1. Ülevaade
Kuumutamine, tuntud ka kui termiline töötlemine, viitab tootmisprotseduuridele, mis töötavad kõrgel temperatuuril, mis on tavaliselt kõrgem kui alumiiniumi sulamistemperatuur.
Kuumutamisprotsess viiakse tavaliselt läbi kõrge temperatuuriga ahjus ja see hõlmab selliseid olulisi protsesse nagu oksüdatsioon, lisandite difusioon ja lõõmutamine kristallide defektide parandamiseks pooljuhtide tootmises.
Oksüdatsioon: see on protsess, mille käigus räniplaat asetatakse kõrgtemperatuurseks kuumtöötlemiseks oksüdeerijate, näiteks hapniku või veeauru atmosfääri, põhjustades ränivahvli pinnal keemilise reaktsiooni, moodustades oksiidkile.
Lisandite difusioon: viitab termilise difusiooni põhimõtete kasutamisele kõrge temperatuuri tingimustes, et viia ränisubstraati lisandite elemente vastavalt protsessi nõuetele, nii et sellel oleks konkreetne kontsentratsioonijaotus, muutes seeläbi ränimaterjali elektrilisi omadusi.
Lõõmutamine viitab räniplaadi kuumutamise protsessile pärast ioonide implanteerimist, et parandada ioonide implanteerimisest põhjustatud võre defekte.
Oksüdeerimiseks/difusiooniks/lõõmutamiseks kasutatakse kolme põhitüüpi seadmeid:
- Horisontaalne ahi;
- Vertikaalne ahi;
- Kiirkütteahi: kiirkuumtöötlusseadmed
Traditsioonilistes kuumtöötlusprotsessides kasutatakse ioonide implanteerimisest põhjustatud kahjustuste kõrvaldamiseks peamiselt pikaajalist kõrgtemperatuurilist töötlemist, kuid selle puuduseks on defektide mittetäielik eemaldamine ja implanteeritud lisandite madal aktiveerimise efektiivsus.
Lisaks toimub kõrge lõõmutamistemperatuuri ja pika aja tõttu tõenäoliselt lisandite ümberjaotumine, mis põhjustab suure hulga lisandite hajumist ning ei vasta madalate ristmike ja kitsa lisandite jaotumise nõuetele.
Ioonimplanteeritud vahvlite kiire termiline lõõmutamine kiirtermilise töötlemise (RTP) seadmetega on kuumtöötlusmeetod, mis soojendab kogu vahvli väga lühikese ajaga teatud temperatuurini (tavaliselt 400-1300°C).
Võrreldes ahjuküttega lõõmutusega, on selle eeliseks väiksem soojuseelarve, väiksem lisandite liikumise ulatus dopingupiirkonnas, väiksem saaste ja lühem töötlemisaeg.
Kiire termilise lõõmutamise protsess võib kasutada erinevaid energiaallikaid ja lõõmutamise ajavahemik on väga lai (100 kuni 10-9 sekundit, näiteks lambilõõmutamine, laserlõõmutamine jne). See võib täielikult aktiveerida lisandid, samal ajal tõhusalt pärssides lisandite ümberjaotumist. Praegu kasutatakse seda laialdaselt tipptasemel integraallülituste tootmisprotsessides, mille vahvli läbimõõt on üle 200 mm.
2. Teine kuumutamisprotsess
2.1 Oksüdatsiooniprotsess
Integraallülituse tootmisprotsessis on ränioksiidkilede moodustamiseks kaks meetodit: termiline oksüdatsioon ja sadestamine.
Oksüdatsiooniprotsess viitab protsessile, mille käigus tekib termilise oksüdatsiooni teel räniplaatide pinnale SiO2. Termilise oksüdatsiooni teel moodustunud SiO2 kilet kasutatakse integraallülituse tootmisprotsessis laialdaselt tänu selle suurepärastele elektriisolatsiooniomadustele ja protsessi teostatavusele.
Selle kõige olulisemad rakendused on järgmised:
- Kaitske seadmeid kriimustuste ja saastumise eest;
- Laetud kandjate väljaisolatsiooni piiramine (pinna passiveerimine);
- Dielektrilised materjalid paisu oksiid- või säilitusraku struktuurides;
- Implantaadi maskeerimine dopingus;
- Dielektriline kiht metalli juhtivate kihtide vahel.
(1)Seadme kaitse ja isolatsioon
Vahvli (ränivahvli) pinnal kasvatatud SiO2 võib toimida tõhusa tõkkekihina tundlike seadmete isoleerimiseks ja kaitsmiseks ränis.
Kuna SiO2 on kõva ja mittepoorne (tihe) materjal, saab seda kasutada aktiivsete seadmete tõhusaks isoleerimiseks räni pinnal. Kõva SiO2 kiht kaitseb räniplaati kriimustuste ja kahjustuste eest, mis võivad tekkida tootmisprotsessi käigus.
(2)Pinna passiveerimine
Pinna passiveerimine Termiliselt kasvatatud SiO2 peamiseks eeliseks on see, et see võib vähendada räni pinnaseisundi tihedust, piirates selle rippuvaid sidemeid, mida nimetatakse pinna passiveerimiseks.
See hoiab ära elektrilise lagunemise ja vähendab niiskuse, ioonide või muude väliste saasteainete põhjustatud lekkevoolu teed. Kõva SiO2 kiht kaitseb Si kriimustuste ja protsessikahjustuste eest, mis võivad tekkida järeltootmise ajal.
Si pinnale kasvanud SiO2 kiht võib siduda Si pinnal olevaid elektriliselt aktiivseid saasteaineid (mobiilsete ioonide saaste). Passiveerimine on oluline ka ühendusseadmete lekkevoolu kontrollimiseks ja stabiilsete väravaoksiidide kasvatamiseks.
Kvaliteetse passiveerimiskihina on oksiidikihil kvaliteedinõuded nagu ühtlane paksus, aukude ja tühimike puudumine.
Teine tegur oksiidikihi kasutamisel Si pinna passiveerimiskihina on oksiidikihi paksus. Oksiidkiht peab olema piisavalt paks, et vältida metallikihi laadimist räni pinnale kogunemise tõttu, mis on sarnane tavaliste kondensaatorite laengu salvestamise ja purunemise omadustega.
SiO2 soojuspaisumistegur on samuti väga sarnane Si-ga. Räniplaadid paisuvad kõrge temperatuuriga protsesside käigus ja tõmbuvad kokku jahtumisel.
SiO2 paisub või tõmbub kokku kiirusega, mis on väga sarnane Si kiirusega, mis minimeerib räniplaadi väändumist termilise protsessi ajal. See väldib ka oksiidkile eraldumist ränipinnast kile pinge tõttu.
(3)Värava oksiiddielektrik
MOS-tehnoloogias kõige sagedamini kasutatava ja olulisema paisoksiidstruktuuri jaoks kasutatakse dielektrilise materjalina äärmiselt õhukest oksiidikihti. Kuna värava oksiidikihil ja selle all oleval Si-l on kõrge kvaliteedi ja stabiilsuse omadused, saadakse väravaoksiidi kiht tavaliselt termilise kasvu teel.
SiO2-l on kõrge dielektriline tugevus (107V/m) ja suur eritakistus (umbes 1017Ω·cm).
MOS-seadmete töökindluse võti on värava oksiidikihi terviklikkus. MOS-seadmete väravastruktuur juhib voolu voolu. Kuna see oksiid on väliefektitehnoloogial põhinevate mikrokiipide funktsioonide aluseks,
Seetõttu on selle põhinõuded kõrge kvaliteet, suurepärane kile paksuse ühtlus ja lisandite puudumine. Igasugune saastumine, mis võib halvendada värava oksiidstruktuuri funktsiooni, tuleb rangelt kontrollida.
(4)Dopingubarjäär
SiO2 saab kasutada tõhusa maskeeriva kihina räni pinna selektiivseks dopinguks. Kui räni pinnale on moodustunud oksiidikiht, söövitatakse maski läbipaistvas osas olev SiO2, et moodustada aken, mille kaudu dopingmaterjal pääseb räniplaadile.
Kui aknaid pole, võib oksiid kaitsta räni pinda ja takistada lisandite hajumist, võimaldades selektiivset lisandite implanteerimist.
Lisandid liiguvad SiO2-s võrreldes Si-ga aeglaselt, seega on doantide blokeerimiseks vaja ainult õhukest oksiidikihti (pange tähele, et see kiirus sõltub temperatuurist).
Õhukest oksiidikihti (nt paksusega 150 Å) saab kasutada ka piirkondades, kus on vaja ioonide implanteerimist, mida saab kasutada ränipinna kahjustuste minimeerimiseks.
Samuti võimaldab see paremini kontrollida ristmiku sügavust lisandite implanteerimise ajal, vähendades kanalisatsiooniefekti. Pärast implanteerimist saab oksiidi valikuliselt eemaldada vesinikfluoriidhappega, et muuta ränipind uuesti tasaseks.
(5)Dielektriline kiht metallikihtide vahel
SiO2 ei juhi tavatingimustes elektrit, seega on see mikrokiipides tõhus isolaator metallikihtide vahel. SiO2 võib vältida lühiseid ülemise metallikihi ja alumise metallikihi vahel, täpselt nagu juhtme isolaator võib vältida lühiseid.
Oksiidide kvaliteedinõue on, et sellel ei oleks auke ega tühimikke. See on sageli legeeritud, et saavutada tõhusam voolavus, mis võib paremini minimeerida saaste levikut. Tavaliselt saadakse see pigem keemilise aur-sadestamise kui termilise kasvu teel.
Sõltuvalt reaktsioonigaasist jaguneb oksüdatsiooniprotsess tavaliselt järgmisteks osadeks:
- Kuiv hapnikuga oksüdatsioon: Si + O2→SiO2;
- Märg hapnikuga oksüdatsioon: 2H2O (veeaur) + Si→SiO2+2H2;
- Klooriga legeeritud oksüdatsioon: oksüdatsioonikiiruse ja oksiidikihi kvaliteedi parandamiseks lisatakse hapnikule gaasilist kloori, nagu vesinikkloriid (HCl), dikloroetüleen DCE (C2H2Cl2) või selle derivaate.
(1)Kuiv hapniku oksüdatsiooniprotsess: Reaktsioonigaasis olevad hapnikumolekulid difundeeruvad läbi juba moodustunud oksiidikihi, jõuavad SiO2 ja Si vahelise piirini, reageerivad Si-ga ja moodustavad seejärel SiO2 kihi.
Kuivhapniku oksüdeerimisel valmistatud SiO2 on tiheda struktuuriga, ühtlase paksusega, tugeva maskeerimisvõimega süstimisel ja difusioonil ning protsessi kõrge korratavusega. Selle puuduseks on aeglane kasvutempo.
Seda meetodit kasutatakse üldiselt kvaliteetseks oksüdatsiooniks, nagu näiteks paisu dielektriline oksüdatsioon, õhukese puhverkihi oksüdatsioon või oksüdatsiooni alustamiseks ja oksüdatsiooni lõpetamiseks paksu puhverkihi oksüdatsiooni ajal.
(2)Märg hapniku oksüdatsiooniprotsess: veeauru võib kanda otse hapnikus või saada vesiniku ja hapniku reaktsioonil. Oksüdatsioonikiirust saab muuta, reguleerides vesiniku või veeauru ja hapniku osarõhu suhet.
Pange tähele, et ohutuse tagamiseks ei tohiks vesiniku ja hapniku suhe ületada 1,88:1. Märg hapniku oksüdatsioon on tingitud nii hapniku kui ka veeauru olemasolust reaktsioonigaasis ning veeaur laguneb kõrgel temperatuuril vesinikoksiidiks (HO).
Vesinikoksiidi difusioonikiirus ränioksiidis on palju kiirem kui hapniku oma, seega on märja hapniku oksüdatsioonikiirus umbes ühe suurusjärgu võrra kõrgem kui kuiva hapniku oksüdatsioonikiirus.
(3)Klooriga legeeritud oksüdatsiooniprotsess: Lisaks traditsioonilisele kuivoksüdatsioonile ja hapniku märjale oksüdatsioonile võib hapnikule lisada kloorigaasi, näiteks vesinikkloriidi (HCl), dikloroetüleeni DCE (C2H2Cl2) või selle derivaate, et parandada oksüdatsioonikiirust ja oksiidikihi kvaliteeti. .
Oksüdatsioonikiiruse suurenemise peamine põhjus on see, et kui oksüdeerimiseks lisatakse kloori, ei sisalda reagent mitte ainult veeauru, mis võib oksüdatsiooni kiirendada, vaid kloor koguneb ka Si ja SiO2 vahelise liidese lähedusse. Hapniku juuresolekul muutuvad klororäni ühendid kergesti ränioksiidiks, mis võib katalüüsida oksüdatsiooni.
Oksiidkihi kvaliteedi paranemise peamiseks põhjuseks on see, et oksiidikihis olevad klooriaatomid suudavad puhastada naatriumioonide aktiivsust, vähendades seeläbi seadmete ja protsesside toorainete naatriumioonidega saastumisest tingitud oksüdatsioonidefekte. Seetõttu osaleb kloori doping enamikus kuiva hapniku oksüdatsiooniprotsessides.
2.2 Difusiooniprotsess
Traditsiooniline difusioon viitab ainete ülekandmisele kõrgema kontsentratsiooniga piirkondadest madalama kontsentratsiooniga piirkondadesse, kuni need on ühtlaselt jaotunud. Difusiooniprotsess järgib Ficki seadust. Difusioon võib toimuda kahe või enama aine vahel ning kontsentratsioonide ja temperatuuride erinevused erinevate piirkondade vahel viivad ainete jaotumise ühtlasesse tasakaaluolekusse.
Pooljuhtmaterjalide üks olulisemaid omadusi on see, et nende juhtivust saab reguleerida erinevat tüüpi või kontsentratsiooniga lisandeid lisades. Integraallülituste tootmises saavutatakse see protsess tavaliselt dopingu- või difusiooniprotsesside kaudu.
Olenevalt disaini eesmärkidest võivad pooljuhtmaterjalid, nagu räni, germaanium või III-V ühendid, saada kaks erinevat pooljuhtomadust, N-tüüpi või P-tüüpi, doonorlisandite või aktseptorlisanditega dopinguga.
Pooljuhtide doping viiakse läbi peamiselt kahe meetodi abil: difusioon või ioonide implanteerimine, millest igaühel on oma omadused:
Difusioondoping on odavam, kuid dopingumaterjali kontsentratsiooni ja sügavust ei saa täpselt kontrollida;
Kuigi ioonide implanteerimine on suhteliselt kallis, võimaldab see lisandi kontsentratsiooniprofiile täpselt kontrollida.
Enne 1970. aastaid oli integraallülituse graafika funktsioonide suurus suurusjärgus 10 μm ja dopinguks kasutati tavaliselt traditsioonilist termilise difusiooni tehnoloogiat.
Difusiooniprotsessi kasutatakse peamiselt pooljuhtmaterjalide modifitseerimiseks. Erinevaid aineid pooljuhtmaterjalidesse hajutades saab muuta nende juhtivust ja muid füüsikalisi omadusi.
Näiteks kolmevalentse elemendi boori difundeerimisel räni moodustub P-tüüpi pooljuht; viietavalentsete elementide fosfori või arseeni dopeerimisel tekib N-tüüpi pooljuht. Kui rohkemate aukudega P-tüüpi pooljuht puutub kokku rohkemate elektronidega N-tüüpi pooljuhiga, tekib PN-siirde.
Kuna objektide suurus väheneb, võimaldab isotroopne difusiooniprotsess lisanditel difundeeruda kaitseoksiidikihi teisele küljele, põhjustades lühiseid külgnevate piirkondade vahel.
Välja arvatud mõned eriotstarbed (nt pikaajaline difusioon, et moodustada ühtlaselt jaotunud kõrgepingele vastupidavad alad), on difusiooniprotsess järk-järgult asendatud ioonide implanteerimisega.
Kuid alla 10 nm tehnoloogia põlvkonnas, kuna kolmemõõtmelise ribi väljatransistori (FinFET) seadmes on Fini suurus väga väike, kahjustab ioonide implanteerimine selle pisikest struktuuri. Tahke allika difusiooniprotsessi kasutamine võib selle probleemi lahendada.
2.3 Lagunemisprotsess
Lõõmutamisprotsessi nimetatakse ka termiliseks lõõmutamiseks. Protsess seisneb ränivahvli asetamises teatud ajaks kõrge temperatuuriga keskkonda, et muuta räniplaadi pinnal või sees olevat mikrostruktuuri, et saavutada konkreetne protsessi eesmärk.
Kõige kriitilisemad parameetrid lõõmutamisprotsessis on temperatuur ja aeg. Mida kõrgem on temperatuur ja pikem aeg, seda suurem on soojuseelarve.
Tegelikus integraallülituse tootmisprotsessis on soojuseelarve rangelt kontrollitud. Kui protsessi voolus on mitu lõõmutamisprotsessi, võib soojuseelarvet väljendada mitme kuumtöötluse superpositsioonina.
Protsessi sõlmede miniaturiseerimisega muutub aga lubatav soojuseelarve kogu protsessis järjest väiksemaks, st kõrgtemperatuurse termilise protsessi temperatuur langeb ja aeg lüheneb.
Tavaliselt kombineeritakse lõõmutamisprotsess ioonide implanteerimise, õhukese kile sadestamise, metallsilitsiidi moodustamise ja muude protsessidega. Kõige tavalisem on termiline lõõmutamine pärast ioonide implanteerimist.
Ioonide implanteerimine mõjutab substraadi aatomeid, põhjustades nende algsest võrestruktuurist lahti murdumise ja substraadi võre kahjustamise. Termiline lõõmutamine võib parandada ioonide siirdamisest põhjustatud võre kahjustusi ja samuti võib siirdada siirdatud lisandite aatomeid võre vahedest võrekohtadesse, aktiveerides neid seeläbi.
Võre kahjustuste parandamiseks vajalik temperatuur on umbes 500 °C ja lisandite aktiveerimiseks vajalik temperatuur on umbes 950 °C. Teoreetiliselt, mida pikem on lõõmutamise aeg ja kõrgem temperatuur, seda suurem on lisandite aktiveerimise määr, kuid liiga kõrge termiline eelarve põhjustab lisandite liigset difusiooni, muutes protsessi kontrollimatuks ja põhjustades lõppkokkuvõttes seadme ja vooluahela jõudluse halvenemist.
Seetõttu on tootmistehnoloogia arenedes traditsiooniline pikaajaline ahjulõõmutamine järk-järgult asendunud kiirtermilise lõõmutusega (RTA).
Tootmisprotsessis peavad mõned konkreetsed kiled pärast sadestamist läbima termilise lõõmutamise, et muuta kile teatud füüsikalisi või keemilisi omadusi. Näiteks muutub lahtine kile tihedaks, muutes selle kuiva või märja söövitamise kiirust;
Teine tavaliselt kasutatav lõõmutamisprotsess toimub metallisilitsiidi moodustumise ajal. Räniplaadi pinnale pihustatakse metallkiled nagu koobalt, nikkel, titaan jne ning pärast kiiret termilist lõõmutamist suhteliselt madalal temperatuuril võivad metall ja räni moodustada sulami.
Teatud metallid moodustavad erinevatel temperatuuritingimustel erinevaid sulamifaase. Üldiselt loodetakse protsessi käigus moodustada sulamifaas, mille kontakttakistus ja kere takistus on väiksem.
Vastavalt erinevatele soojuseelarve nõuetele jagatakse lõõmutamisprotsess kõrge temperatuuriga ahju lõõmutamiseks ja kiireks termiliseks lõõmutamiseks.
- Kõrge temperatuuriga ahju torude lõõmutamine:
See on traditsiooniline lõõmutamismeetod kõrge temperatuuri, pika lõõmutamisajaga ja suure eelarvega.
Seda kasutatakse laialdaselt mõnes eriprotsessis, näiteks hapniku süstimise isolatsioonitehnoloogias SOI substraatide ettevalmistamiseks ja süvakaevude difusiooniprotsessides. Sellised protsessid nõuavad üldiselt suuremat soojuseelarvet, et saavutada täiuslik võre või ühtlane lisandite jaotus.
- Kiire termiline lõõmutamine:
See on protsess, mille käigus töödeldakse ränivahvleid ülikiire kuumutamise/jahutamise ja sihttemperatuuril lühikese seismise teel, mida mõnikord nimetatakse ka kiireks termiliseks töötlemiseks (RTP).
Ülimadalate ristmike moodustamise protsessis saavutab kiire termiline lõõmutamine kompromissilise optimeerimise võre defektide parandamise, lisandite aktiveerimise ja lisandite difusiooni minimeerimise vahel ning on asendamatu kõrgtehnoloogiliste sõlmede tootmisprotsessis.
Temperatuuri tõusu/languse protsess ja lühiajaline viibimine sihttemperatuuril moodustavad koos kiire termilise lõõmutamise termilise eelarve.
Traditsioonilise kiirtermilise lõõmutamise temperatuur on umbes 1000 °C ja see võtab aega sekundeid. Viimastel aastatel on nõuded kiirele termilisele lõõmutamisele muutunud üha karmimaks ning järk-järgult on arenenud kiirlõõmutamine, naaskellõõmutamine ja laserlõõmutamine, kusjuures lõõmutamisajad ulatuvad millisekunditeni ja kipuvad arenema isegi mikrosekundite ja submikrosekundite suunas.
3 . Kolm kütteprotsessi seadet
3.1 Difusiooni- ja oksüdatsiooniseadmed
Difusiooniprotsessis kasutatakse peamiselt termilise difusiooni põhimõtet kõrgel temperatuuril (tavaliselt 900–1200 ℃), et lisada ränisubstraati vajalikul sügavusel lisandite elemente, et anda sellele konkreetne kontsentratsioonijaotus, et muuta ränisubstraadi elektrilisi omadusi. materjalist ja moodustavad pooljuhtseadme struktuuri.
Ränist integraallülituse tehnoloogias kasutatakse difusiooniprotsessi PN-siirde või komponentide, nagu takistid, kondensaatorid, ühendusjuhtmete, dioodide ja transistorite integraallülitustes valmistamiseks ning seda kasutatakse ka komponentide vaheliseks isoleerimiseks.
Kuna dopingu kontsentratsiooni jaotust ei ole võimalik täpselt kontrollida, on difusiooniprotsess järk-järgult asendunud ioonide implanteerimisega dopinguprotsessiga 200 mm ja suurema plaadi läbimõõduga integraallülituste valmistamisel, kuid väikest kogust kasutatakse siiski rasketes seadmetes. dopinguprotsessid.
Traditsioonilised difusiooniseadmed on peamiselt horisontaalsed difusiooniahjud, samuti on vähe vertikaalseid difusioonahjusid.
Horisontaalne difusiooniahi:
See on kuumtöötlusseade, mida kasutatakse laialdaselt integraallülituste difusiooniprotsessis, mille vahvli läbimõõt on alla 200 mm. Selle omadused seisnevad selles, et kuumutusahju korpus, reaktsioonitoru ja vahvleid kandev kvartspaat asetsevad kõik horisontaalselt, nii et sellel on protsessiomadused, mille kohaselt on vahvlite vahel hea ühtlus.
See pole mitte ainult üks tähtsamaid integraallülituse tootmisliini esiseadmeid, vaid seda kasutatakse laialdaselt ka difusiooni-, oksüdatsiooni-, lõõmutamise, legeerimise ja muudes protsessides sellistes tööstusharudes nagu diskreetseadmed, jõuelektroonikaseadmed, optoelektroonilised seadmed ja optilised kiud. .
Vertikaalne difusioonahi:
Üldiselt viitab 200 mm ja 300 mm läbimõõduga vahvlite integraallülitusprotsessis kasutatavale partiikuumtöötlusseadmele, mida tavaliselt tuntakse vertikaalahjuna.
Vertikaalse difusiooniahju konstruktsiooniomadused seisnevad selles, et kütteahju korpus, reaktsioonitoru ja vahvlit kandev kvartspaat asetsevad kõik vertikaalselt ja vahvel horisontaalselt. Sellel on vahvli hea ühtlus, kõrge automatiseerituse tase ja stabiilne süsteemi jõudlus, mis vastab suuremahuliste integraallülituste tootmisliinide vajadustele.
Vertikaalne difusioonahi on pooljuhtide integraallülituste tootmisliini üks olulisi seadmeid ja seda kasutatakse sageli ka seotud protsessides jõuelektroonikaseadmete (IGBT) jne valdkonnas.
Vertikaalset difusiooniahju saab kasutada oksüdatsiooniprotsesside jaoks, nagu kuiv hapniku oksüdatsioon, vesiniku-hapniku sünteesi oksüdatsioon, ränioksünitriidi oksüdatsioon ja õhukese kile kasvuprotsesside jaoks, nagu ränidioksiid, polüräni, ränitriid (Si3N4) ja aatomkihtsadestamine.
Seda kasutatakse tavaliselt ka kõrge temperatuuriga lõõmutamise, vase lõõmutamise ja legeerimise protsessides. Difusiooniprotsessi osas kasutatakse vertikaalseid difusioonahjusid mõnikord ka rasketes dopingusprotsessides.
3.2 Kiirlõõmutusseadmed
Rapid Thermal Processing (RTP) seade on ühe vahvliga kuumtöötlusseade, mis suudab kiiresti tõsta vahvli temperatuuri protsessis nõutavale temperatuurile (200-1300°C) ja suudab seda kiiresti maha jahutada. Kuumutamis-/jahutuskiirus on üldiselt 20-250°C/s.
Lisaks suurele hulgale energiaallikatele ja lõõmutamisajale on RTP-seadmetel ka muid suurepäraseid protsessitulemusi, nagu suurepärane termilise eelarve kontroll ja parem pinna ühtlus (eriti suurte vahvlite puhul), ioonide implanteerimisest põhjustatud vahvlikahjustuste parandamine ja mitu kambrit võivad samaaegselt käivitada erinevaid protsessietappe.
Lisaks saavad RTP-seadmed paindlikult ja kiiresti muundada ja reguleerida protsessigaase, nii et sama kuumtöötlusprotsessi käigus saab läbi viia mitu kuumtöötlusprotsessi.
RTP-seadmeid kasutatakse kõige sagedamini kiirtermiliseks lõõmutamiseks (RTA). Pärast ioonide implanteerimist on vaja RTP-seadmeid, et parandada ioonide implanteerimisest põhjustatud kahjustusi, aktiveerida legeeritud prootoneid ja pärssida tõhusalt lisandite difusiooni.
Üldiselt on võre defektide parandamise temperatuur umbes 500 ° C, samas kui legeeritud aatomite aktiveerimiseks on vaja 950 ° C. Lisandite aktiveerumine on seotud aja ja temperatuuriga. Mida pikem on aeg ja kõrgem temperatuur, seda täielikumalt lisandid aktiveeruvad, kuid see ei soodusta lisandite difusiooni pärssimist.
Kuna RTP-seadmetel on kiire temperatuuri tõus / langus ja lühike kestus, võib ioonide implantatsiooni järgne anniilimisprotsess saavutada optimaalse parameetrivaliku võre defektide parandamise, lisandite aktiveerimise ja lisandite difusiooni pärssimise vahel.
RTA jaguneb peamiselt nelja järgmisesse kategooriasse:
(1)Terade lõõmutamine
Selle eripära on see, et see keskendub kiirele kuumutamis-/jahutusprotsessile, kuid põhimõtteliselt puudub soojuse säilitamise protsess. Terade lõõmutamine püsib kõrgel temperatuuril väga lühikest aega ja selle põhifunktsiooniks on dopinguelementide aktiveerimine.
Tegelikes rakendustes hakkab vahvel kiiresti soojenema alates teatud stabiilsest ooterežiimi temperatuuripunktist ja jahtub kohe pärast soovitud temperatuuripunkti saavutamist.
Kuna hooldusaeg sihttemperatuuri punktis (st tipptemperatuuri punktis) on väga lühike, võib lõõmutamisprotsess maksimeerida lisandi aktiveerimise astet ja minimeerida lisandi difusiooni astet, omades samal ajal häid lõõmutamise defektide parandamise omadusi, mille tulemuseks on suurem liimimise kvaliteet ja väiksem lekkevool.
Spike anniilimist kasutatakse laialdaselt ülimadalates ristmike protsessides pärast 65 nm. Terade lõõmutamise protsessiparameetrid hõlmavad peamiselt tipptemperatuuri, piigi viivitusaega, temperatuuri lahknemist ja vahvlite vastupidavust pärast protsessi.
Mida lühem on tipu viibimisaeg, seda parem. See sõltub peamiselt temperatuuri reguleerimissüsteemi kütte-/jahutuskiirusest, kuid mõnikord avaldab sellele teatud mõju ka valitud protsessigaasi atmosfäär.
Näiteks heeliumil on väike aatomruumala ja kiire difusioonikiirus, mis soodustab kiiret ja ühtlast soojusülekannet ning võib vähendada piigi laiust või piigi viibimisaega. Seetõttu valitakse mõnikord soojendamiseks ja jahutamiseks heelium.
(2)Lambi lõõmutamine
Lambi lõõmutamise tehnoloogiat kasutatakse laialdaselt. Halogeenlampe kasutatakse tavaliselt kiiresti lõõmuvate soojusallikatena. Nende kõrge kütte-/jahutuskiirus ja täpne temperatuuri reguleerimine vastavad üle 65 nm tootmisprotsesside nõuetele.
Kuid see ei suuda täielikult täita 45 nm protsessi rangeid nõudeid (pärast 45 nm protsessi, kui tekib loogilise LSI nikkel-räni kontakt, tuleb vahvel kiiresti millisekundite jooksul kuumutada 200 °C-lt üle 1000 °C, seega on üldiselt vajalik laserlõõmutamine).
(3)Laserlõõmutamine
Laserlõõmutamine on protsess, mille käigus kasutatakse otse laserit, et tõsta kiiresti vahvli pinna temperatuuri, kuni sellest piisab ränikristalli sulatamiseks, muutes selle tugevalt aktiveerituks.
Laseranniilimise eelisteks on ülikiire kuumutamine ja tundlik juhtimine. See ei vaja hõõgniidi kuumutamist ning põhimõtteliselt pole probleeme temperatuuri viivituse ja hõõgniidi elueaga.
Tehnilisest vaatenurgast on laserlõõmutamisel aga lekkevoolu ja jääkdefektide probleemid, millel on ka teatud mõju seadme jõudlusele.
(4)Välklõõmutamine
Kiirlõõmutamine on lõõmutamistehnoloogia, mis kasutab suure intensiivsusega kiirgust vahvlite lõõmutamiseks kindlal eelkuumutustemperatuuril.
Vahvel eelkuumutatakse temperatuurini 600–800 °C ja seejärel kasutatakse lühiajaliseks impulsskiirguseks suure intensiivsusega kiirgust. Kui vahvli tipptemperatuur saavutab vajaliku lõõmutamistemperatuuri, lülitatakse kiirgus kohe välja.
RTP-seadmeid kasutatakse täiustatud integraallülituste tootmises üha enam.
Lisaks sellele, et RTP-seadmeid kasutatakse laialdaselt RTA protsessides, on neid hakatud kasutama ka kiire termilise oksüdatsiooni, kiire termilise nitrideerimise, kiire termilise difusiooni, kiire keemilise aurustamise-sadestamise, aga ka metallisilitsiidide tekitamise ja epitaksiaalsete protsesside puhul.
——————————————————————————————————————————————————— ——
Semicera võib pakkudagrafiidist osad,pehme/jäik vilt,ränikarbiidist osad,CVD ränikarbiidist osadjaSiC/TaC kaetud osadtäieliku pooljuhtprotsessiga 30 päevaga.
Kui olete huvitatud ülaltoodud pooljuhttoodetest,palun ärge kõhelge meiega esimest korda ühendust võtmast.
Tel: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Postitusaeg: 27. august 2024