《快速热处理》PPT课件

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1、第二篇单项工艺1内蒙草原第五章快速热处理(RTP)快速热处理集成电路制造工艺的某些工序需要高温，如扩散、氧化、离子注入后的退火、薄膜淀积等。但是高温会使已经进入硅片的杂质发生不希望的再分布，对小尺寸器件的影响特别严重。减小杂质再分布的方法是快速热处理，即在极短的时间内使硅片表面加热到极高的温度，从而在较短的时间（10–3~102s）内完成热处理。问题引出问题：杂质在高温下再分布，如何解决？方案一：降低温度，减小扩散;方案二：缩短保温时间，减小扩散方案一，降低温度矛盾1：离子注入后，为消除晶格损伤，需要高温，低温效

2、果不好矛盾2：为完全激活杂质，需要高温1000℃退火因此，不得不使用高温方案二，缩短保温时间升温、降温速率的考量传统的管式加热，从外向内，温度变化太快，形成温度梯度很大，容易导致晶圆片翘曲，所以需要缓慢升温和降温→导致明显扩散因此，不但要缩短保温时间，还要减小升温、降温时间引入，快速热处理，RTP,RapidThermalProcessing降低温度和缩短时间，或者只缩短时间（快速）离子注入后杂质激活晶格损伤修复3本章的两个关键问题1.温度的均匀性晶圆片加热、冷却过程中，如何保持温度均匀2.晶圆片温度的测量RTP

3、升温速度有多快Rapidthermalprocessing(RTP)providesawaytorapidlyheatwaferstoanelevatedtemperaturetoperformrelativelyshortprocesses,typicallylessthan1-2minutes.upto1,200oCorgreater,attherateof20-250oC/sec4Page5快速热处理最初的开发是用于离子注入后的退火，现在已扩展到氧化、化学汽相淀积、外延、硅化物生长等。快速热处理的分类根据

4、加热类型进行分类绝热型、热流型、等温型绝热型：宽束相干光源，如准分子激光器加热时间最短温度、退火时间难于控制，纵向的温度梯度大，成本高热流型：高强度点光源，如电子束、聚焦激光对晶圆片扫描加热，横向温度不均匀，不适用于IC等温型：宽束辐射加热，采用非相干光源，如钨-卤灯加热数秒，横向、纵向的温度梯度都很小现行的商用RTP都采用这种类型，本章重点介绍北极狐北极狐主要内容5.1灰体辐射、热交换和热吸收；5.2高强度光源和反应腔设计；5.3温度均匀性；5.4热塑应力；5.5几种典型的RTP工艺应用;5.6其他快速热处理系

5、统.5.1灰体辐射、热交换和热吸收半导体工艺过程中有意义的四种传热方式为：热传导、热对流、强制热流和热辐射。当一段静止的气体或液体，截面积为A，流过它的热量为：kth是材料的热导率快速热处理中，大部分光能由硅片表面几微米内吸收，然后由热传导进入深处。另外，当考虑气体中的热传导时要把气流考虑进去。这种由外加气压梯度造成的气流热传导成为强制热流。有效传热量为：T--远离硅片的气温；h—有效传热系数黑体热辐射的辐出度有普朗克辐射定律确定：式中，（）是黑体的辐射率，c1=3.714210-16Wm2，为第一辐射常

6、数；c2=1.438810-2mK为第二辐射常数。对绝对黑体=1，0<<1为灰体。总的辐出度有斯忒潘-波尔兹蔓公式给出：=5.6710-8W/cm2K4为波尔兹曼常数，可见，热辐射比热传导对温度的依赖高三个数量级。高温下，热辐射是主要传热机制，也是RTP的主要传热机制。热辐射净传输能量计算辐射能量最大处的波长可由下式给出：可以利用上式由辐射波长确定RTP的温度。当辐射入射圆片表面时，可发生反射、吸收或透射。若（，T）为反射率，（，T）为透射率，则根据基尔霍夫定律，能量吸收率为：对不透明材料，（

7、，T）=0，有：当知道两个物体的辐射率，就可计算它们之间的净传输能量：式中，A1、A2分别为物体1，2的面积，FA1-A2是位置因子，即表面A2对着A1的全部立体角的百分比：5.2高强度光源和反应腔设计RTP设备的加热元件大部分采用钨-卤灯或惰性气体长弧放电灯，一般充氪或氙。用灯光加热有明显的好处：无污染，主要利用辐射；可以快速升、降温；省电，无电阻元件；体积小。高强度光源和加热腔体设计钨卤灯:Halogenlamp，白炽灯的加强版与白炽灯的区别钨卤灯的玻璃外壳中充有一些卤族元素气体(通常是碘或溴)其工作原理为

8、当灯丝发热时，钨原子被蒸发后向玻璃管壁方向移动，当接近玻璃管壁时，钨蒸气被冷却到大约800℃并和卤素原子结合在一起，形成卤化钨(碘化钨或溴化钨)。卤化钨因热流向玻璃管中央继续移动，又重新回到被氧化的灯丝上，由于卤化钨是一种很不稳定的化合物，其遇热后又会重新分解成卤素蒸气和钨，这样钨又在灯丝上沉积下来，弥补被蒸发掉的部分。通过这种再生循环过程，灯丝的使用寿命不仅得到了大大延