Stručné představení rychlého tepelného žíhání

Rychlé tepelné žíhání (zkráceně RTA nebo RTP) je technologie rychlého tepelného zpracování při výrobě polovodičů. Jeho základním principem je rychlé zahřátí povrchu plátku pomocí vysoce intenzivního sálavého zdroje tepla (jako jsou halogenové lampy, lasery, zábleskové lampy atd.), zahřátí plátku na cílovou vysokou teplotu v extrémně krátkém čase (sekundy nebo milisekundy), po kterém následuje rychlý proces chlazení.

Hlavní typy procesů žíhání

Na základě poptávky po stále kratší době trvání žíhání v pokročilých výrobních uzlech bylo vyvinuto celé portfolio technologií žíhání, přičemž doba zpracování se postupně zkracuje ze sekund na milisekundy a dále na mikrosekundy.

1. Rychlé tepelné žíhání namočit

Tradiční proces RTA s prodlevou 1 ~ 30 sekund při špičkové teplotě.

2. Rychlé tepelné žíhání hrotem

Plátky dosahují maximální teploty (~1050°C) se zanedbatelnou prodlevou pod sekundou před okamžitým ochlazením; hlavní proces tvorby ultra mělkých spojů.

3. Žíhání zábleskové lampy

Intenzivní záblesk v řádu milisekund z obloukových lamp okamžitě zahřeje pouze povrch plátku a zároveň udržuje objemný substrát chladný.

4.Laserové hrotové žíhání

Skenovací laserový paprsek dodává mikrosekundové až milisekundové lokalizované zahřívání omezené na nejvyšší vrstvu křemíku. Poskytuje nejnižší tepelný rozpočet, nejvyšší účinnost aktivace dopantu a nejmělčí možné spoje.

---

Proč je po implantaci iontů vyžadováno rychlé tepelné žíhání?

Iontová implantace je agresivní proces bombardování, který se opírá o vysokoenergetické ionty, které zasahují křemíkové plátky do úplného dopování, což způsobí vážné poškození plátku a má za následek dva kritické defekty, které lze vyřešit pouze procesem žíhání.

1. Dopanty zabírají nesprávná místa mřížky

Aby atomy dopantů (bór, fosfor, arsen) generovaly volné nosiče náboje (díry nebo elektrony), musí obsadit substituční mřížková místa, která nahrazují přirozené atomy křemíku. Ihned po implantaci se však většina dopantů zachytí v intersticiálních pozicích. Tyto intersticiální dopanty jsou elektricky neaktivní a nemohou přispívat žádnými nosiči k vedení. Žíhání poskytuje tepelnou energii, která pohání intersticiální dopanty k migraci na substituční místa, čímž se dosáhne skutečné „aktivace dopantu“ a přemění je na funkční donory nebo akceptory. Rychlost aktivace dopantu přímo řídí plošný odpor dotované vrstvy.

2. Příhradová konstrukce je vážně poškozena

Implantace vysokých dávek iontů naruší uspořádanou krystalovou mřížku na povrchu destičky a může dokonce vést k amorfizaci: původně dobře vyrovnaný monokrystalický křemík se přemění na neuspořádanou sklu podobnou amorfní křemíkovou vrstvu. Žíhání umožňuje, aby tato vrstva amorfního křemíku vyrostla zpět do jediného krystalu s použitím neporušeného podkladového křemíku jako šablony. Tento proces se nazývá epitaxní rekrystalizace na pevné fázi (SPER).

Proč musí být proces žíhání „rychlý“?

Pokud je vysokoteplotní zpracování povinné, proč nepoužít konvenční pece k dlouhodobému ohřevu namísto rychlého tepelného žíhání? Důvodem je, že vysoké teploty nejen aktivují nečistoty, ale také způsobují jejich difúzi dovnitř, čímž se spoj prohlubuje. Pokročilá polovodičová zařízení vyžadují ultra mělké přechody (USJ), čím mělčí přechod, tím lépe.

Difúzní vzdálenost dopantu je určena tepelným rozpočtem definovaným vzorcem:

Délka difúze ≈ √(D · t), D ∝ exp(−Eₐ/kT)

D = koeficient difúze dopantu (roste exponenciálně s teplotou)

t = doba setrvání při vysoké teplotě

Vyšší teploty a delší doba tepelné prodlevy vedou k hlubším spojům, což vytváří zásadní kompromis: pro plnou aktivaci dopantu je nezbytná dostatečně vysoká teplota, ale pro potlačení prohlubování spoje je vyžadována minimální doba zahřívání.

Jediným schůdným řešením je rychlý přechod na špičkovou teplotu následovaný okamžitým chlazením, což omezuje vystavení vysokým teplotám na ultrakrátké okno. To je hlavní výhoda rychlého tepelného žíhání oproti konvenčnímu tepelnému zpracování v peci: teplotní cykly v sekundovém nebo dokonce milisekundovém měřítku minimalizují celkový tepelný rozpočet.

Semicorex nabízí vysokou kvalituNosiče plátků RTP/RTAna základě potřeb zákazníků. Pokud máte nějaké dotazy nebo potřebujete další podrobnosti, neváhejte nás kontaktovat.

Kontaktní telefon +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com