半导体制造之加热工艺

激光退火系统采用激光光源的能量来快速加热晶圆表面到临界溶化点温度。由于硅的高导热性，硅片表面可以在约1/10 ns范围快速降温冷却。激光退火系统可以在离子注入后以最小的杂质扩散激活掺杂物离子，这种技术已被用于后45nm工艺技术节点。激光退火系统可用于尖峰退火系统，以实现更优的结果。

另一种方法是低温微波退火，利用微波只加热受损区域，而整个晶圆保持在低温环境中, 从而达到激活掺杂杂质的目的。其他退火技术，如冲洗退火也被发展，用于超薄结中实现杂质激活时扩散最小。

01小结

1. 加热工艺是一种高温工艺过程，可以在晶圆表面添加一层薄膜(氧化、沉积和掺杂)，或改 变晶圆材料的化学状态(合金)或物理状态(退火、扩散和再流动)。

2. 氧化、退火和沉积是三种重要的加热工艺。

3. 在氧化工艺中，氧气或水蒸气和硅反应形成二氧化硅。

4. 氧化工艺前的硅表面清洗十分重要，因为如果硅表面受到污染，会在成核位置形成二氧化硅多晶层。

5. 干氧氧化比湿氧氧化速度低，但氧化层质量高。较厚的氧化层，如场氧化通常使用湿氧氧 化工艺，大多数薄膜氧化层采用干氧氧化工艺。

6.ICI业中的掺杂技术通常使用扩散工艺，并利用二氧化硅作为扩散阻挡层，这是因为大多数掺杂原子在二氧化硅中的扩散速率比在单晶硅中慢。

7. 扩散工艺一般包括三种工艺流程：掺杂氧化层沉积、氧化反应和掺杂物扩散。

8. 扩散工艺不能单独控制掺杂浓度和结深，因为扩散工艺是一个等向性过程,所以掺杂原子将会往阻挡层下面扩散。从20世纪70年代中期引入离子注入技术后，扩散工艺就逐渐被取代。

9. 多晶硅和前段氮化硅沉积通常是一种LPCVD过程，一般使用带有真空系统的高温炉。

10. 离子注入后，具有能量的离子将对晶体结构造成破坏，因此晶圆必须经过离子注入后退火处理恢复单晶结构和激活掺杂物。

11. 快速加热工艺以50摄氏度/S〜250摄氏度/S的速率升高温度，然而高温炉工艺的速率只有5摄氏度/min〜 10摄氏度/min快速加热工艺热积存控制能力比高温炉工艺好。

12. 离子注入后的RTA过程是最常使用的RTP工艺，不但快速而且能够减少掺杂在退火过程中的扩散，并具有极佳的热积存控制能力。

13. 其他RTP应用包括电介质退火和硅化合物合金RTA处理，以及RTO和RTCVD工艺。

14. 配备多重可控加热区、临场工艺监控和具有配套工具的RTP工艺反应室，是将来IC生产中热处理的三种重要发展趋势。

15. 由于高温炉的产量高而且成本低，所以IC生产中将继续使用高温炉进行不关键的加热过程。

16. 为了满足器件特征尺寸的继续缩小，发展了纳秒级退火技术，包括尖峰退火、激光退火和低温微波退火等。
 

审核编辑：汤梓红