1. Yleiskatsaus
Kuumennus, joka tunnetaan myös nimellä lämpökäsittely, viittaa valmistusmenetelmiin, jotka toimivat korkeissa lämpötiloissa, yleensä korkeammissa lämpötiloissa kuin alumiinin sulamispiste.
Kuumennusprosessi suoritetaan yleensä korkean lämpötilan uunissa, ja se sisältää suuria prosesseja, kuten hapettumista, epäpuhtauksien diffuusiota ja hehkutusta kidevikojen korjaamiseksi puolijohteiden valmistuksessa.
Hapetus: Se on prosessi, jossa piikiekko asetetaan hapettimien, kuten hapen tai vesihöyryn, ilmakehään korkean lämpötilan lämpökäsittelyä varten, mikä aiheuttaa kemiallisen reaktion piikiekon pinnalla oksidikalvon muodostamiseksi.
Epäpuhtauksien diffuusio: viittaa lämpödiffuusioperiaatteiden käyttöön korkeissa lämpötiloissa epäpuhtauselementtien tuomiseksi piisubstraattiin prosessivaatimusten mukaisesti siten, että sillä on tietty pitoisuusjakauma, mikä muuttaa piimateriaalin sähköisiä ominaisuuksia.
Hehkutus tarkoittaa piikiekon kuumennusprosessia ioni-istutuksen jälkeen ioni-istutuksen aiheuttamien hilavirheiden korjaamiseksi.
Hapetukseen/diffuusioon/hehkutukseen käytetään kolmenlaisia peruslaitteita:
- Vaaka uuni;
- Pystysuora uuni;
- Pikalämmitysuuni: nopea lämpökäsittelylaitteet
Perinteisissä lämpökäsittelyprosesseissa käytetään pääasiassa pitkäaikaista korkean lämpötilan käsittelyä ioni-implantaation aiheuttamien vaurioiden eliminoimiseksi, mutta sen haittoja ovat epätäydellinen vikojen poisto ja implantoitujen epäpuhtauksien alhainen aktivointitehokkuus.
Lisäksi korkeasta hehkutuslämpötilasta ja pitkästä ajasta johtuen epäpuhtauksien uudelleenjakautumista tapahtuu todennäköisesti, jolloin suuri määrä epäpuhtauksia hajoaa eivätkä täytä matalien liitoskohtien ja kapean epäpuhtausjakauman vaatimuksia.
Ioni-istutettujen kiekkojen nopea lämpöhehkutus nopealla lämpökäsittelyllä (RTP) on lämpökäsittelymenetelmä, joka lämmittää koko kiekon tiettyyn lämpötilaan (yleensä 400-1300°C) hyvin lyhyessä ajassa.
Uunin lämmityshehkutukseen verrattuna sen etuna on pienempi lämpöbudjetti, pienempi epäpuhtauksien liikerata dopingalueella, vähemmän saastumista ja lyhyempi käsittelyaika.
Nopeassa lämpöhehkutusprosessissa voidaan käyttää erilaisia energialähteitä, ja hehkutusaikaalue on erittäin laaja (100 - 10-9 sekuntia, kuten lampun hehkutus, laserhehkutus jne.). Se voi aktivoida epäpuhtaudet täysin samalla kun se estää tehokkaasti epäpuhtauksien uudelleenjakautumista. Sitä käytetään tällä hetkellä laajalti huippuluokan integroitujen piirien valmistusprosesseissa, joiden kiekkojen halkaisija on yli 200 mm.
2. Toinen lämmitysprosessi
2.1 Hapetusprosessi
Integroidun piirin valmistusprosessissa piioksidikalvojen muodostamiseen on kaksi menetelmää: lämpöhapetus ja kerrostus.
Hapetusprosessilla tarkoitetaan prosessia, jossa piikiekkojen pinnalle muodostuu SiO2 lämpöhapetuksella. Lämpöhapetuksella muodostettua SiO2-kalvoa käytetään laajasti integroidun piirin valmistusprosessissa sen erinomaisten sähköeristysominaisuuksien ja prosessin toteutettavuuden ansiosta.
Sen tärkeimmät sovellukset ovat seuraavat:
- Suojaa laitteita naarmuilta ja saastumiselta;
- Varattujen kantajien kentän eristyksen rajoittaminen (pintapassivointi);
- Dielektriset materiaalit hilaoksidi- tai varastokennorakenteissa;
- Implanttien peittäminen dopingissa;
- Dielektrinen kerros metallia johtavien kerrosten välissä.
(1)Laitteen suojaus ja eristys
Kiekon (piikiekon) pinnalle kasvatettu SiO2 voi toimia tehokkaana suojakerroksena piin sisällä olevien herkkien laitteiden eristämiseksi ja suojaamiseksi.
Koska SiO2 on kova ja ei-huokoinen (tiheä) materiaali, sitä voidaan käyttää aktiivisen laitteiden tehokkaaseen eristämiseen piipinnalta. Kova SiO2-kerros suojaa piikiekkoa naarmuilta ja vaurioilta, joita saattaa ilmetä valmistusprosessin aikana.
(2)Pintapassivointi
Pintapassivointi Lämpöisesti kasvatetun SiO2:n suuri etu on, että se voi alentaa piin pintatiheyttä rajoittamalla sen roikkuvia sidoksia, mikä tunnetaan pinnan passivointina.
Se estää sähkön hajoamisen ja vähentää kosteuden, ionien tai muiden ulkoisten epäpuhtauksien aiheuttaman vuotovirran polkua. Kova SiO2-kerros suojaa Si:tä naarmuilta ja prosessivaurioilta, joita voi esiintyä jälkituotannon aikana.
Si-pinnalle kasvanut SiO2-kerros voi sitoa sähköisesti aktiiviset epäpuhtaudet (liikkuva ionikontaminaatio) Si-pinnalla. Passivointi on tärkeää myös liitoslaitteiden vuotovirran hallinnassa ja stabiilien hilaoksidien kasvattamisessa.
Korkealaatuisena passivointikerroksena oksidikerroksella on laatuvaatimuksia, kuten tasainen paksuus, ei reikiä ja onteloita.
Toinen tekijä oksidikerroksen käytössä Si-pinnan passivointikerroksena on oksidikerroksen paksuus. Oksidikerroksen tulee olla riittävän paksu estämään metallikerrosta varautumasta piipinnalle kertyvän varauksen vuoksi, mikä on samanlainen kuin tavallisten kondensaattoreiden varauksen varastointi- ja hajoamisominaisuudet.
SiO2:lla on myös hyvin samanlainen lämpölaajenemiskerroin kuin Si:llä. Piikiekot laajenevat korkean lämpötilan prosesseissa ja supistuvat jäähtyessään.
SiO2 laajenee tai supistuu nopeudella, joka on hyvin lähellä Si:n nopeutta, mikä minimoi piikiekon vääntymisen lämpöprosessin aikana. Näin vältetään myös oksidikalvon irtoaminen piipinnasta kalvojännityksen vuoksi.
(3)Gate oksididielektrinen
MOS-tekniikan yleisimmin käytetyssä ja tärkeässä hilaoksidirakenteessa käytetään eristemateriaalina erittäin ohutta oksidikerrosta. Koska hilaoksidikerroksella ja sen alla olevalla Si:llä on korkean laadun ja stabiilisuuden ominaisuudet, hilaoksidikerros saadaan yleensä lämpökasvulla.
SiO2:lla on korkea dielektrinen lujuus (107 V/m) ja korkea ominaisvastus (noin 1017 Ω·cm).
Avain MOS-laitteiden luotettavuuteen on portin oksidikerroksen eheys. MOS-laitteiden porttirakenne ohjaa virran kulkua. Koska tämä oksidi on kenttäefektitekniikkaan perustuvien mikrosirujen toiminnan perusta,
Siksi korkea laatu, erinomainen kalvon paksuuden tasaisuus ja epäpuhtauksien puuttuminen ovat sen perusvaatimuksia. Kaikki kontaminaatiot, jotka voivat heikentää portin oksidirakenteen toimintaa, on valvottava tarkasti.
(4)Doping este
SiO2:ta voidaan käyttää tehokkaana peittävänä kerroksena piipinnan selektiiviseen seostukseen. Kun piipinnalle on muodostunut oksidikerros, maskin läpinäkyvässä osassa oleva SiO2 syövytetään muodostaen ikkunan, jonka kautta seostusmateriaali voi päästä piikiekkoon.
Jos ikkunoita ei ole, oksidi voi suojata piipintaa ja estää epäpuhtauksien leviämisen, mikä mahdollistaa epäpuhtauksien selektiivisen istutuksen.
Seostusaineet liikkuvat hitaasti SiO2:ssa Si:hen verrattuna, joten tarvitaan vain ohut oksidikerros peittämään lisäaineet (huomaa, että tämä nopeus riippuu lämpötilasta).
Ohut oksidikerrosta (esim. 150 Å paksu) voidaan käyttää myös alueilla, joissa tarvitaan ioni-istutusta, jolla voidaan minimoida piipinnan vauriot.
Se mahdollistaa myös liitossyvyyden paremman hallinnan epäpuhtauksien implantoinnin aikana vähentämällä kanavointivaikutusta. Implantoinnin jälkeen oksidi voidaan poistaa selektiivisesti fluorivetyhapolla, jotta piipinta tulee jälleen tasaiseksi.
(5)Dielektrinen kerros metallikerrosten välissä
SiO2 ei johda sähköä normaaleissa olosuhteissa, joten se on tehokas eriste mikrosirujen metallikerrosten välissä. SiO2 voi estää oikosulkuja ylemmän metallikerroksen ja alemman metallikerroksen välillä, aivan kuten johdossa oleva eriste voi estää oikosulkuja.
Oksidin laatuvaatimus on, että siinä ei saa olla reikiä ja onteloita. Se on usein seostettu tehokkaamman juoksevuuden saavuttamiseksi, mikä voi paremmin minimoida kontaminaatioiden leviämisen. Se saadaan yleensä kemiallisella höyrysaostuksella lämpökasvun sijaan.
Reaktiokaasusta riippuen hapetusprosessi on yleensä jaettu:
- Kuiva happihapetus: Si + O2→SiO2;
- Märkä happihapetus: 2H2O (vesihöyry) + Si→SiO2+2H2;
- Klooriseostettu hapetus: Kloorikaasua, kuten kloorivetyä (HCl), dikloorietyleeniä DCE:tä (C2H2Cl2) tai sen johdannaisia, lisätään happeen hapetusnopeuden ja oksidikerroksen laadun parantamiseksi.
(1)Kuiva hapen hapetusprosessi: Reaktiokaasun happimolekyylit diffundoituvat jo muodostuneen oksidikerroksen läpi, saavuttavat SiO2:n ja Si:n rajapinnan, reagoivat Si:n kanssa ja muodostavat sitten SiO2-kerroksen.
Kuivahappihapetuksella valmistetulla SiO2:lla on tiivis rakenne, tasainen paksuus, vahva peittokyky injektiota ja diffuusiota varten sekä korkea prosessin toistettavuus. Sen huono puoli on hidas kasvuvauhti.
Tätä menetelmää käytetään yleensä korkealaatuiseen hapetukseen, kuten hiladielektriseen hapetukseen, ohuen puskurikerroksen hapetukseen tai hapettumisen aloittamiseen ja hapettumisen lopettamiseen paksun puskurikerroksen hapettumisen aikana.
(2)Märkä hapen hapetusprosessi: Vesihöyryä voidaan kuljettaa suoraan hapessa tai se voidaan saada vedyn ja hapen reaktiolla. Hapetusnopeutta voidaan muuttaa säätämällä vedyn tai vesihöyryn osapainesuhdetta happeen.
Huomaa, että turvallisuuden takaamiseksi vedyn ja hapen suhde ei saa ylittää 1,88:1. Märkä hapen hapettuminen johtuu sekä hapen että vesihöyryn läsnäolosta reaktiokaasussa, ja vesihöyry hajoaa vetyoksidiksi (HO) korkeissa lämpötiloissa.
Vetyoksidin diffuusionopeus piioksidissa on paljon nopeampi kuin hapen, joten märän hapen hapetusnopeus on noin yhden suuruusluokan korkeampi kuin kuivan hapen hapetusnopeus.
(3)Kloorilla seostettu hapetusprosessi: Perinteisen kuivan happihapetuksen ja märkähappihapetuksen lisäksi happeen voidaan lisätä kloorikaasua, kuten kloorivetyä (HCl), dikloorietyleeniä DCE:tä (C2H2Cl2) tai sen johdannaisia hapetusnopeuden ja oksidikerroksen laadun parantamiseksi. .
Pääsyy hapetusnopeuden kasvuun on se, että kun klooria lisätään hapetukseen, lähtöaine ei ainoastaan sisällä vesihöyryä, joka voi nopeuttaa hapettumista, vaan klooria kerääntyy myös lähelle Si:n ja SiO2:n välistä rajapintaa. Hapen läsnä ollessa klooripiiyhdisteet muuttuvat helposti piioksidiksi, joka voi katalysoida hapettumista.
Pääasiallinen syy oksidikerroksen laadun parantamiseen on se, että oksidikerroksen klooriatomit voivat puhdistaa natriumionien aktiivisuutta ja vähentää siten laitteiden ja prosessiraaka-aineiden natriumionikontaminaation aiheuttamia hapettumisvirheitä. Siksi klooriseostus on mukana useimmissa kuivan hapen hapetusprosesseissa.
2.2 Diffuusioprosessi
Perinteisellä diffuusiolla tarkoitetaan aineiden siirtymistä korkeamman pitoisuuden alueilta alhaisemman pitoisuuden alueille, kunnes ne jakautuvat tasaisesti. Diffuusioprosessi noudattaa Fickin lakia. Diffuusio voi tapahtua kahden tai useamman aineen välillä, ja eri alueiden pitoisuus- ja lämpötilaerot ohjaavat aineiden jakautumisen tasaiseen tasapainotilaan.
Yksi puolijohdemateriaalien tärkeimmistä ominaisuuksista on, että niiden johtavuutta voidaan säätää lisäämällä erityyppisiä tai pitoisuuksia lisäaineita. Integroitujen piirien valmistuksessa tämä prosessi saavutetaan yleensä seostus- tai diffuusioprosesseilla.
Suunnittelutavoitteista riippuen puolijohdemateriaalit, kuten pii, germanium tai III-V-yhdisteet, voivat saada kaksi erilaista puolijohdeominaisuutta, N-tyypin tai P-tyypin, doping-epäpuhtauksilla tai akseptoriepäpuhtauksilla.
Puolijohdedoping suoritetaan pääasiassa kahdella menetelmällä: diffuusio tai ioni-istutus, joista jokaisella on omat ominaisuutensa:
Diffuusiodoping on halvempaa, mutta seostusmateriaalin pitoisuutta ja syvyyttä ei voida tarkasti kontrolloida;
Vaikka ioni-istutus on suhteellisen kallista, se mahdollistaa lisäaineen pitoisuusprofiilien tarkan hallinnan.
Ennen 1970-lukua integroidun piirigrafiikan ominaisuuskoko oli luokkaa 10 μm, ja dopingissa käytettiin yleensä perinteistä lämpödiffuusiotekniikkaa.
Diffuusioprosessia käytetään pääasiassa puolijohdemateriaalien muuntamiseen. Diffundoimalla erilaisia aineita puolijohdemateriaaleihin voidaan muuttaa niiden johtavuutta ja muita fysikaalisia ominaisuuksia.
Esimerkiksi diffundoimalla kolmiarvoinen alkuaine boori piihin muodostuu P-tyyppinen puolijohde; Seottamalla viisiarvoisia alkuaineita fosforia tai arseenia muodostuu N-tyyppinen puolijohde. Kun P-tyypin puolijohde, jossa on enemmän reikiä, joutuu kosketuksiin N-tyypin puolijohteen kanssa, jossa on enemmän elektroneja, muodostuu PN-liitos.
Kun piirteiden koko pienenee, isotrooppinen diffuusioprosessi mahdollistaa seostusaineiden diffundoitumisen suojaoksidikerroksen toiselle puolelle aiheuttaen oikosulkuja vierekkäisten alueiden välillä.
Joitakin erikoiskäyttöjä lukuun ottamatta (kuten pitkäaikainen diffuusio tasaisesti jakautuneiden korkeajännitteisten alueiden muodostamiseksi) diffuusioprosessi on vähitellen korvattu ioni-istutuksella.
Alle 10 nm:n teknologiasukupolvessa kuitenkin FinFET (FinFET) -laitteen Fin koko on hyvin pieni, joten ioni-istutus vahingoittaa sen pientä rakennetta. Kiinteän lähteen diffuusioprosessin käyttö voi ratkaista tämän ongelman.
2.3 Hajoamisprosessi
Hehkutusprosessia kutsutaan myös lämpöhehkutukseksi. Prosessi on asettaa piikiekko korkean lämpötilan ympäristöön tietyksi ajaksi piikiekon pinnan tai sisällä olevan mikrorakenteen muuttamiseksi tietyn prosessin tarkoituksen saavuttamiseksi.
Hehkutusprosessin kriittisimmät parametrit ovat lämpötila ja aika. Mitä korkeampi lämpötila ja mitä pidempi aika, sitä suurempi lämpöbudjetti.
Varsinaisessa integroidun piirin valmistusprosessissa lämpöbudjettia valvotaan tiukasti. Jos prosessivirtauksessa on useita hehkutusprosesseja, lämpöbudjetti voidaan ilmaista useiden lämpökäsittelyjen superpositiona.
Prosessisolmujen miniatyrisoinnin myötä koko prosessin sallittu lämpöbudjetti kuitenkin pienenee ja pienenee, eli korkean lämpötilan lämpöprosessin lämpötila laskee ja aika lyhenee.
Yleensä hehkutusprosessi yhdistetään ioni-implantaatioon, ohutkalvopinnoitukseen, metallisilidin muodostukseen ja muihin prosesseihin. Yleisin on lämpöhehkutus ioni-istutuksen jälkeen.
Ioni-istutus vaikuttaa substraattiatomeihin, jolloin ne irtoavat alkuperäisestä hilarakenteesta ja vaurioittavat alustahilaa. Lämpöhehkutus voi korjata ioni-istuttamisen aiheuttamat hilavauriot ja voi myös siirtää implantoidut epäpuhtausatomit hila-aukoista hilakohdille ja siten aktivoida niitä.
Hilavaurion korjaamiseen vaadittava lämpötila on noin 500°C ja epäpuhtauksien aktivoitumiseen noin 950°C. Teoriassa mitä pidempi hehkutusaika ja korkeampi lämpötila, sitä korkeampi epäpuhtauksien aktivointinopeus, mutta liian korkea lämpöbudjetti johtaa epäpuhtauksien liialliseen diffuusioon, mikä tekee prosessista hallitsemattoman ja aiheuttaa viime kädessä laitteen ja piirin suorituskyvyn heikkenemistä.
Siksi valmistustekniikan kehittyessä perinteinen pitkäkestoinen uunihehkutus on vähitellen korvattu nopealla lämpöhehkutuksella (RTA).
Valmistusprosessissa joillekin tietyille kalvoille on suoritettava lämpöhehkutus pinnoituksen jälkeen kalvon tiettyjen fysikaalisten tai kemiallisten ominaisuuksien muuttamiseksi. Esimerkiksi irtonaisesta kalvosta tulee tiheä, mikä muuttaa sen kuiva- tai märkäsyövytysnopeutta;
Toinen yleisesti käytetty hehkutusprosessi tapahtuu metallisilikin muodostumisen aikana. Metallikalvoja, kuten kobolttia, nikkeliä, titaania jne., ruiskutetaan piikiekon pinnalle, ja nopean lämpöhehkutuksen jälkeen suhteellisen alhaisessa lämpötilassa metalli ja pii voivat muodostaa seoksen.
Tietyt metallit muodostavat erilaisia seosfaaseja eri lämpötilaolosuhteissa. Yleensä prosessin aikana toivotaan muodostavan seosfaasin, jolla on pienempi kosketusvastus ja rungon vastus.
Erilaisten lämpöbudjettivaatimusten mukaan hehkutusprosessi on jaettu korkean lämpötilan uunihehkutukseen ja nopeaan lämpöhehkutukseen.
- Korkean lämpötilan uuniputkien hehkutus:
Se on perinteinen hehkutusmenetelmä, jolla on korkea lämpötila, pitkä hehkutusaika ja korkea budjetti.
Joissakin erikoisprosesseissa, kuten happiruiskutuseristysteknologiassa SOI-substraattien valmistukseen ja syvän kaivon diffuusioprosesseissa, sitä käytetään laajalti. Tällaiset prosessit vaativat yleensä suuremman lämpöbudjetin täydellisen hilan tai tasaisen epäpuhtauksien jakautumisen saavuttamiseksi.
- Nopea lämpöhehkutus:
Se on piikiekkojen käsittelyprosessi äärimmäisen nopealla lämmityksellä/jäähdytyksellä ja lyhytaikaisella viipymisellä tavoitelämpötilassa, jota joskus kutsutaan myös nopeaksi lämpökäsittelyksi (RTP).
Ultramatalien liitoskohtien muodostusprosessissa nopea lämpöhehkutus saavuttaa kompromissioptimoinnin hilavirheiden korjaamisen, epäpuhtauksien aktivoinnin ja epäpuhtauksien diffuusion minimoimisen välillä, ja se on välttämätön edistyneen teknologian solmujen valmistusprosessissa.
Lämpötilan nousu/laskuprosessi ja lyhyt viipyminen tavoitelämpötilassa muodostavat yhdessä nopean lämpöhehkutuksen lämpöbudjetin.
Perinteisen nopean lämpöhehkutuksen lämpötila on noin 1000°C ja kestää sekunteja. Viime vuosina nopean lämpöhehkutuksen vaatimukset ovat tulleet yhä tiukemmiksi, ja flash-hehkutus, piikkihehkutus ja laserhehkutus ovat vähitellen kehittyneet, jolloin hehkutusajat ovat saavuttaneet millisekunteja ja jopa taipumus kehittyä kohti mikrosekunteja ja alimikrosekunteja.
3. Kolme lämmitysprosessilaitetta
3.1 Diffuusio- ja hapetuslaitteet
Diffuusioprosessissa käytetään pääasiassa lämpödiffuusioperiaatetta korkeissa lämpötiloissa (yleensä 900-1200 ℃) epäpuhtauselementtien sisällyttämiseksi piisubstraattiin vaaditulla syvyydellä, jotta sille saadaan erityinen pitoisuusjakauma, jotta voidaan muuttaa piin sähköisiä ominaisuuksia. materiaalista ja muodostavat puolijohderakenteen.
Pii-integroitujen piirien tekniikassa diffuusioprosessia käytetään PN-liitosten tai komponenttien, kuten vastusten, kondensaattoreiden, kytkentäjohtojen, diodien ja transistoreiden valmistukseen integroiduissa piireissä, ja sitä käytetään myös komponenttien väliseen eristämiseen.
Koska dopingpitoisuuden jakautumista ei pystytä tarkasti säätelemään, diffuusioprosessi on vähitellen korvattu ioni-implantaation dopingprosessilla integroitujen piirien valmistuksessa, jonka kiekkojen halkaisija on vähintään 200 mm, mutta pieni määrä on edelleen käytössä raskaassa dopingprosessit.
Perinteiset diffuusiolaitteet ovat pääasiassa vaakasuuntaisia diffuusiouuneja, ja pystysuuntaisia diffuusiouuneja on myös pieni määrä.
Vaakasuuntainen diffuusiouuni:
Se on lämpökäsittelylaitteisto, jota käytetään laajalti integroitujen piirien diffuusioprosessissa, jonka kiekon halkaisija on alle 200 mm. Sen ominaisuudet ovat, että kuumennusuunin runko, reaktioputki ja kiekkoja kuljettava kvartsivene ovat kaikki vaakasuorassa, joten sillä on hyvä tasaisuus kiekkojen välillä.
Se ei ole vain yksi tärkeimmistä integroitujen piirien tuotantolinjan etupään laitteista, vaan sitä käytetään myös laajasti diffuusio-, hapetus-, hehkutus-, seostus- ja muissa prosesseissa teollisuudessa, kuten erillisissä laitteissa, tehoelektroniikkalaitteissa, optoelektronisissa laitteissa ja optisissa kuiduissa. .
Pystysuora diffuusiouuni:
Yleisesti viittaa erälämpökäsittelylaitteistoon, jota käytetään integroidussa piiriprosessissa halkaisijaltaan 200 mm ja 300 mm kiekkoille, jotka tunnetaan yleisesti pystyuunina.
Pystydiffuusiouunin rakenteellisia piirteitä ovat, että lämmitysuunin runko, reaktioputki ja kiekkoa kantava kvartsivene on sijoitettu pystysuoraan ja kiekko vaakasuoraan. Sillä on hyvä tasaisuus kiekon sisällä, korkea automaatioaste ja vakaa järjestelmän suorituskyky, mikä voi täyttää laajamittaisten integroitujen piirien tuotantolinjojen tarpeet.
Pystydiffuusiouuni on yksi tärkeimmistä puolijohdeintegroitujen piirien tuotantolinjan laitteista, ja sitä käytetään myös yleisesti liittyvissä prosesseissa tehoelektroniikkalaitteiden (IGBT) ja niin edelleen.
Pystydiffuusiouuni soveltuu hapetusprosesseihin, kuten kuivahappihapetukseen, vety-happisynteesihapetukseen, piioksinitridihapetukseen ja ohutkalvon kasvuprosesseihin, kuten piidioksidiin, polypiiin, piinitridiin (Si3N4) ja atomikerrospinnoitukseen.
Sitä käytetään myös yleisesti korkean lämpötilan hehkutuksessa, kuparin hehkutus- ja seostusprosesseissa. Diffuusioprosessin kannalta vertikaalisia diffuusiouuneja käytetään joskus myös raskaissa dopingprosesseissa.
3.2 Pikahehkutuslaitteet
Rapid Thermal Processing (RTP) on yksikiekkoinen lämpökäsittelylaitteisto, joka pystyy nostamaan kiekon lämpötilan nopeasti prosessin vaatimaan lämpötilaan (200-1300°C) ja jäähdyttämään sen nopeasti. Lämmitys/jäähdytysnopeus on yleensä 20-250°C/s.
Laajan energialähteiden ja hehkutusajan lisäksi RTP-laitteilla on myös muita erinomaisia prosessisuorituskykyjä, kuten erinomainen lämpöbudjetin hallinta ja parempi pinnan tasaisuus (erityisesti suurikokoisille kiekoille), ioni-istutusten aiheuttamien kiekkojen vaurioiden korjaaminen ja useat kammiot voivat suorittaa eri prosessivaiheita samanaikaisesti.
Lisäksi RTP-laitteet voivat joustavasti ja nopeasti muuntaa ja säätää prosessikaasuja niin, että samassa lämpökäsittelyprosessissa voidaan suorittaa useita lämpökäsittelyprosesseja.
RTP-laitteita käytetään yleisimmin nopeassa lämpöhehkutuksessa (RTA). Ioni-implantaation jälkeen tarvitaan RTP-laitteita korjaamaan ioni-istutusten aiheuttamia vaurioita, aktivoimaan seostettuja protoneja ja estämään tehokkaasti epäpuhtauksien diffuusiota.
Yleisesti ottaen hilavirheiden korjaamisen lämpötila on noin 500°C, kun taas seostettujen atomien aktivoimiseen tarvitaan 950°C. Epäpuhtauksien aktivoituminen liittyy aikaan ja lämpötilaan. Mitä pidempi aika ja korkeampi lämpötila, sitä täydellisemmin epäpuhtaudet aktivoituvat, mutta se ei estä epäpuhtauksien diffuusiota.
Koska RTP-laitteistolla on nopea lämpötilan nousu/lasku ja lyhyt kesto, hehkutusprosessi ioni-istutuksen jälkeen voi saavuttaa optimaalisen parametrin valinnan hilavikojen korjauksen, epäpuhtauksien aktivoinnin ja epäpuhtauksien diffuusion estämisen joukosta.
RTA on jaettu pääasiassa seuraaviin neljään luokkaan:
(1)Piikkihehkutus
Sen ominaisuus on, että se keskittyy nopeaan lämmitys-/jäähdytysprosessiin, mutta siinä ei periaatteessa ole lämmönsäilytysprosessia. Piikkihehkutus pysyy korkeassa lämpötilassa hyvin lyhyen ajan ja sen päätehtävänä on aktivoida seostuselementtejä.
Varsinaisissa sovelluksissa kiekko alkaa lämmetä nopeasti tietystä vakaasta valmiuslämpötilapisteestä ja jäähtyy heti tavoitelämpötilapisteen saavuttamisen jälkeen.
Koska ylläpitoaika tavoitelämpötilapisteessä (eli huippulämpötilapisteessä) on hyvin lyhyt, hehkutusprosessi voi maksimoida epäpuhtauksien aktivoitumisasteen ja minimoida epäpuhtauksien diffuusioasteen, samalla kun sillä on hyvät vikojen hehkutuksen korjausominaisuudet, mikä johtaa korkeampiin liimauslaatu ja pienempi vuotovirta.
Piikkihehkutusta käytetään laajalti erittäin matalissa liitosprosesseissa 65 nm:n jälkeen. Piikkihehkutuksen prosessiparametreja ovat pääasiassa huippulämpötila, piikin viipymäaika, lämpötilaero ja kiekkojen kestävyys prosessin jälkeen.
Mitä lyhyempi huippuviipymisaika, sitä parempi. Se riippuu pääasiassa lämpötilan säätöjärjestelmän lämmitys-/jäähdytysnopeudesta, mutta valitulla prosessikaasuilmakehällä on joskus myös tietty vaikutus siihen.
Esimerkiksi heliumilla on pieni atomitilavuus ja nopea diffuusionopeus, mikä edistää nopeaa ja tasaista lämmönsiirtoa ja voi lyhentää piikin leveyttä tai piikin viipymäaikaa. Siksi helium valitaan joskus auttamaan lämmitystä ja jäähdytystä.
(2)Lampun hehkutus
Lamppujen hehkutustekniikkaa käytetään laajalti. Halogeenilamppuja käytetään yleensä nopeasti hehkuvina lämmönlähteinä. Niiden korkea lämmitys-/jäähdytysnopeus ja tarkka lämpötilan säätö voivat täyttää yli 65 nm:n valmistusprosessien vaatimukset.
Se ei kuitenkaan voi täysin täyttää 45 nm:n prosessin tiukkoja vaatimuksia (45 nm:n prosessin jälkeen, kun logiikan LSI:n nikkeli-pii-kosketus tapahtuu, kiekko on lämmitettävä nopeasti 200 °C:sta yli 1000 °C:seen millisekunnissa, joten laserhehkutusta tarvitaan yleensä).
(3)Laserhehkutus
Laserhehkutus on prosessi, jossa laserilla nostetaan nopeasti kiekon pinnan lämpötilaa, kunnes se riittää sulattamaan piikiteen, jolloin se aktivoituu voimakkaasti.
Laserhehkutuksen etuja ovat erittäin nopea lämmitys ja herkkä ohjaus. Se ei vaadi hehkulangan lämmitystä, eikä lämpötilaviiveen ja hehkulangan käyttöiän kanssa periaatteessa ole ongelmia.
Teknisestä näkökulmasta katsottuna laserhehkutukseen liittyy kuitenkin vuotovirta- ja jäännösvirheongelmia, joilla on myös tietty vaikutus laitteen suorituskykyyn.
(4)Flash-hehkutus
Flash-hehkutus on hehkutustekniikka, joka käyttää korkean intensiteetin säteilyä piikkihehkutuksen suorittamiseen kiekoissa tietyssä esilämmityslämpötilassa.
Kiekko esilämmitetään 600-800 °C:seen, minkä jälkeen lyhytaikaiseen pulssisäteilytykseen käytetään voimakasta säteilyä. Kun kiekon huippulämpötila saavuttaa vaaditun hehkutuslämpötilan, säteily sammuu välittömästi.
RTP-laitteita käytetään yhä enemmän edistyneessä integroitujen piirien valmistuksessa.
Sen lisäksi, että RTP-laitteita käytetään laajasti RTA-prosesseissa, niitä on alettu käyttää myös nopeassa lämpöhapetuksessa, nopeassa lämpönitridaatiossa, nopeassa lämpödiffuusiossa, nopeassa kemiallisessa höyrysaostuksessa sekä metallisilidin muodostuksessa ja epitaksiaalisissa prosesseissa.
——————————————————————————————————————————————————— ——
Semicera voi tarjotagrafiittiosat,pehmeä/jäykkä huopa,piikarbidin osat,CVD piikarbidiosat, jaSiC/TaC-pinnoitetut osattäydellä puolijohdeprosessilla 30 päivässä.
Jos olet kiinnostunut yllä olevista puolijohdetuotteista,älä epäröi ottaa meihin yhteyttä ensimmäisen kerran.
Puh: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Postitusaika: 27.8.2024