Krótkie wprowadzenie do szybkiego wyżarzania termicznego

Szybkie wyżarzanie termiczne (w skrócie RTA lub RTP) to technologia szybkiego przetwarzania termicznego w produkcji półprzewodników. Jego podstawową zasadą jest szybkie nagrzewanie powierzchni płytki za pomocą promieniującego źródła ciepła o dużej intensywności (takiego jak lampy halogenowe, lasery, lampy błyskowe itp.), Nagrzewanie płytki do docelowej wysokiej temperatury w niezwykle krótkim czasie (sekundy lub milisekundy), po czym następuje szybki proces chłodzenia.

Główne rodzaje procesów wyżarzania

Kierując się zapotrzebowaniem na coraz krótsze czasy wyżarzania w zaawansowanych węzłach produkcyjnych, opracowano pełne portfolio technologii wyżarzania, których czas przetwarzania jest sekwencyjnie skracany od sekund do milisekund i dalej do mikrosekund.

1. Namoczyć szybkie wyżarzanie termiczne

Tradycyjny proces RTA z czasem przebywania w maksymalnej temperaturze od 1 do 30 sekund.

2. Szybkie wyżarzanie termiczne

Płytki osiągają temperaturę szczytową (~1050°C) z pomijalnym czasem oczekiwania poniżej sekundy przed natychmiastowym schłodzeniem; główny proces tworzenia ultrapłytkich złączy.

3. Wyżarzanie lampą błyskową

Intensywny błysk w skali milisekundowej z lamp łukowych natychmiast podgrzewa tylko powierzchnię płytki, utrzymując jednocześnie niską temperaturę podłoża sypkiego.

4.Wyżarzanie kolców laserowych

Skaningowa wiązka lasera zapewnia zlokalizowane ogrzewanie w czasie od mikrosekund do milisekund, ograniczone do najwyższej warstwy krzemu. Zapewnia najniższy budżet termiczny, najwyższą skuteczność aktywacji domieszki i możliwie najpłytsze złącza.

---

Dlaczego po implantacji jonów wymagane jest szybkie wyżarzanie termiczne?

Implantacja jonowa to agresywny proces bombardowania, w którym jony o wysokiej energii uderzają w płytki krzemowe w celu całkowitego domieszkowania, co powoduje poważne uszkodzenie płytki i skutkuje dwoma krytycznymi defektami, które można usunąć jedynie w procesie wyżarzania.

1. Domieszki zajmują niewłaściwe miejsca w siatce

Aby atomy domieszki (bor, fosfor, arsen) mogły generować wolne nośniki ładunku (dziury lub elektrony), muszą zajmować miejsca w sieci podstawieniowej, zastępując natywne atomy krzemu. Jednak natychmiast po wszczepieniu większość domieszek zostaje uwięziona w pozycjach śródmiąższowych. Te domieszki śródmiąższowe są elektrycznie nieaktywne i nie mogą przyczyniać się do przewodzenia. Wyżarzanie zapewnia energię cieplną, która powoduje migrację domieszek śródmiąższowych do miejsc podstawienia, osiągając w ten sposób prawdziwą „aktywację domieszek” i przekształcając je w funkcjonalne donory lub akceptory. Szybkość aktywacji domieszki bezpośrednio reguluje rezystancję warstwy domieszkowanej.

2. Struktura kraty jest poważnie uszkodzona

Implantacja jonów w wysokich dawkach zakłóca uporządkowaną sieć krystaliczną na powierzchni płytki, a nawet może prowadzić do amorfizacji: pierwotnie dobrze ułożony monokrystaliczny krzem przekształca się w nieuporządkowaną, przypominającą szkło, amorficzną warstwę krzemu. Wyżarzanie umożliwia ponowne wyhodowanie tej amorficznej warstwy krzemu w monokryształ przy użyciu nienaruszonego leżącego pod spodem krzemu jako szablonu. Proces ten nazywany jest rekrystalizacją epitaksjalną w fazie stałej (SPER).

Dlaczego proces wyżarzania musi być „szybki”?

Jeżeli obróbka w wysokiej temperaturze jest obowiązkowa, dlaczego nie zastosować konwencjonalnych pieców do długotrwałego ogrzewania zamiast szybkiego wyżarzania termicznego? Powodem jest to, że wysokie temperatury nie tylko aktywują zanieczyszczenia, ale także powodują ich dyfuzję do wewnątrz, powodując głębsze połączenie. Zaawansowane urządzenia półprzewodnikowe wymagają ultrapłytkich złączy (USJ), im płytsze złącze, tym lepiej.

Odległość dyfuzji domieszki wyznacza budżet termiczny określony wzorem:

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

D = współczynnik dyfuzji domieszki (rosnie wykładniczo wraz z temperaturą)

t = czas przebywania w wysokiej temperaturze

Wyższe temperatury i dłuższe czasy przebywania termicznego prowadzą do głębszych połączeń, tworząc zasadniczy kompromis: do pełnej aktywacji domieszki konieczna jest wystarczająco wysoka temperatura, a jednocześnie wymagany jest minimalny czas ogrzewania, aby stłumić pogłębianie złącza.

Jedynym realnym rozwiązaniem jest szybkie osiągnięcie temperatury szczytowej, a następnie natychmiastowe ochłodzenie, ograniczające narażenie na wysoką temperaturę w bardzo krótkim czasie. Jest to podstawowa zaleta szybkiego wyżarzania termicznego w porównaniu z konwencjonalną obróbką cieplną w piecu: cykl temperaturowy w skali drugiej lub nawet milisekundowej minimalizuje całkowity budżet cieplny.

Semicorex oferuje wysoką jakośćNośniki płytek RTP/RTAw oparciu o potrzeby klientów. Jeśli masz jakiekolwiek pytania lub potrzebujesz dodatkowych szczegółów, nie wahaj się z nami skontaktować.

Numer telefonu kontaktowego +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com