1. Genel Bakış
Isıl işlem olarak da bilinen ısıtma, genellikle alüminyumun erime noktasından daha yüksek olan yüksek sıcaklıklarda çalışan üretim prosedürlerini ifade eder.
Isıtma işlemi genellikle yüksek sıcaklıktaki bir fırında gerçekleştirilir ve yarı iletken üretiminde kristal kusurlarının onarımı için oksidasyon, safsızlık difüzyonu ve tavlama gibi ana işlemleri içerir.
Oksidasyon: Yüksek sıcaklıkta ısıl işlem için bir silikon levhanın oksijen veya su buharı gibi oksidanlardan oluşan bir atmosfere yerleştirildiği, silikon levhanın yüzeyinde bir oksit filmi oluşturmak üzere kimyasal reaksiyona neden olan bir işlemdir.
Safsızlık difüzyonu: belirli bir konsantrasyon dağılımına sahip olması ve böylece silikon malzemenin elektriksel özelliklerini değiştirmesi için proses gereksinimlerine göre safsızlık elemanlarını silikon alt tabakaya sokmak için yüksek sıcaklık koşulları altında termal difüzyon ilkelerinin kullanılmasını ifade eder.
Tavlama, iyon implantasyonunun neden olduğu kafes kusurlarını onarmak için iyon implantasyonundan sonra silikon levhanın ısıtılması sürecini ifade eder.
Oksidasyon/difüzyon/tavlama için kullanılan üç temel ekipman türü vardır:
- Yatay fırın;
- Dikey fırın;
- Hızlı ısıtma fırını: hızlı ısıl işlem ekipmanı
Geleneksel ısıl işlem süreçlerinde iyon implantasyonunun neden olduğu hasarı ortadan kaldırmak için esas olarak uzun süreli yüksek sıcaklık işlemi kullanılır, ancak dezavantajları eksik kusur giderme ve implante edilen yabancı maddelerin düşük aktivasyon verimliliğidir.
Ek olarak, yüksek tavlama sıcaklığı ve uzun süre nedeniyle, yabancı maddelerin yeniden dağıtımının meydana gelmesi muhtemeldir, bu da büyük miktarda yabancı maddenin yayılmasına ve sığ bağlantıların ve dar yabancı madde dağılımının gereksinimlerini karşılayamamasına neden olur.
Hızlı ısıl işlem (RTP) ekipmanı kullanılarak iyon implante edilmiş levhaların hızlı termal tavlaması, levhanın tamamını çok kısa sürede belirli bir sıcaklığa (genellikle 400-1300°C) ısıtan bir ısıl işlem yöntemidir.
Fırın ısıtma tavlaması ile karşılaştırıldığında, daha az termal bütçe, doping alanında daha küçük yabancı madde hareketi aralığı, daha az kirlilik ve daha kısa işlem süresi gibi avantajlara sahiptir.
Hızlı termal tavlama işlemi çeşitli enerji kaynaklarını kullanabilir ve tavlama zaman aralığı çok geniştir (lamba tavlama, lazer tavlama vb. gibi 100 ila 10-9 saniye arası). Safsızlığın yeniden dağıtımını etkili bir şekilde bastırırken, safsızlıkları tamamen aktive edebilir. Şu anda, 200 mm'den büyük levha çaplarına sahip ileri teknoloji entegre devre üretim süreçlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.
2. İkinci ısıtma işlemi
2.1 Oksidasyon süreci
Entegre devre üretim sürecinde silikon oksit filmleri oluşturmak için iki yöntem vardır: termal oksidasyon ve biriktirme.
Oksidasyon işlemi, termal oksidasyon yoluyla silikon levhaların yüzeyinde SiO2 oluşturma işlemini ifade eder. Termal oksidasyonla oluşturulan SiO2 filmi, üstün elektriksel yalıtım özellikleri ve işlem yapılabilirliği nedeniyle entegre devre üretim sürecinde yaygın olarak kullanılmaktadır.
En önemli uygulamaları aşağıdaki gibidir:
- Cihazları çizilmelere ve kirlenmeye karşı koruyun;
- Yüklü taşıyıcıların alan izolasyonunun sınırlandırılması (yüzey pasifleştirilmesi);
- Kapı oksit veya depolama hücresi yapılarındaki dielektrik malzemeler;
- Dopingde implant maskeleme;
- Metal iletken katmanlar arasındaki dielektrik katman.
(1)Cihaz koruması ve izolasyonu
Bir levhanın (silikon levha) yüzeyinde büyüyen SiO2, silikon içindeki hassas cihazları izole etmek ve korumak için etkili bir bariyer katmanı görevi görebilir.
SiO2 sert ve gözeneksiz (yoğun) bir malzeme olduğundan, silikon yüzeyindeki aktif cihazları etkili bir şekilde izole etmek için kullanılabilir. Sert SiO2 tabakası, silikon levhayı üretim sürecinde oluşabilecek çiziklerden ve hasarlardan koruyacaktır.
(2)Yüzey pasivasyonu
Yüzey pasifleştirmesi Termal olarak büyütülmüş SiO2'nin önemli bir avantajı, yüzey pasivasyonu olarak bilinen bir etki olan sarkan bağları kısıtlayarak silikonun yüzey durum yoğunluğunu azaltabilmesidir.
Elektriksel bozulmayı önler ve nem, iyonlar veya diğer harici kirletici maddelerin neden olduğu kaçak akımın yolunu azaltır. Sert SiO2 katmanı, Si'yi üretim sonrası oluşabilecek çiziklerden ve proses hasarlarından korur.
Si yüzeyinde büyüyen SiO2 tabakası, Si yüzeyindeki elektriksel olarak aktif kirletici maddeleri (hareketli iyon kirliliği) bağlayabilir. Pasivasyon, bağlantı cihazlarının kaçak akımını kontrol etmek ve stabil kapı oksitlerini büyütmek için de önemlidir.
Yüksek kaliteli bir pasivasyon katmanı olarak oksit katmanının, eşit kalınlık, iğne deliği ve boşluk olmaması gibi kalite gereksinimleri vardır.
Bir oksit tabakasının Si yüzeyi pasifleştirme tabakası olarak kullanılmasındaki diğer bir faktör, oksit tabakasının kalınlığıdır. Oksit tabakası, sıradan kapasitörlerin yük depolama ve arıza özelliklerine benzer şekilde, silikon yüzeyindeki yük birikmesi nedeniyle metal katmanın şarj olmasını önleyecek kadar kalın olmalıdır.
SiO2 ayrıca Si'ye çok benzer bir termal genleşme katsayısına sahiptir. Silikon levhalar yüksek sıcaklıktaki işlemler sırasında genişler ve soğutma sırasında büzülür.
SiO2, Si'ninkine çok yakın bir oranda genişler veya daralır, bu da termal işlem sırasında silikon levhanın bükülmesini en aza indirir. Bu aynı zamanda film gerilimi nedeniyle oksit filmin silikon yüzeyinden ayrılmasını da önler.
(3)Kapı oksit dielektrik
MOS teknolojisinde en sık kullanılan ve önemli geçit oksit yapısı için dielektrik malzeme olarak son derece ince bir oksit tabakası kullanılır. Geçit oksit tabakası ve altındaki Si yüksek kalite ve stabilite özelliklerine sahip olduğundan, geçit oksit tabakası genellikle termal büyüme ile elde edilir.
SiO2, yüksek bir dielektrik dayanıma (107V/m) ve yüksek dirence (yaklaşık 1017Ω·cm) sahiptir.
MOS cihazlarının güvenilirliğinin anahtarı, kapı oksit katmanının bütünlüğüdür. MOS cihazlarındaki kapı yapısı akımın akışını kontrol eder. Bu oksit, alan etkisi teknolojisine dayalı mikroçiplerin işlevinin temelini oluşturduğundan,
Bu nedenle, yüksek kalite, mükemmel film kalınlığı bütünlüğü ve yabancı maddelerin bulunmaması temel gereksinimlerdir. Kapı oksit yapısının işlevini bozabilecek her türlü kirlenme sıkı bir şekilde kontrol edilmelidir.
(4)Doping bariyeri
SiO2, silikon yüzeyinin seçici katkılanması için etkili bir maskeleme katmanı olarak kullanılabilir. Silikon yüzeyinde bir oksit tabakası oluştuğunda, maskenin şeffaf kısmındaki SiO2, katkı malzemesinin silikon levhaya girebileceği bir pencere oluşturacak şekilde kazınır.
Pencerelerin olmadığı yerlerde oksit, silikon yüzeyini koruyabilir ve yabancı maddelerin yayılmasını önleyebilir, böylece seçici yabancı madde implantasyonunu mümkün kılabilir.
Katkı maddeleri SiO2'de Si'ye kıyasla daha yavaş hareket eder, dolayısıyla katkı maddelerini bloke etmek için yalnızca ince bir oksit tabakasına ihtiyaç vardır (bu oranın sıcaklığa bağlı olduğunu unutmayın).
İyon implantasyonunun gerekli olduğu alanlarda, silikon yüzeyine verilen hasarı en aza indirmek için kullanılabilen ince bir oksit tabakası (örneğin, 150 Å kalınlığında) da kullanılabilir.
Ayrıca kanal etkisini azaltarak safsızlık implantasyonu sırasında bağlantı derinliğinin daha iyi kontrol edilmesine olanak tanır. İmplantasyondan sonra oksit, silikon yüzeyini tekrar düz hale getirmek için hidroflorik asit ile seçici olarak çıkarılabilir.
(5)Metal katmanlar arasındaki dielektrik katman
SiO2 normal şartlarda elektriği iletmediği için mikroçiplerdeki metal katmanlar arasında etkili bir yalıtkandır. SiO2, tıpkı tel üzerindeki yalıtkanın kısa devreleri önleyebildiği gibi, üst metal katman ile alt metal katman arasındaki kısa devreleri de önleyebilmektedir.
Oksit için kalite gereksinimi, iğne delikleri ve boşluklardan arınmış olmasıdır. Kirliliğin yayılmasını daha iyi en aza indirebilecek daha etkili akışkanlık elde etmek için sıklıkla katkılanır. Genellikle termal büyüme yerine kimyasal buhar biriktirme yoluyla elde edilir.
Reaksiyon gazına bağlı olarak oksidasyon süreci genellikle şu şekilde ayrılır:
- Kuru oksijen oksidasyonu: Si + O2→SiO2;
- Islak oksijen oksidasyonu: 2H2O (su buharı) + Si→SiO2+2H2;
- Klor katkılı oksidasyon: Hidrojen klorür (HCl), dikloroetilen DCE (C2H2Cl2) veya türevleri gibi klor gazı, oksidasyon hızını ve oksit tabakasının kalitesini iyileştirmek için oksijene eklenir.
(1)Kuru oksijen oksidasyon işlemi: Reaksiyon gazındaki oksijen molekülleri önceden oluşturulmuş oksit tabakasından geçerek SiO2 ve Si arasındaki arayüze ulaşır, Si ile reaksiyona girer ve ardından bir SiO2 tabakası oluşturur.
Kuru oksijen oksidasyonu ile hazırlanan SiO2, yoğun bir yapıya, düzgün kalınlığa, enjeksiyon ve difüzyon için güçlü maskeleme yeteneğine ve yüksek işlem tekrarlanabilirliğine sahiptir. Dezavantajı büyüme hızının yavaş olmasıdır.
Bu yöntem genellikle geçit dielektrik oksidasyonu, ince tampon tabakası oksidasyonu gibi yüksek kaliteli oksidasyon için veya kalın tampon tabakası oksidasyonu sırasında oksidasyonu başlatmak ve oksidasyonu sonlandırmak için kullanılır.
(2)Islak oksijen oksidasyon süreci: Su buharı doğrudan oksijen içinde taşınabileceği gibi hidrojen ve oksijenin reaksiyonuyla da elde edilebilir. Oksidasyon hızı, hidrojenin veya su buharının oksijene kısmi basınç oranı ayarlanarak değiştirilebilir.
Güvenliği sağlamak için hidrojenin oksijene oranının 1,88:1'i geçmemesi gerektiğini unutmayın. Islak oksijen oksidasyonu, reaksiyon gazında hem oksijen hem de su buharının varlığından kaynaklanmaktadır ve su buharı, yüksek sıcaklıklarda hidrojen okside (H2O) ayrışacaktır.
Hidrojen oksidin silikon oksit içindeki difüzyon hızı, oksijeninkinden çok daha hızlıdır, dolayısıyla ıslak oksijen oksidasyon hızı, kuru oksijen oksidasyon oranından yaklaşık bir kat daha yüksektir.
(3)Klor katkılı oksidasyon işlemi: Geleneksel kuru oksijen oksidasyonu ve ıslak oksijen oksidasyonuna ek olarak, oksidasyon hızını ve oksit tabakasının kalitesini iyileştirmek için oksijene hidrojen klorür (HCl), dikloroetilen DCE (C2H2Cl2) veya türevleri gibi klor gazı eklenebilir. .
Oksidasyon oranındaki artışın ana nedeni, oksidasyon için klor eklendiğinde reaktantın sadece oksidasyonu hızlandırabilen su buharı içermesi değil, aynı zamanda klorun Si ile SiO2 arasındaki ara yüzey yakınında da birikmesidir. Oksijen varlığında, klorosilikon bileşikleri kolayca oksidasyonu katalize edebilen silikon okside dönüştürülür.
Oksit tabakası kalitesinin iyileştirilmesinin ana nedeni, oksit tabakasındaki klor atomlarının sodyum iyonlarının aktivitesini saflaştırabilmesi, böylece ekipman ve proses ham maddelerinin sodyum iyonu kirlenmesinden kaynaklanan oksidasyon kusurlarını azaltabilmesidir. Bu nedenle, klor katkılaması çoğu kuru oksijen oksidasyon prosesinde yer alır.
2.2 Difüzyon süreci
Geleneksel difüzyon, maddelerin daha yüksek konsantrasyonlu alanlardan daha düşük konsantrasyonlu alanlara eşit şekilde dağılıncaya kadar aktarılmasını ifade eder. Difüzyon süreci Fick yasasını takip eder. İki veya daha fazla madde arasında difüzyon meydana gelebilir ve farklı alanlar arasındaki konsantrasyon ve sıcaklık farklılıkları, maddelerin dağılımını tekdüze bir denge durumuna yönlendirir.
Yarı iletken malzemelerin en önemli özelliklerinden biri, iletkenliklerinin farklı türde veya konsantrasyonlarda katkı maddeleri eklenerek ayarlanabilmesidir. Entegre devre imalatında bu işlem genellikle katkılama veya difüzyon işlemleriyle gerçekleştirilir.
Tasarım hedeflerine bağlı olarak, silikon, germanyum veya III-V bileşikleri gibi yarı iletken malzemeler, donör safsızlıkları veya alıcı safsızlıkları ile katkılanarak N tipi veya P tipi olmak üzere iki farklı yarı iletken özellik elde edebilir.
Yarı iletken katkılama esas olarak iki yöntemle gerçekleştirilir: her birinin kendine has özellikleri olan difüzyon veya iyon implantasyonu:
Difüzyon katkılaması daha ucuzdur ancak katkı maddesinin konsantrasyonu ve derinliği tam olarak kontrol edilemez;
İyon implantasyonu nispeten pahalı olsa da, katkı maddesi konsantrasyon profillerinin hassas kontrolüne olanak tanır.
1970'lerden önce entegre devre grafiklerinin özellik boyutu 10μm civarındaydı ve katkılama için genellikle geleneksel termal difüzyon teknolojisi kullanılıyordu.
Difüzyon işlemi esas olarak yarı iletken malzemeleri değiştirmek için kullanılır. Farklı maddelerin yarı iletken malzemelere yayılmasıyla iletkenlikleri ve diğer fiziksel özellikleri değiştirilebilir.
Örneğin, üç değerlikli boron elementinin silikona difüzyonuyla P tipi bir yarı iletken oluşturulur; beş değerlikli elementlerin fosfor veya arsenik katkılanmasıyla N tipi bir yarı iletken oluşturulur. Daha fazla deliğe sahip P tipi bir yarı iletken, daha fazla elektrona sahip N tipi bir yarı iletken ile temasa geçtiğinde bir PN bağlantısı oluşur.
Özellik boyutları küçüldükçe izotropik difüzyon işlemi, katkı maddelerinin kalkan oksit tabakasının diğer tarafına yayılmasını mümkün kılarak bitişik bölgeler arasında kısa devrelere neden olur.
Bazı özel kullanımlar (örneğin, eşit şekilde dağıtılmış yüksek voltaja dirençli alanlar oluşturmak için uzun süreli difüzyon) dışında, difüzyon işleminin yerini yavaş yavaş iyon implantasyonu almıştır.
Ancak 10nm'nin altındaki teknoloji üretiminde, üç boyutlu fin alan etkili transistör (FinFET) cihazındaki Fin'in boyutu çok küçük olduğundan iyon implantasyonu onun minik yapısına zarar verecektir. Katı kaynak difüzyon işleminin kullanılması bu sorunu çözebilir.
2.3 Bozunma süreci
Tavlama işlemine termal tavlama da denir. İşlem, belirli bir işlem amacına ulaşmak için silikon levhanın yüzeyindeki veya içindeki mikro yapıyı değiştirmek için silikon levhayı belirli bir süre boyunca yüksek sıcaklıktaki bir ortama yerleştirmektir.
Tavlama işleminde en kritik parametreler sıcaklık ve zamandır. Sıcaklık ne kadar yüksek olursa ve süre ne kadar uzun olursa termal bütçe de o kadar yüksek olur.
Gerçek entegre devre üretim sürecinde termal bütçe sıkı bir şekilde kontrol edilir. Proses akışında birden fazla tavlama prosesi varsa termal bütçe, birden fazla ısıl işlemin süperpozisyonu olarak ifade edilebilir.
Bununla birlikte, süreç düğümlerinin minyatürleştirilmesiyle birlikte, tüm süreçte izin verilen termal bütçe gittikçe küçülür, yani yüksek sıcaklıktaki termal sürecin sıcaklığı düşer ve süre kısalır.
Tavlama işlemi genellikle iyon implantasyonu, ince film biriktirme, metal silisit oluşumu ve diğer işlemlerle birleştirilir. En yaygın olanı iyon implantasyonundan sonra termal tavlamadır.
İyon implantasyonu substrat atomlarını etkileyerek bunların orijinal kafes yapısından kopmasına ve substrat kafesine zarar vermesine neden olacaktır. Termal tavlama, iyon implantasyonunun neden olduğu kafes hasarını onarabilir ve ayrıca implante edilen safsızlık atomlarını kafes boşluklarından kafes bölgelerine hareket ettirerek onları aktive edebilir.
Kafes hasarının onarımı için gereken sıcaklık yaklaşık 500°C'dir ve safsızlık aktivasyonu için gereken sıcaklık yaklaşık 950°C'dir. Teorik olarak, tavlama süresi ne kadar uzunsa ve sıcaklık ne kadar yüksek olursa, yabancı maddelerin aktivasyon oranı da o kadar yüksek olur, ancak çok yüksek bir termal bütçe, yabancı maddelerin aşırı yayılmasına yol açarak süreci kontrol edilemez hale getirir ve sonuçta cihazın ve devre performansının bozulmasına neden olur.
Bu nedenle, üretim teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, geleneksel uzun süreli fırın tavlamanın yerini yavaş yavaş hızlı termal tavlama (RTA) almıştır.
Üretim sürecinde, bazı özel filmlerin, filmin belirli fiziksel veya kimyasal özelliklerini değiştirmek için biriktirme sonrasında termal tavlama işlemine tabi tutulması gerekir. Örneğin, gevşek bir film yoğunlaşarak kuru veya ıslak aşındırma oranını değiştirir;
Yaygın olarak kullanılan bir diğer tavlama işlemi metal silisitin oluşumu sırasında meydana gelir. Kobalt, nikel, titanyum vb. gibi metal filmler silikon levhanın yüzeyine püskürtülür ve nispeten düşük bir sıcaklıkta hızlı termal tavlamanın ardından metal ve silikon bir alaşım oluşturabilir.
Bazı metaller farklı sıcaklık koşulları altında farklı alaşım fazları oluşturur. Genel olarak işlem sırasında temas direnci ve gövde direnci daha düşük bir alaşım fazının oluşması umulur.
Farklı termal bütçe gereksinimlerine göre tavlama işlemi, yüksek sıcaklıkta fırın tavlaması ve hızlı termal tavlama olarak ikiye ayrılır.
- Yüksek sıcaklıkta fırın tüpü tavlaması:
Yüksek sıcaklık, uzun tavlama süresi ve yüksek bütçeye sahip geleneksel bir tavlama yöntemidir.
SOI substratlarının hazırlanmasına yönelik oksijen enjeksiyon izolasyon teknolojisi ve derin kuyu difüzyon işlemleri gibi bazı özel işlemlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu tür işlemler genellikle mükemmel bir kafes veya tekdüze yabancı madde dağılımı elde etmek için daha yüksek bir termal bütçe gerektirir.
- Hızlı Termal Tavlama:
Bazen Hızlı Termal İşleme (RTP) olarak da adlandırılan, silikon levhaların son derece hızlı ısıtma/soğutma ve hedef sıcaklıkta kısa süre bekletme yoluyla işlenmesi işlemidir.
Ultra sığ bağlantıların oluşturulması sürecinde, hızlı termal tavlama, kafes kusur onarımı, safsızlık aktivasyonu ve safsızlık difüzyonunun en aza indirilmesi arasında uzlaşma optimizasyonunu sağlar ve ileri teknoloji düğümlerinin üretim sürecinde vazgeçilmezdir.
Sıcaklık yükselme/düşme süreci ve hedef sıcaklıkta kısa süre kalma, birlikte hızlı termal tavlamanın termal bütçesini oluşturur.
Geleneksel hızlı termal tavlamanın sıcaklığı yaklaşık 1000°C'dir ve saniyeler sürer. Son yıllarda, hızlı termal tavlama gereksinimleri giderek daha sıkı hale geldi ve flaş tavlama, sivri uç tavlama ve lazer tavlama yavaş yavaş gelişti; tavlama süreleri milisaniyelere ulaştı ve hatta mikrosaniye ve mikrosaniyenin altına doğru gelişme eğilimi gösterdi.
3. Üç ısıtma proses ekipmanı
3.1 Difüzyon ve oksidasyon ekipmanı
Difüzyon işlemi temel olarak yüksek sıcaklık (genellikle 900-1200°C) koşulları altında termal difüzyon prensibini kullanarak safsızlık elementlerini silikon alt tabakaya gerekli derinlikte dahil ederek ona belirli bir konsantrasyon dağılımı verir ve malzemenin elektriksel özelliklerini değiştirir. Malzeme ve yarı iletken bir cihaz yapısı oluşturur.
Silikon entegre devre teknolojisinde difüzyon işlemi, entegre devrelerde PN bağlantılarını veya dirençler, kapasitörler, ara bağlantı kabloları, diyotlar ve transistörler gibi bileşenleri yapmak için kullanılır ve ayrıca bileşenler arasında izolasyon için kullanılır.
Doping konsantrasyonunun dağılımının doğru bir şekilde kontrol edilememesi nedeniyle, 200 mm ve üzeri levha çapına sahip entegre devrelerin imalatında difüzyon işleminin yerini kademeli olarak iyon implantasyon doping işlemi almıştır, ancak ağır uygulamalarda hala küçük bir miktar kullanılmaktadır. Doping süreçleri.
Geleneksel difüzyon ekipmanı çoğunlukla yatay difüzyon fırınlarından oluşur ve ayrıca az sayıda dikey difüzyon fırınları da vardır.
Yatay difüzyon fırını:
Plaka çapı 200 mm'den küçük olan entegre devrelerin difüzyon prosesinde yaygın olarak kullanılan bir ısıl işlem ekipmanıdır. Özellikleri, ısıtma fırını gövdesi, reaksiyon tüpü ve kuvars tekne taşıyan levhaların hepsinin yatay olarak yerleştirilmesidir, bu nedenle levhalar arasında iyi bir tekdüzelik proses özelliklerine sahiptir.
Sadece entegre devre üretim hattındaki önemli ön uç ekipmanlardan biri değil, aynı zamanda difüzyon, oksidasyon, tavlama, alaşımlama ve ayrık cihazlar, güç elektroniği cihazları, optoelektronik cihazlar ve optik fiberler gibi endüstrilerdeki diğer işlemlerde de yaygın olarak kullanılmaktadır. .
Dikey difüzyon fırını:
Genellikle dikey fırın olarak bilinen, çapı 200 mm ve 300 mm olan levhalar için entegre devre prosesinde kullanılan toplu ısıl işlem ekipmanını ifade eder.
Dikey difüzyon fırınının yapısal özellikleri, ısıtma fırını gövdesi, reaksiyon tüpü ve gofreti taşıyan kuvars teknenin tamamının dikey olarak yerleştirilmesi ve gofretin yatay olarak yerleştirilmesidir. Büyük ölçekli entegre devre üretim hatlarının ihtiyaçlarını karşılayabilecek, levha içinde iyi bir tekdüzelik, yüksek derecede otomasyon ve istikrarlı sistem performansı özelliklerine sahiptir.
Dikey difüzyon fırını, yarı iletken entegre devre üretim hattındaki önemli ekipmanlardan biridir ve aynı zamanda güç elektroniği cihazları (IGBT) vb. alanlardaki ilgili işlemlerde de yaygın olarak kullanılır.
Dikey difüzyon fırını, kuru oksijen oksidasyonu, hidrojen-oksijen sentezi oksidasyonu, silikon oksinitrid oksidasyonu gibi oksidasyon işlemlerine ve silikon dioksit, polisilikon, silikon nitrür (Si3N4) ve atomik katman biriktirme gibi ince film büyütme işlemlerine uygulanabilir.
Ayrıca yüksek sıcaklıkta tavlama, bakır tavlama ve alaşımlama işlemlerinde de yaygın olarak kullanılır. Difüzyon prosesi açısından ağır doping proseslerinde bazen dikey difüzyon fırınları da kullanılmaktadır.
3.2 Hızlı tavlama ekipmanı
Hızlı Termal İşleme (RTP) ekipmanı, gofretin sıcaklığını hızlı bir şekilde prosesin gerektirdiği sıcaklığa (200-1300°C) çıkarabilen ve hızlı bir şekilde soğutabilen tek plakalı bir ısıl işlem ekipmanıdır. Isıtma/soğutma hızı genellikle 20-250°C/s'dir.
Çok çeşitli enerji kaynakları ve tavlama süresine ek olarak, RTP ekipmanı aynı zamanda mükemmel termal bütçe kontrolü ve daha iyi yüzey bütünlüğü (özellikle büyük boyutlu levhalar için), iyon implantasyonunun neden olduğu levha hasarını onarma gibi başka mükemmel süreç performansına da sahiptir. birden fazla oda aynı anda farklı işlem adımlarını çalıştırabilir.
Ek olarak, RTP ekipmanı proses gazlarını esnek ve hızlı bir şekilde dönüştürüp ayarlayabilir, böylece birden fazla ısıl işlem prosesi aynı ısıl işlem prosesinde tamamlanabilir.
RTP ekipmanı en yaygın olarak hızlı termal tavlamada (RTA) kullanılır. İyon implantasyonundan sonra, iyon implantasyonunun neden olduğu hasarı onarmak, katkılı protonları aktive etmek ve safsızlık difüzyonunu etkili bir şekilde engellemek için RTP ekipmanına ihtiyaç vardır.
Genel olarak konuşursak, kafes kusurlarını onarmak için sıcaklık yaklaşık 500°C'dir, katkılı atomları aktive etmek için ise 950°C gereklidir. Safsızlıkların aktivasyonu zamana ve sıcaklığa bağlıdır. Süre ne kadar uzun olursa ve sıcaklık ne kadar yüksek olursa, yabancı maddeler o kadar tam olarak etkinleştirilir, ancak bu, yabancı maddelerin difüzyonunun engellenmesine yardımcı olmaz.
RTP ekipmanı hızlı sıcaklık artışı/düşüşü ve kısa süre özelliklerine sahip olduğundan, iyon implantasyonundan sonraki tavlama işlemi, kafes kusuru onarımı, safsızlık aktivasyonu ve safsızlık difüzyon inhibisyonu arasında en uygun parametre seçimini sağlayabilir.
RTA temel olarak aşağıdaki dört kategoriye ayrılmıştır::
(1)Spike Tavlama
Özelliği, hızlı ısıtma/soğutma işlemine odaklanmasıdır, ancak temelde ısı koruma işlemi yoktur. Spike tavlaması yüksek sıcaklık noktasında çok kısa bir süre kalır ve ana işlevi katkı elementlerini aktive etmektir.
Gerçek uygulamalarda, levha belirli bir sabit bekleme sıcaklık noktasından hızla ısınmaya başlar ve hedef sıcaklık noktasına ulaştıktan hemen sonra soğur.
Hedef sıcaklık noktasında (yani zirve sıcaklık noktasında) bakım süresi çok kısa olduğundan, tavlama işlemi, iyi kusurlu tavlama onarım özelliklerine sahip olurken, safsızlık aktivasyonunun derecesini maksimuma çıkarabilir ve safsızlık difüzyon derecesini en aza indirebilir; bu da daha yüksek sonuçlar verir. bağlanma kalitesi ve daha düşük kaçak akım.
Spike tavlama, 65nm'den sonra ultra sığ bağlantı işlemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ani tavlamanın işlem parametreleri esas olarak tepe sıcaklığı, tepe kalma süresini, sıcaklık sapmasını ve işlemden sonraki levha direncini içerir.
Zirvede kalma süresi ne kadar kısa olursa o kadar iyidir. Bu esas olarak sıcaklık kontrol sisteminin ısıtma/soğutma oranına bağlıdır, ancak bazen seçilen proses gazı atmosferinin de bunun üzerinde belirli bir etkisi vardır.
Örneğin, helyum küçük bir atom hacmine ve hızlı bir difüzyon hızına sahiptir; bu da hızlı ve tek biçimli ısı transferine olanak sağlar ve tepe genişliğini veya tepe kalma süresini azaltabilir. Bu nedenle helyum bazen ısıtma ve soğutmaya yardımcı olması için seçilir.
(2)Lamba Tavlama
Lamba tavlama teknolojisi yaygın olarak kullanılmaktadır. Halojen lambalar genellikle hızlı tavlanan ısı kaynakları olarak kullanılır. Yüksek ısıtma/soğutma hızları ve hassas sıcaklık kontrolü, 65 nm'nin üzerindeki üretim proseslerinin gereksinimlerini karşılayabilir.
Bununla birlikte, 45nm işleminin katı gereksinimlerini tam olarak karşılayamaz (45nm işleminden sonra, mantıksal LSI'nin nikel-silikon teması oluştuğunda, levhanın milisaniyeler içinde 200°C'den 1000°C'nin üzerine hızlı bir şekilde ısıtılması gerekir, bu nedenle lazer tavlama genellikle gereklidir).
(3)Lazer Tavlama
Lazer tavlama, silikon kristalini eritmeye yetecek seviyeye gelene kadar gofretin yüzeyinin sıcaklığını hızlı bir şekilde arttırmak ve onu oldukça aktif hale getirmek için doğrudan lazer kullanma işlemidir.
Lazer tavlamanın avantajları son derece hızlı ısıtma ve hassas kontroldür. Filament ısıtması gerektirmez ve temel olarak sıcaklık gecikmesi ve filaman ömrü ile ilgili herhangi bir sorun yoktur.
Ancak teknik açıdan bakıldığında, lazer tavlamanın kaçak akım ve kalıntı kusuru sorunları vardır ve bu da cihaz performansı üzerinde belirli bir etkiye sahip olacaktır.
(4)Flaş Tavlama
Flaş tavlama, belirli bir ön ısıtma sıcaklığında levhalar üzerinde spike tavlaması gerçekleştirmek için yüksek yoğunluklu radyasyon kullanan bir tavlama teknolojisidir.
Plaka önceden 600-800°C'ye ısıtılır ve ardından kısa süreli darbe ışınımı için yüksek yoğunluklu radyasyon kullanılır. Plakanın tepe sıcaklığı gerekli tavlama sıcaklığına ulaştığında radyasyon hemen kapatılır.
RTP ekipmanı, gelişmiş entegre devre üretiminde giderek daha fazla kullanılmaktadır.
RTP ekipmanları, RTA proseslerinde yaygın olarak kullanılmasının yanı sıra, hızlı termal oksidasyon, hızlı termal nitrürleme, hızlı termal difüzyon, hızlı kimyasal buhar biriktirme, metal silisit üretimi ve epitaksiyel işlemlerde de kullanılmaya başlanmıştır.
—————————————————————————————————————————————— ——
Semicera sağlayabilirgrafit parçaları,yumuşak/sert keçe,silisyum karbür parçalar,CVD silisyum karbür parçalar, VeSiC/TaC kaplı parçalar30 gün içinde tam yarı iletken işlemiyle.
Yukarıdaki yarı iletken ürünlerle ilgileniyorsanız,lütfen ilk kez bizimle iletişime geçmekten çekinmeyin.
Tel: +86-13373889683
WhatsApp: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Gönderim zamanı: Ağu-27-2024