Stručný úvod rýchleho tepelného žíhania

Rýchle tepelné žíhanie (skrátene RTA alebo RTP) je technológia rýchleho tepelného spracovania pri výrobe polovodičov. Jeho základným princípom je rýchle zahriatie povrchu plátku pomocou vysoko intenzívneho sálavého zdroja tepla (ako sú halogénové žiarovky, lasery, bleskové lampy atď.), zahriatie plátku na cieľovú vysokú teplotu v extrémne krátkom čase (sekundy alebo milisekúndy), po ktorom nasleduje rýchly proces chladenia.

Hlavné typy procesov žíhania

Na základe dopytu po čoraz kratších časoch žíhania v pokročilých výrobných uzloch bolo vyvinuté celé portfólio technológií žíhania, pričom čas spracovania sa postupne znižuje zo sekúnd na milisekúndy a ďalej na mikrosekundy.

1. Namočte rýchle tepelné žíhanie

Tradičný RTA proces s 1 ~ 30 sekundami zotrvania pri maximálnej teplote.

2. Rýchle tepelné žíhanie

Oblátky dosahujú maximálnu teplotu (~1050°C) so zanedbateľnou subsekundovou prestávkou pred okamžitým ochladením; hlavný proces tvorby ultra plytkých spojov.

3. Žíhanie bleskovej lampy

Intenzívny záblesk z oblúkových lámp v milisekundovej mierke okamžite ohrieva iba povrch plátku, pričom udržiava objemový substrát chladný.

4.Laserové hrotové žíhanie

Skenovací laserový lúč poskytuje mikrosekundové až milisekundové lokalizované zahrievanie obmedzené na najvrchnejšiu vrstvu kremíka. Poskytuje najnižší tepelný rozpočet, najvyššiu účinnosť aktivácie dopantu a najplytšie možné spoje.

---

Prečo je po implantácii iónov potrebné rýchle tepelné žíhanie?

Implantácia iónov je agresívny proces bombardovania, ktorý sa spolieha na vysokoenergetické ióny, ktoré zasahujú do kremíkových plátkov až do úplného dopovania, čo spôsobí vážne poškodenie plátku a vedie k dvom kritickým defektom, ktoré možno vyriešiť iba procesom žíhania.

1. Dopanty zaberajú nesprávne miesta mriežky

Aby atómy dopantu (bór, fosfor, arzén) generovali voľné nosiče náboja (diery alebo elektróny), musia obsadiť miesta substitučnej mriežky, ktoré nahradia prirodzené atómy kremíka. Ihneď po implantácii sa však väčšina dopantov zachytí v intersticiálnych pozíciách. Tieto intersticiálne dopanty sú elektricky neaktívne a nemôžu prispievať žiadnymi nosičmi k vodivosti. Žíhanie poskytuje tepelnú energiu na poháňanie intersticiálnych dopantov, aby migrovali na substitučné miesta, čím sa dosiahne skutočná „aktivácia dopantu“ a premení sa na funkčné donory alebo akceptory. Rýchlosť aktivácie dopantu priamo riadi plošný odpor dotovanej vrstvy.

2. Mriežková konštrukcia je vážne poškodená

Implantácia vysokých dávok iónov narúša usporiadanú kryštálovú mriežku na povrchu plátku a môže dokonca viesť k amorfizácii: pôvodne dobre zarovnaný monokryštálový kremík sa premení na neusporiadanú amorfnú kremíkovú vrstvu podobnú sklu. Žíhanie umožňuje, aby táto vrstva amorfného kremíka vyrástla späť na jediný kryštál s použitím neporušeného základného kremíka ako šablóny. Tento proces sa nazýva epitaxná rekryštalizácia na pevnej fáze (SPER).

Prečo musí byť proces žíhania „rýchly“?

Ak je vysokoteplotné spracovanie povinné, prečo namiesto rýchleho tepelného žíhania nepoužívať konvenčné pece na predĺžený ohrev? Dôvodom je, že vysoké teploty nielen aktivujú nečistoty, ale spôsobujú aj ich difúziu dovnútra, čím sa spoj prehĺbi. Pokročilé polovodičové zariadenia vyžadujú ultra-plytké prechody (USJ), čím plytšie spojenie, tým lepšie.

Vzdialenosť difúzie dopantu je určená tepelným rozpočtom, definovaným vzorcom:

Dĺžka difúzie ≈ √(D · t), D ∝ exp(−Eₐ/kT)

D = koeficient difúzie dopantu (rastie exponenciálne s teplotou)

t = čas zotrvania pri vysokej teplote

Vyššie teploty a dlhšie tepelné zotrvanie vedú k hlbším spojom, čo vytvára zásadný kompromis: na plnú aktiváciu dopantu je potrebná dostatočne vysoká teplota, no na potlačenie prehĺbenia spoja je potrebné minimálne trvanie zahrievania.

Jediným realizovateľným riešením je rýchle zvýšenie teploty na maximálnu teplotu, po ktorom nasleduje okamžité ochladenie, čím sa obmedzí vystavenie vysokej teplote na ultrakrátke okno. Toto je hlavná výhoda rýchleho tepelného žíhania oproti konvenčnému tepelnému spracovaniu v peci: teplotný cyklus v sekundovej alebo dokonca milisekundovej škále minimalizuje celkový tepelný rozpočet.

Semicorex ponúka vysokú kvalituRTP/RTA nosiče plátkovna základe potrieb zákazníkov. Ak máte akékoľvek otázky alebo potrebujete ďalšie podrobnosti, neváhajte nás kontaktovať.

Kontaktné telefónne číslo +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com