Halfgeleiderproces en apparatuur (3/7) - Verwarmingsproces en apparatuur

1. Overzicht

Verwarming, ook wel thermische verwerking genoemd, verwijst naar productieprocedures die werken bij hoge temperaturen, meestal hoger dan het smeltpunt van aluminium.

Het verwarmingsproces wordt gewoonlijk uitgevoerd in een oven op hoge temperatuur en omvat belangrijke processen zoals oxidatie, diffusie van onzuiverheden en uitgloeien voor reparatie van kristaldefecten bij de productie van halfgeleiders.

Oxidatie: Het is een proces waarbij een siliciumwafel in een atmosfeer van oxidatiemiddelen zoals zuurstof of waterdamp wordt geplaatst voor een hittebehandeling bij hoge temperatuur, waardoor een chemische reactie op het oppervlak van de siliciumwafel ontstaat om een ​​oxidefilm te vormen.

Onzuiverheidsdiffusie: verwijst naar het gebruik van thermische diffusieprincipes onder hoge temperatuuromstandigheden om onzuiverheidselementen in het siliciumsubstraat te introduceren volgens procesvereisten, zodat het een specifieke concentratieverdeling heeft, waardoor de elektrische eigenschappen van het siliciummateriaal veranderen.

Gloeien verwijst naar het proces van het verwarmen van de siliciumwafel na ionenimplantatie om de roosterdefecten veroorzaakt door ionenimplantatie te herstellen.

Er zijn drie basistypen apparatuur die worden gebruikt voor oxidatie/diffusie/gloeien:

• Horizontale oven;
• Verticale oven;
• Snelle verwarmingsoven: apparatuur voor snelle warmtebehandeling

Traditionele warmtebehandelingsprocessen maken voornamelijk gebruik van langdurige behandeling bij hoge temperaturen om schade veroorzaakt door ionenimplantatie te elimineren, maar de nadelen zijn onvolledige verwijdering van defecten en een lage activeringsefficiëntie van geïmplanteerde onzuiverheden.

Bovendien is het waarschijnlijk dat, als gevolg van de hoge gloeitemperatuur en de lange tijd, herverdeling van de onzuiverheden zal optreden, waardoor een grote hoeveelheid onzuiverheden zal diffunderen en niet voldoet aan de vereisten van ondiepe verbindingen en een nauwe verdeling van de onzuiverheden.

Snel thermisch uitgloeien van ionengeïmplanteerde wafers met behulp van apparatuur voor snelle thermische verwerking (RTP) is een warmtebehandelingsmethode die de hele wafer in zeer korte tijd tot een bepaalde temperatuur (doorgaans 400-1300 ° C) verwarmt.

Vergeleken met gloeien met ovenverwarming heeft het de voordelen van een lager thermisch budget, een kleiner bereik van onzuiverheidsbewegingen in het dopinggebied, minder vervuiling en een kortere verwerkingstijd.

Bij het snelle thermische gloeiproces kan gebruik worden gemaakt van een verscheidenheid aan energiebronnen, en het gloeitijdbereik is zeer breed (van 100 tot 10-9s, zoals lampgloeien, lasergloeien, enz.). Het kan onzuiverheden volledig activeren en tegelijkertijd de herverdeling van onzuiverheden effectief onderdrukken. Het wordt momenteel veel gebruikt in hoogwaardige productieprocessen voor geïntegreerde schakelingen met wafeldiameters groter dan 200 mm.

2. Tweede verwarmingsproces

2.1 Oxidatieproces

Bij het productieproces van geïntegreerde schakelingen zijn er twee methoden voor het vormen van siliciumoxidefilms: thermische oxidatie en afzetting.

Het oxidatieproces verwijst naar het proces waarbij SiO2 op het oppervlak van siliciumwafels wordt gevormd door thermische oxidatie. De door thermische oxidatie gevormde SiO2-film wordt veel gebruikt in het productieproces van geïntegreerde schakelingen vanwege zijn superieure elektrische isolatie-eigenschappen en proceshaalbaarheid.

De belangrijkste toepassingen zijn als volgt:

• Bescherm apparaten tegen krassen en vervuiling;
• Beperking van de veldisolatie van geladen dragers (oppervlaktepassivering);
• Diëlektrische materialen in poortoxide- of opslagcelstructuren;
• Maskering van implantaten bij doping;
• Een diëlektrische laag tussen geleidende metaallagen.

(1)Apparaatbescherming en isolatie

SiO2 gegroeid op het oppervlak van een wafel (siliciumwafel) kan dienen als een effectieve barrièrelaag om gevoelige apparaten in het silicium te isoleren en te beschermen.

Omdat SiO2 een hard en niet-poreus (dicht) materiaal is, kan het worden gebruikt om actieve apparaten op het siliciumoppervlak effectief te isoleren. De harde SiO2-laag beschermt de siliciumwafel tegen krassen en schade die tijdens het productieproces kunnen optreden.

(2)Oppervlaktepassivering

Oppervlaktepassivering Een groot voordeel van thermisch gegroeid SiO2 is dat het de oppervlaktetoestandsdichtheid van silicium kan verminderen door de bungelende verbindingen te beperken, een effect dat bekend staat als oppervlaktepassivering.

Het voorkomt elektrische degradatie en vermindert het pad voor lekstroom veroorzaakt door vocht, ionen of andere externe verontreinigingen. De harde SiO2-laag beschermt Si tegen krassen en processchade die kunnen optreden tijdens de postproductie.

De op het Si-oppervlak gegroeide SiO2-laag kan de elektrisch actieve verontreinigingen (mobiele ionenverontreiniging) op het Si-oppervlak binden. Passivering is ook belangrijk voor het beheersen van de lekstroom van junctie-apparaten en het kweken van stabiele poortoxides.

Als hoogwaardige passivatielaag heeft de oxidelaag kwaliteitseisen zoals uniforme dikte, geen gaatjes en holtes.

Een andere factor bij het gebruik van een oxidelaag als passivatielaag voor het Si-oppervlak is de dikte van de oxidelaag. De oxidelaag moet dik genoeg zijn om te voorkomen dat de metaallaag wordt opgeladen als gevolg van ladingsaccumulatie op het siliciumoppervlak, wat vergelijkbaar is met de ladingsopslag- en doorslagkarakteristieken van gewone condensatoren.

SiO2 heeft ook een zeer vergelijkbare thermische uitzettingscoëfficiënt als Si. Siliciumwafels zetten uit tijdens processen bij hoge temperaturen en krimpen tijdens afkoeling.

SiO2 zet uit of krimpt samen met een snelheid die zeer dicht bij die van Si ligt, waardoor het kromtrekken van de siliciumwafel tijdens het thermische proces tot een minimum wordt beperkt. Dit vermijdt ook de scheiding van de oxidefilm van het siliciumoppervlak als gevolg van filmspanning.

(3)Poortoxide diëlektricum

Voor de meest gebruikte en belangrijke poortoxidestructuur in de MOS-technologie wordt een extreem dunne oxidelaag gebruikt als diëlektrisch materiaal. Omdat de poortoxidelaag en het daaronder gelegen Si de kenmerken van hoge kwaliteit en stabiliteit hebben, wordt de poortoxidelaag in het algemeen verkregen door thermische groei.

SiO2 heeft een hoge diëlektrische sterkte (107V/m) en een hoge weerstand (ongeveer 1017Ω·cm).

De sleutel tot de betrouwbaarheid van MOS-apparaten is de integriteit van de poortoxidelaag. De poortstructuur in MOS-apparaten regelt de stroomstroom. Omdat dit oxide de basis vormt voor de functie van microchips op basis van veldeffecttechnologie,

Daarom zijn hoge kwaliteit, uitstekende uniformiteit van de filmdikte en afwezigheid van onzuiverheden de basisvereisten. Elke verontreiniging die de functie van de poortoxidestructuur kan aantasten, moet strikt worden gecontroleerd.

(4)Dopingbarrière

SiO2 kan worden gebruikt als een effectieve maskeringslaag voor selectieve dotering van het siliciumoppervlak. Zodra een oxidelaag op het siliciumoppervlak is gevormd, wordt het Si02 in het transparante deel van het masker geëtst om een ​​venster te vormen waardoor het doteringsmateriaal de siliciumwafel kan binnendringen.

Waar er geen vensters zijn, kan oxide het siliciumoppervlak beschermen en voorkomen dat onzuiverheden diffunderen, waardoor selectieve implantatie van onzuiverheden mogelijk wordt.

Doteermiddelen bewegen langzaam in SiO2 vergeleken met Si, dus er is slechts een dunne oxidelaag nodig om de doteermiddelen te blokkeren (merk op dat deze snelheid temperatuurafhankelijk is).

Een dunne oxidelaag (bijvoorbeeld 150 Å dik) kan ook worden gebruikt in gebieden waar ionenimplantatie vereist is, wat kan worden gebruikt om schade aan het siliciumoppervlak te minimaliseren.

Het zorgt ook voor een betere controle van de junctiediepte tijdens implantatie van onzuiverheden door het kanaliseringseffect te verminderen. Na implantatie kan het oxide selectief worden verwijderd met fluorwaterstofzuur om het siliciumoppervlak weer vlak te maken.

(5)Diëlektrische laag tussen metaallagen

SiO2 geleidt onder normale omstandigheden geen elektriciteit en is dus een effectieve isolator tussen metaallagen in microchips. SiO2 kan kortsluiting tussen de bovenste metaallaag en de onderste metaallaag voorkomen, net zoals de isolator op de draad kortsluiting kan voorkomen.

De kwaliteitseis voor oxide is dat het vrij is van gaatjes en holtes. Het wordt vaak gedoteerd om een ​​effectievere vloeibaarheid te verkrijgen, waardoor de verspreiding van verontreinigingen beter kan worden geminimaliseerd. Het wordt gewoonlijk verkregen door chemische dampafzetting in plaats van door thermische groei.

Afhankelijk van het reactiegas wordt het oxidatieproces meestal onderverdeeld in:

• Droge zuurstofoxidatie: Si + O2 → SiO2;
• Natte zuurstofoxidatie: 2H2O (waterdamp) + Si → SiO2 + 2H2;
• Met chloor gedoteerde oxidatie: Chloorgas, zoals waterstofchloride (HCl), dichloorethyleen DCE (C2H2Cl2) of derivaten daarvan, wordt aan zuurstof toegevoegd om de oxidatiesnelheid en de kwaliteit van de oxidelaag te verbeteren.

(1)Droog zuurstofoxidatieproces: De zuurstofmoleculen in het reactiegas diffunderen door de reeds gevormde oxidelaag, bereiken het grensvlak tussen SiO2 en Si, reageren met Si en vormen vervolgens een SiO2-laag.

Het door droge zuurstofoxidatie bereide SiO2 heeft een dichte structuur, uniforme dikte, sterk maskerend vermogen voor injectie en diffusie, en een hoge procesherhaalbaarheid. Het nadeel is dat de groei langzaam is.

Deze methode wordt over het algemeen gebruikt voor oxidatie van hoge kwaliteit, zoals diëlektrische poortoxidatie, oxidatie van de dunne bufferlaag, of voor het starten van oxidatie en het beëindigen van oxidatie tijdens oxidatie van de dikke bufferlaag.

(2)Nat zuurstofoxidatieproces: Waterdamp kan rechtstreeks in zuurstof worden vervoerd, of kan worden verkregen door de reactie van waterstof en zuurstof. De oxidatiesnelheid kan worden gewijzigd door de partiële drukverhouding van waterstof of waterdamp tot zuurstof aan te passen.

Houd er rekening mee dat om de veiligheid te garanderen de verhouding waterstof/zuurstof niet groter mag zijn dan 1,88:1. Natte zuurstofoxidatie is te wijten aan de aanwezigheid van zowel zuurstof als waterdamp in het reactiegas, en waterdamp zal bij hoge temperaturen ontleden in waterstofoxide (HO).

De diffusiesnelheid van waterstofoxide in siliciumoxide is veel sneller dan die van zuurstof, dus de oxidatiesnelheid van natte zuurstof is ongeveer een orde van grootte hoger dan de oxidatiesnelheid van droge zuurstof.

(3)Met chloor gedoteerd oxidatieproces: Naast de traditionele droge zuurstofoxidatie en natte zuurstofoxidatie kan chloorgas, zoals waterstofchloride (HCl), dichloorethyleen DCE (C2H2Cl2) of zijn derivaten, aan zuurstof worden toegevoegd om de oxidatiesnelheid en de kwaliteit van de oxidelaag te verbeteren .

De belangrijkste reden voor de toename van de oxidatiesnelheid is dat wanneer chloor wordt toegevoegd voor oxidatie, het reagens niet alleen waterdamp bevat die de oxidatie kan versnellen, maar dat chloor zich ook ophoopt nabij het grensvlak tussen Si en SiO2. In aanwezigheid van zuurstof worden chloorsiliciumverbindingen gemakkelijk omgezet in siliciumoxide, dat oxidatie kan katalyseren.

De belangrijkste reden voor de verbetering van de kwaliteit van de oxidelaag is dat de chlooratomen in de oxidelaag de activiteit van natriumionen kunnen zuiveren, waardoor de oxidatiedefecten worden verminderd die worden geïntroduceerd door natriumionenverontreiniging van apparatuur en procesgrondstoffen. Daarom is chloordotering betrokken bij de meeste droge zuurstofoxidatieprocessen.

2.2 Verspreidingsproces

Traditionele diffusie verwijst naar de overdracht van stoffen van gebieden met een hogere concentratie naar gebieden met een lagere concentratie totdat ze gelijkmatig zijn verdeeld. Het diffusieproces volgt de wet van Fick. Er kan diffusie plaatsvinden tussen twee of meer stoffen, en de concentratie- en temperatuurverschillen tussen verschillende gebieden zorgen ervoor dat de verdeling van stoffen naar een uniforme evenwichtstoestand gaat.

Een van de belangrijkste eigenschappen van halfgeleidermaterialen is dat hun geleidbaarheid kan worden aangepast door verschillende soorten of concentraties doteerstoffen toe te voegen. Bij de productie van geïntegreerde schakelingen wordt dit proces meestal bereikt door middel van doping- of diffusieprocessen.

Afhankelijk van de ontwerpdoelen kunnen halfgeleidermaterialen zoals silicium, germanium of III-V-verbindingen twee verschillende halfgeleidereigenschappen verkrijgen, N-type of P-type, door dotering met donoronzuiverheden of acceptoronzuiverheden.

Halfgeleiderdoping wordt voornamelijk uitgevoerd via twee methoden: diffusie of ionenimplantatie, elk met zijn eigen kenmerken:

Diffusiedoping is goedkoper, maar de concentratie en diepte van het dopingmateriaal kunnen niet nauwkeurig worden gecontroleerd;

Hoewel ionenimplantatie relatief duur is, maakt het nauwkeurige controle van de concentratieprofielen van het doteringsmiddel mogelijk.

Vóór de jaren zeventig lag de featuregrootte van grafische afbeeldingen met geïntegreerde schakelingen in de orde van 10 μm, en voor doping werd over het algemeen traditionele thermische diffusietechnologie gebruikt.

Het diffusieproces wordt voornamelijk gebruikt om halfgeleidermaterialen te modificeren. Door verschillende stoffen in halfgeleidermaterialen te verspreiden, kunnen hun geleidbaarheid en andere fysieke eigenschappen worden veranderd.

Door bijvoorbeeld het driewaardige element boor in silicium te diffunderen, wordt een halfgeleider van het P-type gevormd; door vijfwaardige elementen fosfor of arseen te doteren, wordt een halfgeleider van het N-type gevormd. Wanneer een P-type halfgeleider met meer gaten in contact komt met een N-type halfgeleider met meer elektronen, ontstaat er een PN-overgang.

Naarmate de afmetingen van de kenmerken kleiner worden, maakt het isotrope diffusieproces het mogelijk dat doteerstoffen naar de andere kant van de schildoxidelaag diffunderen, waardoor kortsluitingen tussen aangrenzende gebieden ontstaan.

Afgezien van enkele speciale toepassingen (zoals langdurige diffusie om uniform verdeelde hoogspanningsbestendige gebieden te vormen), is het diffusieproces geleidelijk vervangen door ionenimplantatie.

Bij de technologiegeneratie onder de 10 nm zal ionenimplantatie echter de kleine structuur beschadigen, aangezien de grootte van de Fin in het driedimensionale fin field-effect transistor (FinFET) apparaat erg klein is. Het gebruik van een diffusieproces met vaste bronnen kan dit probleem oplossen.

2.3 Afbraakproces

Het gloeiproces wordt ook wel thermisch gloeien genoemd. Het proces bestaat uit het gedurende een bepaalde tijd in een omgeving met hoge temperatuur plaatsen van de siliciumwafel om de microstructuur op het oppervlak of de binnenkant van de siliciumwafel te veranderen om een ​​specifiek procesdoel te bereiken.

De meest kritische parameters in het gloeiproces zijn temperatuur en tijd. Hoe hoger de temperatuur en hoe langer de tijd, hoe hoger het thermische budget.

Bij het daadwerkelijke productieproces van geïntegreerde schakelingen wordt het thermische budget strikt gecontroleerd. Als er meerdere gloeiprocessen in de processtroom plaatsvinden, kan het thermische budget worden uitgedrukt als de superpositie van meerdere warmtebehandelingen.

Met de miniaturisatie van procesknooppunten wordt het toegestane thermische budget in het gehele proces echter steeds kleiner, dat wil zeggen dat de temperatuur van het thermische proces bij hoge temperatuur lager wordt en de tijd korter.

Gewoonlijk wordt het uitgloeiproces gecombineerd met ionenimplantatie, dunnefilmafzetting, metaalsilicidevorming en andere processen. De meest voorkomende is thermisch uitgloeien na ionenimplantatie.

Ionenimplantatie zal de substraatatomen beïnvloeden, waardoor ze loskomen van de oorspronkelijke roosterstructuur en het substraatrooster beschadigen. Thermisch uitgloeien kan de roosterschade herstellen die wordt veroorzaakt door ionenimplantatie en kan ook de geïmplanteerde onzuiverheidsatomen van de roosterspleten naar de roosterplaatsen verplaatsen, waardoor ze worden geactiveerd.

De temperatuur die nodig is voor het repareren van schade aan het rooster is ongeveer 500°C, en de temperatuur die nodig is voor activering van onzuiverheden is ongeveer 950°C. In theorie geldt: hoe langer de gloeitijd en hoe hoger de temperatuur, hoe hoger de activeringssnelheid van onzuiverheden, maar een te hoog thermisch budget zal leiden tot overmatige diffusie van onzuiverheden, waardoor het proces oncontroleerbaar wordt en uiteindelijk de prestaties van het apparaat en het circuit verslechteren.

Daarom is met de ontwikkeling van de productietechnologie het traditionele langdurige ovengloeien geleidelijk vervangen door snel thermisch gloeien (RTA).

Tijdens het productieproces moeten sommige specifieke films na afzetting een thermisch gloeiproces ondergaan om bepaalde fysische of chemische eigenschappen van de film te veranderen. Een losse film wordt bijvoorbeeld compacter, waardoor de droge of natte etssnelheid verandert;

Een ander veelgebruikt gloeiproces vindt plaats tijdens de vorming van metaalsilicide. Metaalfilms zoals kobalt, nikkel, titanium, enz. worden op het oppervlak van de siliciumwafel gesputterd en na snel thermisch uitgloeien bij een relatief lage temperatuur kunnen het metaal en silicium een ​​legering vormen.

Bepaalde metalen vormen verschillende legeringsfasen onder verschillende temperatuuromstandigheden. Over het algemeen wordt gehoopt tijdens het proces een legeringsfase te vormen met een lagere contactweerstand en lichaamsweerstand.

Volgens verschillende thermische budgetvereisten is het gloeiproces verdeeld in ovengloeien bij hoge temperatuur en snel thermisch gloeien.

• Uitgloeien van ovenbuizen op hoge temperatuur:

Het is een traditionele gloeimethode met hoge temperaturen, lange gloeitijd en een hoog budget.

In sommige speciale processen, zoals zuurstofinjectie-isolatietechnologie voor het bereiden van SOI-substraten en diffusieprocessen in diepe putten, wordt het veel gebruikt. Dergelijke processen vereisen doorgaans een hoger thermisch budget om een ​​perfect rooster of een uniforme verdeling van de onzuiverheden te verkrijgen.

• Snel thermisch gloeien:

Het is het proces waarbij siliciumwafels worden verwerkt door extreem snelle verwarming/koeling en korte verblijftijd op de doeltemperatuur, ook wel Rapid Thermal Processing (RTP) genoemd.

Bij het vormen van ultra-ondiepe verbindingen bereikt snel thermisch uitgloeien een compromisoptimalisatie tussen reparatie van roosterdefecten, activering van onzuiverheden en minimalisatie van diffusie van onzuiverheden, en is onmisbaar in het productieproces van knooppunten met geavanceerde technologie.

Het temperatuurstijging/dalingsproces en het korte verblijf op de doeltemperatuur vormen samen het thermische budget van snelle thermische uitgloeiing.

Traditioneel snel thermisch gloeien heeft een temperatuur van ongeveer 1000°C en duurt seconden. In de afgelopen jaren zijn de vereisten voor snel thermisch uitgloeien steeds strenger geworden, en flash-gloeien, piekgloeien en lasergloeien hebben zich geleidelijk ontwikkeld, waarbij de uitgloeitijden milliseconden bereiken en zelfs de neiging hebben zich te ontwikkelen in de richting van microseconden en sub-microseconden.

3. Drie verwarmingsprocesapparatuur

3.1 Diffusie- en oxidatieapparatuur

Het diffusieproces maakt voornamelijk gebruik van het principe van thermische diffusie onder omstandigheden van hoge temperatuur (meestal 900-1200 ℃) om onzuiverheidselementen op een vereiste diepte in het siliciumsubstraat op te nemen om het een specifieke concentratieverdeling te geven, om de elektrische eigenschappen van het siliciumsubstraat te veranderen. materiaal en vormen een structuur van een halfgeleiderapparaat.

In de technologie van geïntegreerde siliciumcircuits wordt het diffusieproces gebruikt om PN-overgangen of componenten zoals weerstanden, condensatoren, verbindingsbedrading, diodes en transistors in geïntegreerde schakelingen te maken, en wordt het ook gebruikt voor isolatie tussen componenten.

Vanwege het onvermogen om de verdeling van de dopingconcentratie nauwkeurig te controleren, is het diffusieproces geleidelijk vervangen door het ionenimplantatiedoteringsproces bij de vervaardiging van geïntegreerde schakelingen met wafeldiameters van 200 mm en meer, maar een kleine hoeveelheid wordt nog steeds gebruikt in zware dopingprocessen.

Traditionele diffusieapparatuur bestaat voornamelijk uit horizontale diffusieovens, en er is ook een klein aantal verticale diffusieovens.

Horizontale diffusieoven:

Het is een warmtebehandelingsapparaat dat veel wordt gebruikt in het diffusieproces van geïntegreerde schakelingen met een wafeldiameter van minder dan 200 mm. De kenmerken zijn dat het lichaam van de verwarmingsoven, de reactiebuis en de kwartsboot die de wafels dragen allemaal horizontaal zijn geplaatst, dus het heeft de proceskenmerken van een goede uniformiteit tussen de wafels.

Het is niet alleen een van de belangrijke front-endapparatuur op de productielijn voor geïntegreerde schakelingen, maar wordt ook veel gebruikt bij diffusie, oxidatie, gloeien, legering en andere processen in industrieën zoals discrete apparaten, vermogenselektronische apparaten, opto-elektronische apparaten en optische vezels .

Verticale diffusieoven:

Verwijst in het algemeen naar een batch-warmtebehandelingsapparatuur die wordt gebruikt in het geïntegreerde circuitproces voor wafers met een diameter van 200 mm en 300 mm, algemeen bekend als een verticale oven.

De structurele kenmerken van de verticale diffusieoven zijn dat het lichaam van de verwarmingsoven, de reactiebuis en de kwartsboot die de wafel draagt ​​allemaal verticaal zijn geplaatst en dat de wafel horizontaal is geplaatst. Het heeft de kenmerken van goede uniformiteit binnen de wafer, hoge mate van automatisering en stabiele systeemprestaties, die kunnen voldoen aan de behoeften van grootschalige productielijnen voor geïntegreerde schakelingen.

De verticale diffusieoven is een van de belangrijkste apparatuur in de productielijn voor geïntegreerde schakelingen van halfgeleiders en wordt ook vaak gebruikt in aanverwante processen op het gebied van vermogenselektronische apparaten (IGBT), enzovoort.

De verticale diffusieoven is toepasbaar op oxidatieprocessen zoals droge zuurstofoxidatie, waterstof-zuurstofsynthese-oxidatie, siliciumoxynitride-oxidatie en dunne-filmgroeiprocessen zoals siliciumdioxide, polysilicium, siliciumnitride (Si3N4) en afzetting van atomaire lagen.

Het wordt ook vaak gebruikt bij gloeien bij hoge temperaturen, kopergloeien en legeringsprocessen. Wat het diffusieproces betreft, worden verticale diffusieovens soms ook gebruikt bij zware doteringsprocessen.

3.2 Apparatuur voor snelgloeien

Rapid Thermal Processing (RTP)-apparatuur is een warmtebehandelingsapparatuur met één wafer die de temperatuur van de wafer snel kan verhogen tot de temperatuur die vereist is voor het proces (200-1300°C) en deze snel kan afkoelen. De verwarmings-/koelsnelheid bedraagt ​​doorgaans 20-250 °C/s.

Naast een breed scala aan energiebronnen en uitgloeitijd heeft RTP-apparatuur ook andere uitstekende procesprestaties, zoals uitstekende thermische budgetcontrole en betere oppervlakte-uniformiteit (vooral voor grote wafers), het repareren van waferschade veroorzaakt door ionenimplantatie, en meerdere kamers kunnen tegelijkertijd verschillende processtappen uitvoeren.

Bovendien kan RTP-apparatuur flexibel en snel procesgassen omzetten en aanpassen, zodat meerdere warmtebehandelingsprocessen in hetzelfde warmtebehandelingsproces kunnen worden voltooid.

RTP-apparatuur wordt het meest gebruikt bij snel thermisch gloeien (RTA). Na ionenimplantatie is RTP-apparatuur nodig om de schade veroorzaakt door ionenimplantatie te herstellen, gedoteerde protonen te activeren en de diffusie van onzuiverheden effectief te remmen.

Over het algemeen bedraagt ​​de temperatuur voor het repareren van roosterdefecten ongeveer 500°C, terwijl voor het activeren van gedoteerde atomen 950°C nodig is. De activering van onzuiverheden is gerelateerd aan tijd en temperatuur. Hoe langer de tijd en hoe hoger de temperatuur, hoe vollediger de onzuiverheden worden geactiveerd, maar dit is niet bevorderlijk voor het remmen van de diffusie van onzuiverheden.

Omdat de RTP-apparatuur de kenmerken heeft van een snelle temperatuurstijging/-daling en een korte duur, kan het uitgloeiproces na ionenimplantatie de optimale parameterselectie bereiken tussen roosterdefectreparatie, onzuiverheidsactivering en remming van onzuiverheidsdiffusie.

RTA is hoofdzakelijk onderverdeeld in de volgende vier categorieën:

(1)Spike-gloeien

Het kenmerk is dat het zich richt op het snelle verwarmings-/koelproces, maar in principe geen warmtebehoudsproces heeft. Het piekgloeien blijft gedurende een zeer korte tijd op het hoge temperatuurpunt en de belangrijkste functie is het activeren van de doteringselementen.

Bij daadwerkelijke toepassingen begint de wafer snel op te warmen vanaf een bepaald stabiel standby-temperatuurpunt en koelt hij onmiddellijk af nadat hij het doeltemperatuurpunt heeft bereikt.

Omdat de onderhoudstijd op het doeltemperatuurpunt (dwz het piektemperatuurpunt) erg kort is, kan het gloeiproces de mate van onzuiverheidsactivatie maximaliseren en de mate van onzuiverheidsdiffusie minimaliseren, terwijl het goede defect-gloeireparatie-eigenschappen heeft, wat resulteert in hogere verbindingskwaliteit en lagere lekstroom.

Spike-gloeien wordt veel gebruikt in ultra-ondiepe junctieprocessen na 65 nm. De procesparameters van piekgloeien omvatten voornamelijk piektemperatuur, piekverblijftijd, temperatuurdivergentie en wafelweerstand na het proces.

Hoe korter de piekverblijftijd, hoe beter. Het hangt vooral af van de verwarmings-/koelsnelheid van het temperatuurregelsysteem, maar de geselecteerde procesgasatmosfeer heeft er soms ook een zekere invloed op.

Helium heeft bijvoorbeeld een klein atomair volume en een hoge diffusiesnelheid, wat bevorderlijk is voor een snelle en uniforme warmteoverdracht en de piekbreedte of piekverblijftijd kan verminderen. Daarom wordt soms gekozen voor helium om verwarming en koeling te ondersteunen.

(2)Lampgloeien

Lampgloeitechnologie wordt veel gebruikt. Halogeenlampen worden over het algemeen gebruikt als snelgloeiende warmtebronnen. Hun hoge verwarmings-/koelsnelheden en nauwkeurige temperatuurregeling kunnen voldoen aan de eisen van productieprocessen boven 65 nm.

Het kan echter niet volledig voldoen aan de strenge eisen van het 45 nm-proces (na het 45 nm-proces, wanneer het nikkel-siliciumcontact van de logische LSI optreedt, moet de wafer binnen milliseconden snel worden verwarmd van 200 ° C tot meer dan 1000 ° C. dus lasergloeien is over het algemeen vereist).

(3)Lasergloeien

Lasergloeien is het proces waarbij laser direct wordt gebruikt om de temperatuur van het oppervlak van de wafer snel te verhogen totdat deze voldoende is om het siliciumkristal te smelten, waardoor het sterk wordt geactiveerd.

De voordelen van lasergloeien zijn extreem snelle verwarming en gevoelige regeling. Er is geen verwarming van de gloeidraad nodig en er zijn in principe geen problemen met de temperatuurvertraging en de levensduur van de gloeidraad.

Vanuit technisch oogpunt brengt lasergloeien echter problemen met lekstroom en residudefecten met zich mee, die ook een zekere impact zullen hebben op de prestaties van het apparaat.

(4)Flitsgloeien

Flash-gloeien is een gloeitechnologie die gebruik maakt van straling met hoge intensiteit om piekgloeien op wafers uit te voeren bij een specifieke voorverwarmingstemperatuur.

De wafel wordt voorverwarmd tot 600-800°C en vervolgens wordt straling met hoge intensiteit gebruikt voor kortdurende pulsbestraling. Wanneer de piektemperatuur van de wafer de vereiste gloeitemperatuur bereikt, wordt de straling onmiddellijk uitgeschakeld.

RTP-apparatuur wordt steeds vaker gebruikt bij de productie van geavanceerde geïntegreerde schakelingen.

Naast dat het op grote schaal wordt gebruikt in RTA-processen, wordt RTP-apparatuur ook gebruikt bij snelle thermische oxidatie, snelle thermische nitridatie, snelle thermische diffusie, snelle chemische dampafzetting, evenals bij het genereren van metaalsilicide en epitaxiale processen.

————————————————————————————————————————————————— ——

Semicera kan dit biedengrafiet onderdelen,zacht/stijf vilt,onderdelen van siliciumcarbide,CVD siliciumcarbide onderdelen, EnOnderdelen met SiC/TaC-coatingmet volledig halfgeleiderproces in 30 dagen.

Als u geïnteresseerd bent in de bovengenoemde halfgeleiderproducten,Aarzel dan niet om de eerste keer contact met ons op te nemen.

Tel: +86-13373889683

WhatsAPP: +86-15957878134

Email: sales01@semi-cera.com