Короткий вступ до швидкого термічного відпалу

Швидкий термічний відпал (скорочено RTA або RTP) — це технологія швидкої термічної обробки у виробництві напівпровідників. Його основний принцип полягає у швидкому нагріванні поверхні пластини за допомогою джерела тепла високої інтенсивності (таких як галогенні лампи, лазери, лампи-спалахи тощо), нагрівання пластини до цільової високої температури за надзвичайно короткий час (секунди або мілісекунди) з наступним процесом швидкого охолодження.

Основні види процесів відпалу

Керуючись попитом на все більш коротку тривалість відпалу в передових виробничих вузлах, було розроблено повний портфель технологій відпалу з послідовним скороченням часу обробки від секунд до мілісекунд і далі до мікросекунд.

1. Замочіть швидкий термічний відпал

Традиційний процес RTA з витримкою від 1 до 30 секунд при максимальній температурі.

2. Шиповий швидкий термічний відпал

Пластини досягають максимальної температури (~1050°C) з незначною додатковою секундою витримки перед негайним охолодженням; основний процес формування надмілкого з’єднання.

3. Ламповий відпал

Інтенсивний мілісекундний спалах від дугових ламп миттєво нагріває лише поверхню пластини, зберігаючи основну підкладку холодною.

4. Лазерний спайковий відпал

Скануючий лазерний промінь забезпечує локалізоване нагрівання від мікросекунд до мілісекунд, обмежене самим верхнім шаром кремнію. Він забезпечує найнижчий тепловий бюджет, найвищу ефективність активації легуючих домішок і найдрібніші з’єднання.

---

Чому після іонної імплантації потрібен швидкий термічний відпал?

Іонна імплантація – це агресивний процес бомбардування, який покладається на іони високої енергії для удару по кремнієвих пластинах для завершення легування, що спричинить серйозне пошкодження пластини та призведе до двох критичних дефектів, які можна вирішити лише за допомогою процесу відпалу.

1. Добавки займають неналежні вузли решітки

Щоб легуючі атоми (Бор, Фосфор, Миш’як) могли генерувати вільні носії заряду (дірки або електрони), вони повинні займати вузли решітки заміщення, замінюючи власні атоми кремнію. Однак відразу після імплантації більшість легуючих речовин затримується в інтерстиціальних положеннях. Ці міжвузлові допанти є електрично неактивними і не можуть сприяти носіям провідності. Відпал забезпечує теплову енергію, щоб спонукати інтерстиціальні допанти мігрувати до сайтів заміщення, таким чином досягаючи справжньої «активації допантів» і перетворюючи їх на функціональних донорів або акцепторів. Швидкість активації допанту безпосередньо визначає опір листового шару легованого шару.

2. Решітка сильно пошкоджена

Висока доза іонної імплантації порушує впорядковану кристалічну решітку на поверхні пластини і навіть може призвести до аморфізації: початково добре вирівняний монокристал кремнію перетворюється на невпорядкований склоподібний шар аморфного кремнію. Відпал дозволяє виростити цей шар аморфного кремнію в єдиний кристал, використовуючи непошкоджений базовий кремній як шаблон. Цей процес називається твердофазною епітаксіальною рекристалізацією (SPER).

Чому процес відпалу повинен бути «швидким»?

Якщо високотемпературна обробка є обов’язковою, чому б не використати звичайні печі для тривалого нагріву замість швидкого термічного відпалу? Причина полягає в тому, що високі температури не тільки активують домішки, але й змушують їх дифундувати всередину, роблячи з’єднання глибшим. Удосконалені напівпровідникові пристрої вимагають надмілких переходів (USJ), чим дрібніший перехід, тим краще.

Відстань дифузії легуючої домішки визначається тепловим бюджетом, який визначається за формулою:

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

D = коефіцієнт дифузії допанту (експоненціально зростає з температурою)

t = час перебування при високій температурі

Більш високі температури та довший час термічної витримки призводять до більш глибоких з’єднань, створюючи фундаментальний компроміс: достатньо висока температура необхідна для повної активації допанту, але мінімальна тривалість нагрівання потрібна для придушення поглиблення з’єднання.

Єдиним життєздатним рішенням є швидке підвищення температури до максимальної температури з подальшим негайним охолодженням, обмежуючи вплив високої температури ультракоротким вікном. Це головна перевага швидкого термічного відпалу в порівнянні зі звичайним нагріванням у печі: секундна або навіть мілісекундна зміна температури мінімізує загальний термічний бюджет.

Semicorex пропонує високу якістьНосії пластин RTP/RTAна основі потреб клієнтів. Якщо у вас є запитання або вам потрібна додаткова інформація, будь ласка, не соромтеся зв’язатися з нами.

Контактний телефон +86-13567891907

Електронна адреса: sales@semicorex.com