Краткое введение в быстрый термический отжиг

Быстрый термический отжиг (сокращенно RTA или RTP) — это технология быстрой термической обработки в производстве полупроводников. Его основной принцип заключается в быстром нагреве поверхности пластины с использованием источника лучистого тепла высокой интенсивности (например, галогенных ламп, лазеров, ламп-вспышек и т. д.), нагреве пластины до целевой высокой температуры за чрезвычайно короткое время (секунды или миллисекунды) с последующим быстрым процессом охлаждения.

Основные виды процессов отжига

В связи с необходимостью все более короткой продолжительности отжига на современных производственных узлах был разработан полный портфель технологий отжига, при этом время обработки последовательно сокращается с секунд до миллисекунд и далее до микросекунд.

1. Выдержать быстрый термический отжиг

Традиционный процесс RTA с выдержкой 1–30 секунд при максимальной температуре.

2. Пиковый быстрый термический отжиг

Пластины достигают пиковой температуры (~ 1050°C) с незначительной задержкой в ​​доли секунды перед немедленным охлаждением; основной процесс формирования сверхмелких соединений.

3. Отжиг импульсной лампой

Интенсивная вспышка дуговой лампы длительностью в миллисекунды мгновенно нагревает только поверхность пластины, сохраняя при этом основную часть подложки холодной.

4. Лазерный отжиг шипов

Сканирующий лазерный луч обеспечивает локализованный нагрев в пределах от микросекунды до миллисекунды, ограниченный самым верхним слоем кремния. Он обеспечивает наименьший тепловой баланс, высочайшую эффективность активации легирующей примеси и максимально мелкие переходы.

---

Почему после ионной имплантации необходим быстрый термический отжиг?

Ионная имплантация — это агрессивный процесс бомбардировки, в котором ионы высокой энергии воздействуют на кремниевую пластину до полного легирования, что приведет к серьезному повреждению пластины и появлению двух критических дефектов, которые можно устранить только с помощью процесса отжига.

1. Примеси занимают неправильные узлы решетки.

Чтобы атомы примеси (бора, фосфора, мышьяка) могли генерировать свободные носители заряда (дырки или электроны), они должны занимать узлы замещения, замещая собственные атомы кремния. Однако сразу после имплантации большинство примесей задерживается в интерстициальных позициях. Эти межузельные примеси электрически неактивны и не могут вносить вклад в проводимость. Отжиг обеспечивает тепловую энергию, заставляющую межузельные примеси мигрировать к местам замещения, тем самым достигая истинной «активации примесей» и превращая их в функциональных доноров или акцепторов. Скорость активации легирующей примеси напрямую определяет поверхностное сопротивление легированного слоя.

2. Решетчатая конструкция сильно повреждена.

Имплантация ионов высоких доз нарушает упорядоченную кристаллическую решетку на поверхности пластины и может даже привести к аморфизации: изначально хорошо ориентированный монокристаллический кремний превращается в неупорядоченный стеклоподобный слой аморфного кремния. Отжиг позволяет вырастить этот слой аморфного кремния обратно в монокристалл, используя неповрежденный основной кремний в качестве шаблона. Этот процесс называется твердофазной эпитаксиальной рекристаллизацией (SPER).

Почему процесс отжига должен быть «быстрым»?

Если высокотемпературная обработка обязательна, почему бы не использовать обычные печи для длительного нагрева вместо быстрого термического отжига? Причина в том, что высокие температуры не только активируют примеси, но и заставляют их диффундировать внутрь, делая переход глубже. Для современных полупроводниковых устройств требуются сверхмелкие переходы (USJ), чем мельче переход, тем лучше.

Расстояние диффузии легирующей примеси определяется тепловым балансом, определяемым по формуле:

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

D = коэффициент диффузии примеси (растет экспоненциально с температурой)

t = время пребывания при высокой температуре

Более высокие температуры и более длительное время термической выдержки приводят к более глубоким переходам, создавая фундаментальный компромисс: для полной активации легирующей примеси необходима достаточно высокая температура, но для подавления углубления перехода требуется минимальная продолжительность нагрева.

Единственное жизнеспособное решение — быстрое повышение температуры до пика с последующим немедленным охлаждением, ограничивающее воздействие высокой температуры сверхкоротким окном. Это основное преимущество быстрого термического отжига по сравнению с обычной термообработкой в ​​печи: циклическое изменение температуры в масштабе секунды или даже миллисекунды минимизирует общий тепловой баланс.

Semicorex предлагает высококачественныеНосители пластин RTP/RTAисходя из потребностей клиентов. Если у вас есть какие-либо вопросы или вам нужна дополнительная информация, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам.

Контактный телефон +86-13567891907.

Электронная почта: sales@semicorex.com