plátku a po rýchlom tepelnom žíhaní pri relatívne nízkej teplote môžu kov a kremík tvoriť zliatinu.
Niektoré kovy tvoria rôzne zliatinové fázy za rôznych teplotných podmienok. Vo všeobecnosti sa predpokladá vytvorenie zliatinovej fázy s nižším kontaktným odporom a telesným odporom počas procesu.
Podľa rôznych požiadaviek na tepelný rozpočet je proces žíhania rozdelený na žíhanie pri vysokej teplote a rýchle tepelné žíhanie.
- Žíhanie rúr pri vysokej teplote:
Ide o tradičnú metódu žíhania s vysokou teplotou, dlhou dobou žíhania a vysokým rozpočtom.
V niektorých špeciálnych procesoch, ako je technológia izolácie vstrekovaním kyslíka na prípravu substrátov SOI a procesy hĺbkovej difúzie, sa široko používa. Takéto procesy vo všeobecnosti vyžadujú vyšší tepelný rozpočet na získanie dokonalej mriežky alebo rovnomernej distribúcie nečistôt.
- Rýchle tepelné žíhanie:
Je to proces spracovania kremíkových doštičiek extrémne rýchlym ohrevom/chladením a krátkym zotrvaním pri cieľovej teplote, niekedy tiež nazývaný Rapid Thermal Processing (RTP).
V procese vytvárania ultra plytkých spojov dosahuje rýchle tepelné žíhanie kompromisnú optimalizáciu medzi opravou defektov mriežky, aktiváciou nečistôt a minimalizáciou difúzie nečistôt a je nevyhnutné vo výrobnom procese uzlov pokročilej technológie.
Proces nárastu/poklesu teploty a krátky pobyt na cieľovej teplote spolu tvoria tepelný rozpočet rýchleho tepelného žíhania.
Tradičné rýchle tepelné žíhanie má teplotu okolo 1000 °C a trvá niekoľko sekúnd. V posledných rokoch sú požiadavky na rýchle tepelné žíhanie čoraz prísnejšie a postupne sa rozvíjalo bleskové žíhanie, hrotové žíhanie a laserové žíhanie, pričom časy žíhania dosahovali milisekúnd a dokonca sa vyvíjali smerom k mikrosekundám a submikrosekundám.
3. Tri zariadenia na proces ohrevu
3.1 Difúzne a oxidačné zariadenie
Proces difúzie využíva hlavne princíp tepelnej difúzie za podmienok vysokej teploty (zvyčajne 900 – 1200 ℃) na začlenenie prvkov nečistôt do kremíkového substrátu v požadovanej hĺbke, aby sa získala špecifická distribúcia koncentrácie, aby sa zmenili elektrické vlastnosti materiálu a tvoria štruktúru polovodičového zariadenia.
V technológii kremíkových integrovaných obvodov sa difúzny proces používa na výrobu PN prechodov alebo komponentov, ako sú rezistory, kondenzátory, prepojovacie vedenia, diódy a tranzistory v integrovaných obvodoch, a používa sa aj na izoláciu medzi komponentmi.
Z dôvodu nemožnosti presnej kontroly distribúcie koncentrácie dopingu bol proces difúzie postupne nahradený procesom dopovania iónovou implantáciou pri výrobe integrovaných obvodov s priemerom doštičky 200 mm a viac, avšak malé množstvo sa stále používa v ťažkých dopingové procesy.
Tradičným difúznym zariadením sú najmä horizontálne difúzne pece, v menšom počte je aj vertikálnych difúznych pecí.
Horizontálna difúzna pec:
Je to zariadenie na tepelné spracovanie široko používané v procese difúzie integrovaných obvodov s priemerom plátku menším ako 200 mm. Jeho charakteristikou je, že teleso ohrievacej pece, reakčná trubica a kremenný čln nesúci doštičky sú všetky umiestnené horizontálne, takže má procesnú charakteristiku dobrej rovnomernosti medzi plátkami.
Nie je to len jedno z dôležitých front-end zariadení na výrobnej linke s integrovanými obvodmi, ale je tiež široko používané pri difúzii, oxidácii, žíhaní, legovaní a iných procesoch v priemyselných odvetviach, ako sú diskrétne zariadenia, výkonové elektronické zariadenia, optoelektronické zariadenia a optické vlákna. .
Vertikálna difúzna pec:
Všeobecne sa vzťahuje na zariadenie na tepelné spracovanie vsádzky používané v procese integrovaného obvodu pre doštičky s priemerom 200 mm a 300 mm, bežne známe ako vertikálna pec.
Konštrukčné vlastnosti vertikálnej difúznej pece spočívajú v tom, že teleso ohrievacej pece, reakčná trubica a kremenný čln nesúci plátok sú všetky umiestnené vertikálne a plátok je umiestnený horizontálne. Má vlastnosti dobrej jednotnosti v doštičke, vysoký stupeň automatizácie a stabilný výkon systému, ktorý môže uspokojiť potreby veľkých výrobných liniek s integrovanými obvodmi.
Vertikálna difúzna pec je jedným z dôležitých zariadení vo výrobnej linke polovodičových integrovaných obvodov a bežne sa používa aj v súvisiacich procesoch v oblasti výkonových elektronických zariadení (IGBT) atď.
Vertikálna difúzna pec je použiteľná pre oxidačné procesy, ako je oxidácia suchým kyslíkom, oxidácia syntézy vodíka a kyslíka, oxidácia oxynitridu kremíka a procesy rastu tenkých vrstiev, ako je oxid kremičitý, polykremík, nitrid kremíka (Si3N4) a nanášanie atómovej vrstvy.
Bežne sa používa aj pri vysokoteplotnom žíhaní, žíhaní medi a legovaní. Pokiaľ ide o difúzny proces, vertikálne difúzne pece sa niekedy používajú aj pri ťažkých dopingových procesoch.
3.2 Zariadenie na rýchle žíhanie
Zariadenie na rýchle tepelné spracovanie (RTP) je zariadenie na tepelné spracovanie s jedným plátkom, ktoré dokáže rýchlo zvýšiť teplotu plátku na teplotu požadovanú procesom (200-1300 °C) a môže ho rýchlo ochladiť. Rýchlosť ohrevu/chladenia je všeobecne 20-250 °C/s.
Okrem širokej škály zdrojov energie a času žíhania má RTP zariadenie aj ďalší vynikajúci procesný výkon, ako je vynikajúca kontrola tepelného rozpočtu a lepšia rovnomernosť povrchu (najmä pri veľkých plátkoch), oprava poškodenia plátku spôsobeného implantáciou iónov a viacero komôr môže súčasne vykonávať rôzne procesné kroky.
Okrem toho, RTP zariadenia môžu flexibilne a rýchlo premieňať a upravovať procesné plyny, takže je možné dokončiť viacero procesov tepelného spracovania v rovnakom procese tepelného spracovania.
Zariadenie RTP sa najčastejšie používa pri rýchlom tepelnom žíhaní (RTA). Po implantácii iónov je potrebné zariadenie RTP na opravu poškodenia spôsobeného implantáciou iónov, aktiváciu dopovaných protónov a účinnú inhibíciu difúzie nečistôt.
Všeobecne povedané, teplota na opravu defektov mriežky je asi 500 °C, zatiaľ čo na aktiváciu dotovaných atómov je potrebných 950 °C. Aktivácia nečistôt súvisí s časom a teplotou. Čím dlhší čas a čím vyššia je teplota, tým viac sú nečistoty aktivované, ale neprispieva to k inhibícii difúzie nečistôt.
Pretože zariadenie RTP má charakteristiky rýchleho nárastu/klesania teploty a krátkeho trvania, procesom žíhania po implantácii iónov možno dosiahnuť optimálny výber parametrov medzi opravou defektov mriežky, aktiváciou nečistôt a inhibíciou difúzie nečistôt.
RTA sa delí hlavne do nasledujúcich štyroch kategórií:
(1)Spike Žíhanie
Jeho charakteristikou je, že sa zameriava na rýchly proces ohrevu/chladenia, ale v podstate nemá žiadny proces uchovania tepla. Hrotové žíhanie zostáva na bode vysokej teploty veľmi krátky čas a jeho hlavnou funkciou je aktivácia dopingových prvkov.
V skutočných aplikáciách sa plátok začne rýchlo zohrievať od určitého stabilného bodu pohotovostnej teploty a po dosiahnutí cieľového bodu teploty sa okamžite ochladí.
Keďže čas údržby v bode cieľovej teploty (t. j. v bode najvyššej teploty) je veľmi krátky, proces žíhania môže maximalizovať stupeň aktivácie nečistôt a minimalizovať stupeň difúzie nečistôt, pričom má dobré charakteristiky opravy pri žíhaní defektov, čo vedie k vyšším kvalita lepenia a nižší zvodový prúd.
Hrotové žíhanie je široko používané v procesoch ultra-plytkých spojov po 65 nm. Procesné parametre hrotového žíhania zahŕňajú hlavne špičkovú teplotu, špičkovú dobu zotrvania, teplotnú divergenciu a odolnosť plátkov po procese.
Čím kratší je čas zotrvania na vrchole, tým lepšie. Závisí to hlavne od rýchlosti ohrevu/chladenia systému regulácie teploty, ale určitý vplyv na to má niekedy aj zvolená atmosféra procesného plynu.
Napríklad hélium má malý atómový objem a vysokú rýchlosť difúzie, čo vedie k rýchlemu a rovnomernému prenosu tepla a môže znížiť šírku píku alebo dobu zotrvania píku. Preto sa hélium niekedy volí na pomoc pri zahrievaní a chladení.
(2)Žíhanie lampy
Technológia žíhania lámp je široko používaná. Halogénové žiarovky sa vo všeobecnosti používajú ako zdroje tepla na rýchle žíhanie. Ich vysoké rýchlosti ohrevu/chladenia a presné riadenie teploty môžu spĺňať požiadavky výrobných procesov nad 65 nm.
Nedokáže však úplne splniť prísne požiadavky 45nm procesu (po 45nm procese, keď dôjde k niklovo-kremíkovému kontaktu logického LSI, je potrebné doštičku rýchlo zahriať z 200°C na viac ako 1000°C v priebehu milisekúnd, preto sa vo všeobecnosti vyžaduje laserové žíhanie).
(3)Laserové žíhanie
Laserové žíhanie je proces priameho použitia lasera na rýchle zvýšenie teploty povrchu plátku, až kým nestačí roztopiť kremíkový kryštál, čím sa vysoko aktivuje.
Výhody laserového žíhania sú extrémne rýchle zahriatie a citlivé ovládanie. Nevyžaduje ohrev vlákna a v podstate neexistujú žiadne problémy s teplotným oneskorením a životnosťou vlákna.
Z technického hľadiska má však žíhanie laserom problémy so zvodovým prúdom a defektmi zvyškov, čo bude mať tiež určitý vplyv na výkon zariadenia.
(4)Bleskové žíhanie
Bleskové žíhanie je technológia žíhania, ktorá využíva žiarenie s vysokou intenzitou na vykonávanie hrotového žíhania na doštičkách pri špecifickej teplote predhrievania.
Oblátka sa predhreje na 600-800°C a následne sa na krátkodobé pulzné ožarovanie použije vysokointenzívne žiarenie. Keď špičková teplota plátku dosiahne požadovanú teplotu žíhania, žiarenie sa okamžite vypne.
Zariadenie RTP sa čoraz viac používa vo výrobe pokročilých integrovaných obvodov.
Okrem širokého použitia v procesoch RTA sa zariadenie RTP začalo používať aj pri rýchlej tepelnej oxidácii, rýchlej tepelnej nitridácii, rýchlej tepelnej difúzii, rýchlej chemickej depozícii pár, ako aj pri vytváraní silicídov kovov a epitaxných procesoch.
——————————————————————————————————————————————————— ——
Semicera môže poskytnúťgrafitové časti,mäkká/tuhá plsť,diely z karbidu kremíka,CVD diely z karbidu kremíka, aDiely potiahnuté SiC/TaCs úplným polovodičovým procesom za 30 dní.
Ak máte záujem o vyššie uvedené polovodičové produkty,prosím, neváhajte nás kontaktovať prvýkrát.
Tel: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Čas odoslania: 27. augusta 2024