Korte introductie van snel thermisch gloeien

Snel thermisch gloeien (afgekort als RTA of RTP) is een snelle thermische verwerkingstechnologie bij de productie van halfgeleiders. Het kernprincipe is om het wafeloppervlak snel te verwarmen met behulp van een stralingswarmtebron met hoge intensiteit (zoals halogeenlampen, lasers, flitslampen, enz.), waarbij de wafel in extreem korte tijd (seconden of milliseconden) wordt verwarmd tot de gewenste hoge temperatuur, gevolgd door een snel koelproces.

Belangrijkste soorten gloeiprocessen

Gedreven door de vraag naar steeds kortere gloeiduur in geavanceerde productieknooppunten, is een volledig portfolio van gloeitechnologieën ontwikkeld, waarbij de verwerkingstijd sequentieel wordt teruggebracht van seconden naar milliseconden en verder naar microseconden.

1. Doordrenk snel thermisch gloeien

Traditioneel RTA-proces met 1 ~ 30 seconden stilstand bij piektemperatuur.

2. Spike-snel thermisch gloeien

Wafels bereiken de piektemperatuur (~1050°C) met een verwaarloosbare verblijftijd van minder dan een seconde voordat ze onmiddellijk worden afgekoeld; het reguliere proces voor de vorming van ultra-ondiepe juncties.

3. Flitslampgloeien

De intense flits op millisecondenschaal van booglampen verwarmt onmiddellijk alleen het waferoppervlak terwijl het bulksubstraat koel blijft.

4.Laser-spiekgloeien

De scannende laserstraal levert gelokaliseerde verwarming van microseconde tot milliseconde, beperkt tot de bovenste siliciumlaag. Het levert het laagste thermische budget, de hoogste efficiëntie van doteringsactivatie en de ondiepst mogelijke verbindingen.

---

Waarom is snel thermisch uitgloeien vereist na ionenimplantatie?

Ionenimplantatie is een agressief bombardementsproces dat afhankelijk is van hoogenergetische ionen om siliciumwafels te raken om de doping te voltooien, wat ernstige schade aan de wafel zal veroorzaken en zal resulteren in twee kritieke defecten die alleen via het uitgloeiproces kunnen worden opgelost.

1. Dopants bezetten onjuiste roosterplaatsen

Willen doteringsatomen (borium, fosfor, arseen) vrije ladingsdragers (gaten of elektronen) genereren, dan moeten ze substitutionele roosterplaatsen bezetten, ter vervanging van natuurlijke siliciumatomen. Direct na implantatie komen de meeste doteermiddelen echter vast te zitten op interstitiële posities. Deze interstitiële doteerstoffen zijn elektrisch inactief en kunnen geen dragers aan de geleiding bijdragen. Uitgloeien levert thermische energie om interstitiële doteerstoffen ertoe aan te zetten naar substitutionele locaties te migreren, waardoor echte “doteerstofactivatie” wordt bereikt en deze in functionele donoren of acceptoren wordt veranderd. De activeringssnelheid van het doteringsmiddel regelt rechtstreeks de velweerstand van de gedoteerde laag.

2. De roosterstructuur is ernstig beschadigd

Hoge dosis ionenimplantatie verstoort het geordende kristalrooster op het waferoppervlak en kan zelfs tot amorfisatie leiden: het oorspronkelijk goed uitgelijnde monokristallijne silicium transformeert in een ongeordende glasachtige amorfe siliciumlaag. Door uitgloeien kan deze amorfe siliciumlaag teruggroeien tot een enkel kristal, waarbij het intacte onderliggende silicium als sjabloon wordt gebruikt. Dit proces wordt vaste fase epitaxiale herkristallisatie (SPER) genoemd.

Waarom moet het gloeiproces "snel" zijn?

Als behandeling op hoge temperatuur verplicht is, waarom zouden we dan geen conventionele ovens gebruiken voor langdurige verwarming in plaats van snelle thermische gloeiprocessen? De reden is dat hoge temperaturen niet alleen onzuiverheden activeren, maar er ook voor zorgen dat ze naar binnen diffunderen, waardoor de verbinding dieper wordt. Geavanceerde halfgeleiderapparaten vereisen ultra-ondiepe juncties (USJ). Hoe ondieper de junctie, hoe beter.

De diffusieafstand van het doteringsmiddel wordt bepaald door het thermische budget, gedefinieerd door de formule:

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

D = diffusiecoëfficiënt van doteringsmiddel (stijging exponentieel met de temperatuur)

t = verblijftijd bij hoge temperatuur

Hogere temperaturen en langere thermische verblijftijden leiden beide tot diepere juncties, waardoor een fundamentele wisselwerking ontstaat: voldoende hoge temperatuur is nodig voor volledige activering van de doteerstof, maar er is een minimale verwarmingsduur vereist om junctie-verdieping te onderdrukken.

De enige haalbare oplossing is het snel opvoeren naar de piektemperatuur, gevolgd door onmiddellijke koeling, waardoor de blootstelling aan hoge temperaturen binnen een ultrakort tijdsbestek wordt beperkt. Dit is het belangrijkste voordeel van snel thermisch uitgloeien ten opzichte van conventionele ovenverwarmingsbehandeling: temperatuurcycli op tweede of zelfs millisecondenschaal minimaliseren het totale thermische budget.

Semicorex biedt hoogwaardige kwaliteitRTP/RTA-wafeldragersgebaseerd op de behoeften van klanten. Als u vragen heeft of aanvullende informatie nodig heeft, aarzel dan niet om contact met ons op te nemen.

Neem contact op met telefoonnummer +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com