第四章-单片热处理工艺RTP.ppt

第四章 RTP工艺设备简介 (Rapid Thermal Process) ■ 引言 ■ RTP设备介绍 ■ RTP工艺的应用(自学) 参考资料： 《微电子制造科学原理与工程技术》第6章 快速热处理 (电子讲稿中出现的图号是该书中的图号) RTP工艺设备简介 ■ RTP工艺是一类单片热处理工艺，其目的是通过缩短热 处理时间和温度或只缩短热处理时间来获得最小的工艺 热预算(Thermal Budget) ■ RTP工艺的发展，是为了适应等比例缩小器件结构对杂 质再分布的严格要求；最早的RTP工艺主要用于注入后 的退火 ■ 目前，RTP工艺的应用范围已扩展到氧化、化学气相淀 积和外延生长等领域 一、引言 1、IC器件尺寸的按比例缩小 器件最小特征尺寸的缩小趋势 ■ 随着器件等比例缩小到深亚微米阶段，源、漏区的PN 结结深要求做得非常浅。 ■ 离子注入后的杂质，必须通过足够高温度下的热处理， 才能具有电活性，同时消除注入损伤。 ■ 传统的高温炉管工艺，由于升、降温缓慢和热处理时 间长，从而造成热处理过程中杂质的再分布问题严重， 难以控制PN结结深。 ■ 最早的RTP工艺，就是为了离子注入后退火而开发的。 2、杂质再分布问题 3、RTP 与传统退火工艺的比较 ■ RTP设备与传统高温炉管的区别 ■ RTP设备的快速加热能力 ■ RTP设备的关键问题 二、RTP 设备简介 （一）RTP 设备与传统高温炉管的区别 2、硅片温度控制：传统炉管利用热对流及热传导原理，使 硅片与整个炉管周围环境达到热平衡，温度控制精确； 而RTP设备通过热辐射选择性加热硅片，较难控制硅片 的实际温度及其均匀性。 （一）RTP 设备与传统高温炉管的区别 1、 加热元件：RTP采用加热灯管，传统炉管采用电阻丝 3、升降温速度：RTP设备的升、降温速度为10-200℃／秒， 而传统炉管的升、降温速度为5-50℃／分钟。 4、传统炉管是热壁工艺，容易淀积杂质；RTP设备则 是冷壁工艺，减少了硅片沾污。 （一）RTP 设备与传统高温炉管的区别 6、传统炉管的致命缺点是热预算大，无法适应深亚微 米工艺的需要；而RTP设备能大幅降低热预算。 5、生产方式：RTP设备为单片工艺，而传统炉管为批 处理工艺。 1、加热灯管光源波长在0.3-4微米之间， 石英管壁无法有效吸收这一波段的辐射，而硅片则正好相反。 因此，硅片可以吸收辐射能量快速加热， 而此时石英管壁仍维持低温，即所谓冷壁工艺。 2、实际硅片的升温速度取决于以下因素 ? 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 3、对于一个表面带有图案的硅片，RTP可能造成硅片表面的 温度分布不均匀。 （二）RTP 设备的快速加热能力 1、加热灯源和反应腔的设计 ? 大多数RTP设备采用钨-卤灯或惰性气体长弧放电灯作为 加热源。前者发光功率较小，但工作条件简单(普通的 交流线电压)；后者发光功率较大，但需要工作在稳压 直流电源下，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。腔壁的漫反射使光路随机化，从而使辐射在整个硅 片上均匀分布。 ? 硅片的放置：在石英材料的支架上， 石英的化学性质稳定且热导率低。 （三）RTP设备的关键问题 ■ 原因 ? 圆片边缘接收的热辐射比圆片中心少 ? 圆片边缘的热损失比圆片中心大 ? 气流对圆片边缘的冷却效果比圆片中心好 ■ 危害 边缘效应造成的温度梯度通常在几十甚至上百度，不仅 导致热处理工艺的不均匀，且可能造成滑移等缺陷和硅 片的翘曲。 （三）RTP设备的关键问题 2、硅片的热不均匀问题(硅片边缘温度比中心低)： 图6.5 造成硅片边缘热不均匀的三个原因 早期RTP设备一般采用改变反射腔形状或灯泡间距的方法； 但圆片边缘所需的额外辐射量与工艺温度有关，因此上述 方法所形成的功率分布只能针对