1. Tổng quan
Gia nhiệt, còn được gọi là xử lý nhiệt, đề cập đến các quy trình sản xuất hoạt động ở nhiệt độ cao, thường cao hơn điểm nóng chảy của nhôm.
Quá trình gia nhiệt thường được thực hiện trong lò nhiệt độ cao và bao gồm các quá trình chính như oxy hóa, khuếch tán tạp chất và ủ để sửa chữa khuyết tật tinh thể trong sản xuất chất bán dẫn.
Quá trình oxy hóa: Đó là quá trình trong đó một tấm wafer silicon được đặt trong môi trường có các chất oxy hóa như oxy hoặc hơi nước để xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao, gây ra phản ứng hóa học trên bề mặt tấm wafer silicon để tạo thành màng oxit.
Khuếch tán tạp chất: đề cập đến việc sử dụng các nguyên lý khuếch tán nhiệt trong điều kiện nhiệt độ cao để đưa các nguyên tố tạp chất vào chất nền silicon theo yêu cầu của quy trình, sao cho nó có sự phân bố nồng độ cụ thể, từ đó thay đổi tính chất điện của vật liệu silicon.
Ủ đề cập đến quá trình làm nóng tấm wafer silicon sau khi cấy ion để sửa chữa các khiếm khuyết mạng tinh thể do cấy ion.
Có ba loại thiết bị cơ bản được sử dụng cho quá trình oxy hóa/khuếch tán/ủ:
- Lò ngang;
- Lò đứng;
- Lò gia nhiệt nhanh: thiết bị xử lý nhiệt nhanh
Các quy trình xử lý nhiệt truyền thống chủ yếu sử dụng xử lý nhiệt độ cao lâu dài để loại bỏ thiệt hại do cấy ion, nhưng nhược điểm của nó là loại bỏ khuyết tật không hoàn toàn và hiệu suất kích hoạt thấp của tạp chất được cấy ghép.
Ngoài ra, do nhiệt độ ủ cao và thời gian ủ lâu nên có khả năng xảy ra hiện tượng phân phối lại tạp chất, khiến một lượng lớn tạp chất khuếch tán và không đáp ứng được yêu cầu về mối nối nông và phân bố tạp chất hẹp.
Ủ nhiệt nhanh các tấm bán dẫn được cấy ion bằng thiết bị xử lý nhiệt nhanh (RTP) là phương pháp xử lý nhiệt làm nóng toàn bộ tấm bán dẫn đến nhiệt độ nhất định (thường là 400-1300°C) trong thời gian rất ngắn.
So với ủ nhiệt trong lò, nó có ưu điểm là ít nhiệt hơn, phạm vi di chuyển tạp chất nhỏ hơn trong khu vực pha tạp, ít ô nhiễm hơn và thời gian xử lý ngắn hơn.
Quá trình ủ nhiệt nhanh có thể sử dụng nhiều nguồn năng lượng khác nhau và phạm vi thời gian ủ rất rộng (từ 100 đến 10-9 giây, chẳng hạn như ủ đèn, ủ laser, v.v.). Nó có thể kích hoạt hoàn toàn tạp chất đồng thời ngăn chặn hiệu quả sự phân phối lại tạp chất. Nó hiện đang được sử dụng rộng rãi trong các quy trình sản xuất mạch tích hợp cao cấp với đường kính wafer lớn hơn 200mm.
2. Quá trình gia nhiệt lần thứ hai
2.1 Quá trình oxy hóa
Trong quy trình sản xuất mạch tích hợp, có hai phương pháp tạo màng oxit silic: oxy hóa nhiệt và lắng đọng.
Quá trình oxy hóa đề cập đến quá trình hình thành SiO2 trên bề mặt tấm silicon bằng quá trình oxy hóa nhiệt. Màng SiO2 được hình thành bằng quá trình oxy hóa nhiệt được sử dụng rộng rãi trong quy trình sản xuất mạch tích hợp do đặc tính cách điện vượt trội và tính khả thi của quy trình.
Các ứng dụng quan trọng nhất của nó như sau:
- Bảo vệ thiết bị khỏi trầy xước và nhiễm bẩn;
- Hạn chế sự cách ly trường của các hạt mang điện (thụ động bề mặt);
- Vật liệu điện môi trong oxit cổng hoặc cấu trúc tế bào lưu trữ;
- Mặt nạ cấy ghép trong doping;
- Lớp điện môi nằm giữa các lớp dẫn điện kim loại.
(1)Bảo vệ và cách ly thiết bị
SiO2 phát triển trên bề mặt của tấm wafer (wafer silicon) có thể đóng vai trò là lớp rào cản hiệu quả để cách ly và bảo vệ các thiết bị nhạy cảm bên trong silicon.
Vì SiO2 là vật liệu cứng và không xốp (đặc) nên nó có thể được sử dụng để cách ly hiệu quả các thiết bị hoạt động trên bề mặt silicon. Lớp SiO2 cứng sẽ bảo vệ wafer silicon khỏi trầy xước, hư hỏng có thể xảy ra trong quá trình sản xuất.
(2)Thụ động bề mặt
Sự thụ động bề mặt Ưu điểm chính của SiO2 tăng trưởng nhiệt là nó có thể làm giảm mật độ trạng thái bề mặt của silicon bằng cách hạn chế các liên kết lơ lửng của nó, một hiệu ứng được gọi là sự thụ động bề mặt.
Nó ngăn chặn sự suy giảm điện năng và giảm đường dẫn dòng điện rò rỉ do độ ẩm, ion hoặc các chất gây ô nhiễm bên ngoài khác. Lớp SiO2 cứng bảo vệ Si khỏi trầy xước và hư hỏng trong quá trình xử lý có thể xảy ra trong quá trình hậu sản xuất.
Lớp SiO2 phát triển trên bề mặt Si có thể liên kết các chất gây ô nhiễm hoạt động điện (ô nhiễm ion di động) trên bề mặt Si. Sự thụ động cũng rất quan trọng để kiểm soát dòng rò của các thiết bị tiếp giáp và phát triển các oxit cổng ổn định.
Là lớp thụ động chất lượng cao, lớp oxit có các yêu cầu về chất lượng như độ dày đồng đều, không có lỗ kim và lỗ rỗng.
Một yếu tố khác trong việc sử dụng lớp oxit làm lớp thụ động bề mặt Si là độ dày của lớp oxit. Lớp oxit phải đủ dày để ngăn lớp kim loại tích điện do tích tụ điện tích trên bề mặt silicon, tương tự như đặc tính lưu trữ điện tích và đánh thủng của các tụ điện thông thường.
SiO2 cũng có hệ số giãn nở nhiệt rất giống với Si. Tấm silicon nở ra trong quá trình nhiệt độ cao và co lại trong quá trình làm mát.
SiO2 giãn nở hoặc co lại với tốc độ rất gần với Si, giúp giảm thiểu sự cong vênh của tấm bán dẫn silicon trong quá trình truyền nhiệt. Điều này cũng tránh được sự tách màng oxit khỏi bề mặt silicon do ứng suất của màng.
(3)Điện môi oxit cổng
Đối với cấu trúc cổng oxit quan trọng và được sử dụng phổ biến nhất trong công nghệ MOS, một lớp oxit cực mỏng được sử dụng làm vật liệu điện môi. Vì lớp oxit cổng và lớp Si bên dưới có đặc tính chất lượng cao và ổn định nên lớp oxit cổng thường thu được bằng cách tăng trưởng nhiệt.
SiO2 có độ bền điện môi cao (107V/m) và điện trở suất cao (khoảng 1017Ω·cm).
Chìa khóa cho độ tin cậy của thiết bị MOS là tính toàn vẹn của lớp oxit cổng. Cấu trúc cổng trong thiết bị MOS điều khiển dòng điện. Bởi vì oxit này là cơ sở cho chức năng của vi mạch dựa trên công nghệ hiệu ứng trường,
Do đó, chất lượng cao, độ đồng đều độ dày màng tuyệt vời và không có tạp chất là những yêu cầu cơ bản của nó. Bất kỳ sự ô nhiễm nào có thể làm suy giảm chức năng của cấu trúc oxit cổng phải được kiểm soát chặt chẽ.
(4)Rào cản doping
SiO2 có thể được sử dụng như một lớp che phủ hiệu quả để pha tạp chọn lọc bề mặt silicon. Sau khi lớp oxit được hình thành trên bề mặt silicon, SiO2 ở phần trong suốt của mặt nạ sẽ được khắc để tạo thành một cửa sổ mà qua đó vật liệu pha tạp có thể đi vào tấm wafer silicon.
Ở những nơi không có cửa sổ, oxit có thể bảo vệ bề mặt silicon và ngăn tạp chất khuếch tán, do đó cho phép cấy tạp chất có chọn lọc.
Các chất pha tạp di chuyển chậm trong SiO2 so với Si, do đó chỉ cần một lớp oxit mỏng để chặn các chất pha tạp (lưu ý rằng tốc độ này phụ thuộc vào nhiệt độ).
Một lớp oxit mỏng (ví dụ dày 150 Å) cũng có thể được sử dụng ở những khu vực cần cấy ion, lớp này có thể được sử dụng để giảm thiểu thiệt hại cho bề mặt silicon.
Nó cũng cho phép kiểm soát tốt hơn độ sâu của mối nối trong quá trình cấy tạp chất bằng cách giảm hiệu ứng phân kênh. Sau khi cấy ghép, oxit có thể được loại bỏ có chọn lọc bằng axit hydrofluoric để làm cho bề mặt silicon phẳng trở lại.
(5)Lớp điện môi giữa các lớp kim loại
SiO2 không dẫn điện trong điều kiện bình thường nên nó là chất cách điện hiệu quả giữa các lớp kim loại trong vi mạch. SiO2 có thể ngăn ngừa đoản mạch giữa lớp kim loại phía trên và lớp kim loại phía dưới, giống như chất cách điện trên dây có thể ngăn ngừa đoản mạch.
Yêu cầu chất lượng đối với oxit là nó không có lỗ kim và lỗ rỗng. Nó thường được pha tạp để có được tính lưu động hiệu quả hơn, có thể giảm thiểu sự khuếch tán ô nhiễm tốt hơn. Nó thường thu được bằng cách lắng đọng hơi hóa học hơn là tăng trưởng nhiệt.
Tùy thuộc vào khí phản ứng, quá trình oxy hóa thường được chia thành:
- Quá trình oxy hóa oxy khô: Si + O2→SiO2;
- Quá trình oxy hóa oxy ướt: 2H2O (hơi nước) + Si→SiO2+2H2;
- Quá trình oxy hóa pha tạp clo: Khí clo, chẳng hạn như hydro clorua (HCl), dichloroethylene DCE (C2H2Cl2) hoặc các dẫn xuất của nó, được thêm vào oxy để cải thiện tốc độ oxy hóa và chất lượng của lớp oxit.
(1)Quá trình oxy hóa oxy khô: Các phân tử oxy trong khí phản ứng khuếch tán qua lớp oxit đã hình thành, đến giao diện giữa SiO2 và Si, phản ứng với Si, sau đó tạo thành lớp SiO2.
SiO2 được điều chế bằng quá trình oxy hóa oxy khô có cấu trúc đậm đặc, độ dày đồng đều, khả năng che phủ mạnh mẽ để phun và khuếch tán và độ lặp lại quy trình cao. Nhược điểm của nó là tốc độ tăng trưởng chậm.
Phương pháp này thường được sử dụng cho quá trình oxy hóa chất lượng cao, chẳng hạn như quá trình oxy hóa điện môi cổng, quá trình oxy hóa lớp đệm mỏng hoặc để bắt đầu quá trình oxy hóa và kết thúc quá trình oxy hóa trong quá trình oxy hóa lớp đệm dày.
(2)Quá trình oxy hóa oxy ướt: Hơi nước có thể được vận chuyển trực tiếp trong oxy hoặc có thể thu được bằng phản ứng giữa hydro và oxy. Tốc độ oxy hóa có thể được thay đổi bằng cách điều chỉnh tỷ lệ áp suất riêng phần của hydro hoặc hơi nước với oxy.
Lưu ý để đảm bảo an toàn, tỷ lệ hydro và oxy không được vượt quá 1,88:1. Quá trình oxy hóa oxy ướt là do sự có mặt của cả oxy và hơi nước trong khí phản ứng, hơi nước sẽ phân hủy thành hydro oxit (H O) ở nhiệt độ cao.
Tốc độ khuếch tán của oxit hydro trong oxit silic nhanh hơn nhiều so với oxy, do đó tốc độ oxy hóa oxy ướt cao hơn khoảng một bậc so với tốc độ oxy hóa oxy khô.
(3)Quá trình oxy hóa pha tạp clo: Ngoài quá trình oxy hóa oxy khô truyền thống và oxy hóa ướt, khí clo, như hydro clorua (HCl), dichloroethylene DCE (C2H2Cl2) hoặc các dẫn xuất của nó, có thể được thêm vào oxy để cải thiện tốc độ oxy hóa và chất lượng của lớp oxit .
Nguyên nhân chính làm tăng tốc độ oxy hóa là do khi thêm clo vào để oxy hóa, không chỉ chất phản ứng chứa hơi nước có thể đẩy nhanh quá trình oxy hóa mà clo còn tích tụ gần bề mặt tiếp xúc giữa Si và SiO2. Khi có oxy, các hợp chất chlorosilicon dễ dàng chuyển đổi thành oxit silic, có thể xúc tác cho quá trình oxy hóa.
Lý do chính để cải thiện chất lượng lớp oxit là do các nguyên tử clo trong lớp oxit có thể làm sạch hoạt động của các ion natri, từ đó làm giảm các khuyết tật oxy hóa do ô nhiễm ion natri của thiết bị và nguyên liệu thô xử lý. Do đó, pha tạp clo tham gia vào hầu hết các quá trình oxy hóa oxy khô.
2.2 Quá trình khuếch tán
Khuếch tán truyền thống đề cập đến việc chuyển các chất từ vùng có nồng độ cao hơn sang vùng có nồng độ thấp hơn cho đến khi chúng được phân bố đều. Quá trình khuếch tán tuân theo định luật Fick. Sự khuếch tán có thể xảy ra giữa hai hoặc nhiều chất, và sự chênh lệch nồng độ và nhiệt độ giữa các khu vực khác nhau sẽ thúc đẩy sự phân bố các chất đến trạng thái cân bằng đồng nhất.
Một trong những tính chất quan trọng nhất của vật liệu bán dẫn là độ dẫn điện của chúng có thể được điều chỉnh bằng cách thêm các loại hoặc nồng độ chất pha tạp khác nhau. Trong sản xuất mạch tích hợp, quá trình này thường đạt được thông qua quá trình pha tạp hoặc khuếch tán.
Tùy thuộc vào mục tiêu thiết kế, các vật liệu bán dẫn như hợp chất silicon, germani hoặc III-V có thể thu được hai đặc tính bán dẫn khác nhau, loại N hoặc loại P, bằng cách pha tạp tạp chất cho hoặc tạp chất nhận.
Việc pha tạp chất bán dẫn chủ yếu được thực hiện thông qua hai phương pháp: khuếch tán hoặc cấy ion, mỗi phương pháp đều có những đặc điểm riêng:
Doping khuếch tán ít tốn kém hơn nhưng không thể kiểm soát chính xác nồng độ và độ sâu của vật liệu pha tạp;
Mặc dù việc cấy ion tương đối đắt tiền nhưng nó cho phép kiểm soát chính xác các thông số nồng độ dopant.
Trước những năm 1970, kích thước đặc trưng của đồ họa mạch tích hợp ở mức 10μm và công nghệ khuếch tán nhiệt truyền thống thường được sử dụng để pha tạp.
Quá trình khuếch tán chủ yếu được sử dụng để sửa đổi vật liệu bán dẫn. Bằng cách khuếch tán các chất khác nhau vào vật liệu bán dẫn, độ dẫn điện và các tính chất vật lý khác của chúng có thể bị thay đổi.
Ví dụ, bằng cách khuếch tán nguyên tố hóa trị ba boron vào silicon, chất bán dẫn loại P được hình thành; bằng cách pha tạp các nguyên tố hóa trị năm photpho hoặc asen, một chất bán dẫn loại N được hình thành. Khi chất bán dẫn loại P có nhiều lỗ trống tiếp xúc với chất bán dẫn loại N có nhiều electron hơn sẽ hình thành mối nối PN.
Khi kích thước các đặc điểm co lại, quá trình khuếch tán đẳng hướng giúp các chất pha tạp có thể khuếch tán sang phía bên kia của lớp oxit lá chắn, gây ra sự ngắn ngủi giữa các vùng lân cận.
Ngoại trừ một số mục đích sử dụng đặc biệt (chẳng hạn như khuếch tán lâu dài để tạo thành các vùng chịu điện áp cao phân bố đồng đều), quá trình khuếch tán dần được thay thế bằng cấy ion.
Tuy nhiên, ở thế hệ công nghệ dưới 10nm, do kích thước của Fin trong thiết bị bóng bán dẫn hiệu ứng trường vây ba chiều (FinFET) rất nhỏ nên việc cấy ion sẽ làm hỏng cấu trúc nhỏ bé của nó. Việc sử dụng quá trình khuếch tán nguồn rắn có thể giải quyết được vấn đề này.
2.3 Quá trình phân hủy
Quá trình ủ còn được gọi là ủ nhiệt. Quá trình này là đặt tấm wafer silicon trong môi trường nhiệt độ cao trong một khoảng thời gian nhất định để thay đổi cấu trúc vi mô trên bề mặt hoặc bên trong tấm wafer silicon nhằm đạt được mục đích quy trình cụ thể.
Các thông số quan trọng nhất trong quá trình ủ là nhiệt độ và thời gian. Nhiệt độ càng cao và thời gian càng dài thì ngân sách nhiệt càng cao.
Trong quy trình sản xuất mạch tích hợp thực tế, lượng nhiệt được kiểm soát chặt chẽ. Nếu có nhiều quá trình ủ trong dòng quy trình, quỹ nhiệt có thể được biểu thị dưới dạng chồng chất của nhiều phương pháp xử lý nhiệt.
Tuy nhiên, với việc thu nhỏ các nút quy trình, quỹ nhiệt cho phép trong toàn bộ quy trình ngày càng nhỏ hơn, nghĩa là nhiệt độ của quy trình nhiệt độ cao trở nên thấp hơn và thời gian trở nên ngắn hơn.
Thông thường, quá trình ủ được kết hợp với cấy ion, lắng đọng màng mỏng, hình thành silic kim loại và các quá trình khác. Phổ biến nhất là ủ nhiệt sau khi cấy ion.
Việc cấy ion sẽ tác động lên các nguyên tử cơ chất, khiến chúng tách ra khỏi cấu trúc mạng tinh thể ban đầu và làm hỏng mạng tinh thể. Ủ nhiệt có thể sửa chữa các tổn thương mạng do cấy ion và cũng có thể di chuyển các nguyên tử tạp chất được cấy từ các khoảng trống mạng tới các vị trí mạng, từ đó kích hoạt chúng.
Nhiệt độ cần thiết để sửa chữa hư hỏng mạng là khoảng 500°C và nhiệt độ cần thiết để kích hoạt tạp chất là khoảng 950°C. Về lý thuyết, thời gian ủ càng dài và nhiệt độ càng cao thì tốc độ kích hoạt tạp chất càng cao, nhưng quỹ nhiệt quá cao sẽ dẫn đến tạp chất khuếch tán quá mức, khiến quá trình không thể kiểm soát được và cuối cùng gây suy giảm hiệu suất của thiết bị và mạch.
Vì vậy, với sự phát triển của công nghệ sản xuất, phương pháp ủ lò dài hạn truyền thống dần được thay thế bằng phương pháp ủ nhiệt nhanh (RTA).
Trong quá trình sản xuất, một số màng cụ thể cần trải qua quá trình ủ nhiệt sau khi lắng đọng để thay đổi một số tính chất vật lý hoặc hóa học của màng. Ví dụ, một lớp màng rời trở nên dày đặc, làm thay đổi tốc độ ăn mòn khô hoặc ướt của nó;
Một quá trình ủ thường được sử dụng khác xảy ra trong quá trình hình thành silic kim loại. Các màng kim loại như coban, niken, titan, v.v. được phun lên bề mặt của tấm wafer silicon và sau khi ủ nhiệt nhanh ở nhiệt độ tương đối thấp, kim loại và silicon có thể tạo thành hợp kim.
Một số kim loại tạo thành các pha hợp kim khác nhau trong các điều kiện nhiệt độ khác nhau. Nói chung, người ta hy vọng sẽ tạo thành một pha hợp kim có điện trở tiếp xúc và điện trở cơ thể thấp hơn trong quá trình này.
Theo các yêu cầu về ngân sách nhiệt khác nhau, quá trình ủ được chia thành ủ nhiệt độ cao và ủ nhiệt nhanh.
- Ủ ống lò nhiệt độ cao:
Đây là phương pháp ủ truyền thống với nhiệt độ cao, thời gian ủ lâu và kinh phí cao.
Trong một số quy trình đặc biệt, chẳng hạn như công nghệ cách ly phun oxy để chuẩn bị chất nền SOI và quy trình khuếch tán giếng sâu, nó được sử dụng rộng rãi. Các quy trình như vậy thường yêu cầu lượng nhiệt cao hơn để có được mạng tinh thể hoàn hảo hoặc phân bố tạp chất đồng đều.
- Ủ nhiệt nhanh:
Đó là quá trình xử lý các tấm silicon bằng cách làm nóng/làm mát cực nhanh và duy trì trong thời gian ngắn ở nhiệt độ mục tiêu, đôi khi còn được gọi là Xử lý nhiệt nhanh (RTP).
Trong quá trình hình thành các mối nối siêu nông, quá trình ủ nhiệt nhanh chóng đạt được sự tối ưu hóa thỏa hiệp giữa sửa chữa khuyết tật mạng, kích hoạt tạp chất và giảm thiểu khuếch tán tạp chất và không thể thiếu trong quy trình sản xuất các nút công nghệ tiên tiến.
Quá trình tăng/giảm nhiệt độ và thời gian lưu lại ngắn ở nhiệt độ mục tiêu cùng nhau tạo thành quỹ nhiệt của quá trình ủ nhiệt nhanh.
Ủ nhiệt nhanh truyền thống có nhiệt độ khoảng 1000°C và mất vài giây. Trong những năm gần đây, các yêu cầu về ủ nhiệt nhanh ngày càng trở nên nghiêm ngặt, và ủ flash, ủ tăng đột biến và ủ bằng laser đã dần phát triển, với thời gian ủ đạt đến mili giây và thậm chí có xu hướng phát triển tới micro giây và dưới micro giây.
3 . Ba thiết bị xử lý nhiệt
3.1 Thiết bị khuếch tán và oxy hóa
Quá trình khuếch tán chủ yếu sử dụng nguyên lý khuếch tán nhiệt trong điều kiện nhiệt độ cao (thường là 900-1200oC) để kết hợp các nguyên tố tạp chất vào đế silicon ở độ sâu cần thiết để tạo ra sự phân bố nồng độ cụ thể, nhằm thay đổi tính chất điện của vật liệu và tạo thành cấu trúc thiết bị bán dẫn.
Trong công nghệ mạch tích hợp silicon, quy trình khuếch tán được sử dụng để tạo ra các mối nối PN hoặc các bộ phận như điện trở, tụ điện, dây nối, điốt và bóng bán dẫn trong mạch tích hợp, đồng thời cũng được sử dụng để cách ly giữa các bộ phận.
Do không thể kiểm soát chính xác sự phân bố nồng độ pha tạp nên quá trình khuếch tán dần được thay thế bằng quá trình pha tạp ion cấy trong sản xuất mạch tích hợp có đường kính wafer từ 200 mm trở lên nhưng một lượng nhỏ vẫn được sử dụng trong các ứng dụng nặng. các quá trình doping
Thiết bị khuếch tán truyền thống chủ yếu là lò khuếch tán ngang, ngoài ra còn có một số ít lò khuếch tán dọc.
Lò khuếch tán ngang:
Nó là một thiết bị xử lý nhiệt được sử dụng rộng rãi trong quá trình khuếch tán các mạch tích hợp có đường kính wafer nhỏ hơn 200mm. Đặc điểm của nó là thân lò gia nhiệt, ống phản ứng và thuyền thạch anh chở các tấm bán dẫn đều được đặt theo chiều ngang nên có đặc tính xử lý đồng đều tốt giữa các tấm bán dẫn.
Nó không chỉ là một trong những thiết bị đầu cuối quan trọng trên dây chuyền sản xuất mạch tích hợp mà còn được sử dụng rộng rãi trong quá trình khuếch tán, oxy hóa, ủ, hợp kim và các quá trình khác trong các ngành công nghiệp như thiết bị rời rạc, thiết bị điện tử công suất, thiết bị quang điện tử và sợi quang .
Lò khuếch tán dọc:
Thường dùng để chỉ một thiết bị xử lý nhiệt hàng loạt được sử dụng trong quy trình mạch tích hợp cho các tấm bán dẫn có đường kính 200mm và 300mm, thường được gọi là lò nung đứng.
Đặc điểm cấu trúc của lò khuếch tán thẳng đứng là thân lò gia nhiệt, ống phản ứng và thuyền thạch anh chở tấm bán dẫn đều được đặt theo chiều dọc và tấm bán dẫn được đặt theo chiều ngang. Nó có các đặc tính về tính đồng nhất tốt trong wafer, mức độ tự động hóa cao và hiệu suất hệ thống ổn định, có thể đáp ứng nhu cầu của dây chuyền sản xuất mạch tích hợp quy mô lớn.
Lò khuếch tán dọc là một trong những thiết bị quan trọng trong dây chuyền sản xuất mạch tích hợp bán dẫn và cũng được sử dụng phổ biến trong các quy trình liên quan trong lĩnh vực thiết bị điện tử công suất (IGBT), v.v.
Lò khuếch tán thẳng đứng có thể áp dụng cho các quá trình oxy hóa như oxy hóa oxy khô, oxy hóa tổng hợp hydro-oxy, oxy hóa silicon oxynitride và các quá trình tăng trưởng màng mỏng như silicon dioxide, polysilicon, silicon nitride (Si3N4) và lắng đọng lớp nguyên tử.
Nó cũng thường được sử dụng trong quá trình ủ nhiệt độ cao, ủ đồng và hợp kim. Về quá trình khuếch tán, lò khuếch tán thẳng đứng đôi khi cũng được sử dụng trong các quá trình pha tạp nặng.
3.2 Thiết bị ủ nhanh
Thiết bị xử lý nhiệt nhanh (RTP) là thiết bị xử lý nhiệt một tấm bán dẫn có thể nhanh chóng tăng nhiệt độ của tấm bán dẫn lên nhiệt độ mà quy trình yêu cầu (200-1300°C) và có thể nhanh chóng làm nguội nó. Tốc độ làm nóng/làm mát thường là 20-250°C/s.
Ngoài nhiều nguồn năng lượng và thời gian ủ, thiết bị RTP còn có hiệu suất quy trình tuyệt vời khác, chẳng hạn như kiểm soát ngân sách nhiệt tuyệt vời và độ đồng đều bề mặt tốt hơn (đặc biệt đối với các tấm bán dẫn cỡ lớn), sửa chữa hư hỏng của tấm bán dẫn do cấy ion và nhiều buồng có thể chạy các bước quy trình khác nhau cùng một lúc.
Ngoài ra, thiết bị RTP có thể chuyển đổi và điều chỉnh khí xử lý một cách linh hoạt và nhanh chóng, nhờ đó có thể hoàn thành nhiều quy trình xử lý nhiệt trong cùng một quy trình xử lý nhiệt.
Thiết bị RTP được sử dụng phổ biến nhất trong ủ nhiệt nhanh (RTA). Sau khi cấy ion, cần có thiết bị RTP để sửa chữa những hư hỏng do cấy ion, kích hoạt các proton pha tạp và ức chế hiệu quả sự khuếch tán tạp chất.
Nói chung, nhiệt độ để sửa chữa các khuyết tật mạng là khoảng 500°C, trong khi cần 950°C để kích hoạt các nguyên tử pha tạp. Việc kích hoạt tạp chất có liên quan đến thời gian và nhiệt độ. Thời gian càng dài và nhiệt độ càng cao thì tạp chất được kích hoạt càng đầy đủ nhưng không có lợi cho việc ức chế sự khuếch tán của tạp chất.
Do thiết bị RTP có đặc điểm tăng/giảm nhiệt độ nhanh và thời gian ngắn nên quá trình ủ sau khi cấy ion có thể đạt được lựa chọn thông số tối ưu trong số việc sửa chữa khuyết tật mạng, kích hoạt tạp chất và ức chế khuếch tán tạp chất.
RTA chủ yếu được chia thành bốn loại sau:
(1)Ủ tăng đột biến
Đặc điểm của nó là tập trung vào quá trình làm nóng/làm mát nhanh chóng nhưng về cơ bản không có quá trình bảo quản nhiệt. Quá trình ủ tăng đột biến duy trì ở điểm nhiệt độ cao trong một thời gian rất ngắn và chức năng chính của nó là kích hoạt các yếu tố doping.
Trong các ứng dụng thực tế, tấm bán dẫn bắt đầu nóng lên nhanh chóng từ một điểm nhiệt độ chờ ổn định nhất định và nguội đi ngay lập tức sau khi đạt đến điểm nhiệt độ mục tiêu.
Do thời gian duy trì ở điểm nhiệt độ mục tiêu (tức là điểm nhiệt độ cao nhất) rất ngắn nên quá trình ủ có thể tối đa hóa mức độ kích hoạt tạp chất và giảm thiểu mức độ khuếch tán tạp chất, đồng thời có đặc tính sửa chữa ủ khuyết tật tốt, dẫn đến hiệu suất cao hơn. chất lượng liên kết và dòng rò thấp hơn.
Ủ tăng đột biến được sử dụng rộng rãi trong các quy trình tiếp giáp siêu nông sau 65nm. Các thông số của quá trình ủ tăng đột biến chủ yếu bao gồm nhiệt độ cao nhất, thời gian dừng cao nhất, độ phân kỳ nhiệt độ và khả năng chống wafer sau quá trình.
Thời gian lưu trú cao điểm càng ngắn thì càng tốt. Nó chủ yếu phụ thuộc vào tốc độ làm nóng/làm mát của hệ thống kiểm soát nhiệt độ, nhưng môi trường khí xử lý được chọn đôi khi cũng có tác động nhất định đến nó.
Ví dụ, helium có thể tích nguyên tử nhỏ và tốc độ khuếch tán nhanh, có lợi cho việc truyền nhiệt nhanh và đồng đều và có thể giảm độ rộng cực đại hoặc thời gian cư trú cực đại. Vì vậy, helium đôi khi được chọn để hỗ trợ sưởi ấm và làm mát.
(2)Ủ đèn
Công nghệ ủ đèn được sử dụng rộng rãi. Đèn halogen thường được sử dụng làm nguồn nhiệt ủ nhanh. Tốc độ làm nóng/làm mát cao và khả năng kiểm soát nhiệt độ chính xác của chúng có thể đáp ứng yêu cầu của quy trình sản xuất trên 65nm.
Tuy nhiên, nó không thể đáp ứng đầy đủ các yêu cầu khắt khe của quy trình 45nm (sau quy trình 45nm, khi xảy ra tiếp xúc niken-silic của logic LSI, wafer cần được làm nóng nhanh từ 200°C đến hơn 1000°C trong vòng một phần nghìn giây, vì vậy việc ủ laser thường được yêu cầu).
(3)Ủ bằng Laser
Ủ bằng laser là quá trình sử dụng trực tiếp tia laser để tăng nhanh nhiệt độ bề mặt của wafer cho đến khi đủ để làm tan chảy tinh thể silicon, khiến nó có khả năng kích hoạt cao.
Ưu điểm của ủ laser là làm nóng cực nhanh và điều khiển nhạy. Nó không yêu cầu làm nóng dây tóc và về cơ bản không có vấn đề gì về độ trễ nhiệt độ và tuổi thọ của dây tóc.
Tuy nhiên, từ góc độ kỹ thuật, quá trình ủ bằng laser có các vấn đề về dòng điện rò rỉ và khuyết tật cặn, điều này cũng sẽ ảnh hưởng nhất định đến hiệu suất của thiết bị.
(4)Ủ flash
Ủ flash là một công nghệ ủ sử dụng bức xạ cường độ cao để thực hiện ủ tăng đột biến trên các tấm bán dẫn ở nhiệt độ nung nóng trước cụ thể.
Tấm bán dẫn được làm nóng trước ở nhiệt độ 600-800°C, sau đó sử dụng bức xạ cường độ cao để chiếu xạ xung thời gian ngắn. Khi nhiệt độ cực đại của wafer đạt đến nhiệt độ ủ cần thiết, bức xạ sẽ bị tắt ngay lập tức.
Thiết bị RTP ngày càng được sử dụng nhiều trong sản xuất mạch tích hợp tiên tiến.
Ngoài việc được sử dụng rộng rãi trong các quy trình RTA, thiết bị RTP cũng đã bắt đầu được sử dụng trong quá trình oxy hóa nhiệt nhanh, nitrat hóa nhiệt nhanh, khuếch tán nhiệt nhanh, lắng đọng hơi hóa học nhanh, cũng như các quá trình tạo silic kim loại và epiticular.
————————————————————————————————————————————————————— ——
Semicera có thể cung cấpbộ phận than chì,nỉ mềm/cứng,bộ phận cacbua silic,Các bộ phận cacbua silic CVD, VàCác bộ phận được phủ SiC/TaCvới toàn bộ quá trình bán dẫn trong 30 ngày.
Nếu bạn quan tâm đến các sản phẩm bán dẫn trên,xin vui lòng liên hệ với chúng tôi ở lần đầu tiên.
ĐT: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Thời gian đăng: 27-08-2024