Kort introduksjon av rask termisk gløding

Rapid termal annealing (forkortet som RTA eller RTP) er en hurtig termisk prosesseringsteknologi i halvlederproduksjon. Dens kjerneprinsipp er å raskt varme opp waferoverflaten ved hjelp av en strålevarmekilde med høy intensitet (som halogenlamper, lasere, blitslamper, etc.), oppvarming av waferen til målet for høy temperatur på ekstremt kort tid (sekunder eller millisekunder), etterfulgt av en rask avkjølingsprosess.

Hovedtyper av glødeprosesser

Drevet av etterspørselen etter stadig kortere annealingsvarighet i avanserte produksjonsnoder, har en full portefølje av annealingteknologier blitt utviklet, med prosesseringstiden nedskalert sekvensielt fra sekunder til millisekunder, og videre til mikrosekunder.

1. Bløtlegg hurtig termisk gløding

Tradisjonell RTA-prosess med 1 ~ 30 sekunders opphold ved topptemperatur.

2. Spike rask termisk gløding

Wafere når topptemperatur (~1050°C) med ubetydelig opphold under sekund før umiddelbar avkjøling; mainstream-prosessen for dannelse av ultragrunne veikryss.

3. Gløding av blitslampe

Intens millisekundskalablits fra lysbuelamper varmer øyeblikkelig bare waferoverflaten samtidig som bulksubstratet holdes kjølig.

4.Laser spike annealing

Den skannede laserstrålen leverer lokalisert oppvarming fra mikrosekund til millisekund begrenset til det øverste silisiumlaget. Den leverer det laveste termiske budsjettet, høyeste dopantaktiveringseffektivitet og de minste mulige kryssene.

---

Hvorfor kreves rask termisk gløding etter ioneimplantasjon?

Ioneimplantasjon er en aggressiv bombardementprosess som er avhengig av høyenergi-ioner for å treffe silisiumskiver for å fullføre doping, noe som vil forårsake alvorlig skade på waferen og resultere i to kritiske defekter som bare kan løses via utglødningsprosessen.

1. Dopanter opptar upassende gittersteder

For at dopingatomer (bor, fosfor, arsen) skal generere frie ladningsbærere (hull eller elektroner), må de okkupere substitusjonelle gittersteder og erstatte native silisiumatomer. Umiddelbart etter implantasjon blir imidlertid de fleste dopstoffer fanget i interstitielle posisjoner. Disse interstitielle dopstoffene er elektrisk inaktive og kan ikke bidra med noen bærere til ledning. Annealing gir termisk energi for å drive interstitielle dopingmidler til å migrere til substitusjonssteder, og oppnår dermed ekte "dopantaktivering" og gjør dem til funksjonelle donorer eller akseptorer. Dopemiddelaktiveringshastigheten styrer direkte arkmotstanden til det dopede laget.

2. Gitterstruktur er alvorlig skadet

Høydose-ionimplantasjon forstyrrer det ordnede krystallgitteret på waferoverflaten og kan til og med føre til amorfisering: det opprinnelig godt justerte enkeltkrystallsilisiumet forvandles til et uordnet glasslignende amorft silisiumlag. Utglødning gjør at dette amorfe silisiumlaget kan vokse tilbake til en enkelt krystall ved å bruke det intakte underliggende silisiumet som mal. Denne prosessen kalles solid-fase epitaksial rekrystallisering (SPER).

Hvorfor må glødeprosessen være "rask"?

Hvis høytemperaturbehandling er obligatorisk, hvorfor ikke bruke konvensjonelle ovner for langvarig oppvarming i stedet for rask termisk glødebehandling? Årsaken er at høye temperaturer ikke bare aktiverer urenheter, men også får dem til å diffundere innover, noe som gjør krysset dypere. Avanserte halvlederenheter krever ultragrunne kryss (USJ), jo grunnere krysset er, jo bedre.

Dopantdiffusjonsavstand bestemmes av det termiske budsjettet, definert av formelen:

Diffusjonslengde ≈ √(D · t), D ∝ exp(−Eₐ/kT)

D = dopantdiffusjonskoeffisient (stiger eksponentielt med temperaturen)

t = oppholdstid ved høy temperatur

Høyere temperaturer og lengre termisk oppholdstid fører begge til dypere kryss, noe som skaper en grunnleggende avveining: tilstrekkelig høy temperatur er nødvendig for full aktivering av dopingmiddel, men det kreves minimal oppvarmingsvarighet for å undertrykke utdyping av krysset.

Den eneste levedyktige løsningen er rask ramping til topptemperatur etterfulgt av umiddelbar avkjøling, noe som begrenser høytemperatureksponering til et ultrakort vindu. Dette er kjernefordelen med rask termisk gløding fremfor konvensjonell ovnsoppvarmingsbehandling: temperatursyklus i andre eller til og med millisekundskala minimerer det totale termiske budsjettet.

Semicorex tilbyr høy kvalitetRTP/RTA waferbærerebasert på kundenes behov. Hvis du har spørsmål eller trenger ytterligere detaljer, ikke nøl med å ta kontakt med oss.

Kontakt telefonnummer +86-13567891907

E-post: sales@semicorex.com