快速热处理-RTP讲解学习.ppt

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1、2021/7/30快速热处理技术报告提纲1、引言和课题背景2、RTP设备简介及其技术特点3、RTP设备和技术的关键问题4、RTP技术和处理工艺的应用5、总结和展望2021/7/30快速热处理技术引言和课题背景随着集成电路制造工艺技术的不断进步，器件特征尺寸逐步地缩小。深亚微米阶段，等比例缩小器件结构对工艺提出更加严格要求；源、漏区浅PN结工艺低温工艺（减少粒子杂质扩散）低温工艺问题：温度低，注入的粒子杂质电激活效果差，晶格损伤修复能力差，过剩杂质形成有效的产生/复合中心，PN结漏电。保持温度下缩短高温处理时间传统高温炉管设备高温炉缓慢升降温，否则硅片因温度梯度翘曲变形热预

2、算大，杂质再分布引言2021/7/30快速热处理技术RTP设备（图片来源：USTCCenterforMirco-andNanoscaleResearchandFabrication)2021/7/30快速热处理技术RTP设备简介及其技术特点传统的批式热处理技术和RTP设备区别灯光辐射型热源RTP系统高频石墨感应加热型RTP设备2021/7/30快速热处理技术高温炉管设备和RTP设备区别传统热处理设备热传导和热对流原理使硅片和整个炉管周围环境达到热平衡升降温较慢，一般5-50℃/分钟采用热壁工艺，容易淀积杂质而且热预算大无法适应深亚微米工艺的需要。传统炉管设备和RTP设备区

3、别2021/7/30快速热处理技术灯光辐射型热源目前，国际上常见的RTP设备基本上都是采用灯光辐射性热源。采用特定波长（0.3-0.4um）辐射热源对晶片进行单片加热。冷壁工艺硅片选择性吸收辐射热源的辐射能量，辐射热源不对反应腔壁加热，减少硅片的玷污采用RTP技术升温速度快（20~250℃/秒），并能快速冷却。不同于高温炉管首先对晶片边缘进行加热，RTP系统中，热源直接面对晶片表面处理大直径晶片时不会影响工艺的均匀性和升、降温速度系统还有晶片旋转功能，使得热处理具有更好的均匀性AppliedMaterials公司vantage_vulcan_rtp设备（AppliedMa

4、terials,Inc.）2021/7/30快速热处理技术灯光辐射型热源RTP设备中灯管辐射热源（AppliedMaterials,Inc.）RTP还可以有效控制工艺气体。RTP可以在一个程式中完成复杂的多阶段热处理工艺它能和其他工艺步骤集成到一个多腔集成设备中，灵活性温度测量和控制通过高温计完成2021/7/30快速热处理技术灯光辐射型热源根据加热类型，快速热处理工艺分为绝热型、热流型和等温型。绝热型工艺采用宽束相干光快速脉冲热流型工艺采用高强度点光源对晶片进行整片扫描等温型采用非相干光进行辐射加热。现在几乎所有的商用快速热处理系统都采用等温型设计。实际硅片的升温速度取

5、决于以下因素硅片本身的吸热效率加热灯管辐射的波长及强度RTP反应腔壁的反射率辐射光源的反射和折射率2021/7/30快速热处理技术高频石墨感应加热型RTP设备该设备的关键技术是采用高频感应石墨加热上对半导体圆片进行热处理，而非灯光辐射加热方式在石英腔体内放置石墨加热板，在石英腔体外部缠绕线圈。通过向线圈施加高频变化的电压激发产生高频电磁场，位于高频交变电磁场的石墨板感应发热作为热源，由此对腔体内的硅片进行热处理面加热、制造和维护成本低RHT系列半导体快速热处理北京：清华大学微电子学研究所，19952021/7/30快速热处理技术高频石墨感应加热型RTP设备高频石墨感应加热

6、RTP设备示意图北京：清华大学微电子学研究所，19952021/7/30快速热处理技术RTP设备和技术的关键问题加热光源和反应腔的设计硅片的热不均匀问题和改进措施温度测量问题逻辑产品低温、均匀控制问题2021/7/30快速热处理技术加热光源和反应腔的设计加热灯源钨-卤灯：发光功率小，但工作条件较为简单（普通的交流线电压）惰性气体长弧放电灯：发光功率大，但需要工作在稳压直流电源之下，且需要水冷装置改变反应腔的几何形状可以优化能量收集效率，使得硅片获得并维持均匀温度早期的RTP设备多采用反射腔设计。腔壁的漫反射使得光路随机化，从而使辐射在整个硅片上均匀分布加热光源和反射腔的设

7、计2021/7/30快速热处理技术加热光源和反应腔的设计应用材料公司反应腔体结构示意图加热卤钨素灯管2021/7/30快速热处理技术硅片的热不均匀问题和改进措施热不均匀因素圆片边缘接收的辐射量比中心小圆片边缘的损失比中心大冷却效果方面，气流对边缘的冷却效果比中心好热不均匀因素改进措施补偿硅片边缘的热损失，提高对边缘部位的辐射功率改变反射腔形状和灯泡间距采用分区加热灯泡以六角对称形式排列成片面阵列灯泡分成多个可独立控制的加热区硅片热不均匀问题原因示意图加热灯管分布示意图2021/7/30快速热处理技术温度测量问题温度测量作为RT