บทนำของการหลอมด้วยความร้อนอย่างรวดเร็ว

การอบอ่อนด้วยความร้อนอย่างรวดเร็ว (เรียกย่อว่า RTA หรือ RTP) เป็นเทคโนโลยีการประมวลผลด้วยความร้อนอย่างรวดเร็วในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ หลักการหลักคือการให้ความร้อนแก่พื้นผิวเวเฟอร์อย่างรวดเร็วโดยใช้แหล่งความร้อนจากการแผ่รังสีความเข้มสูง (เช่น หลอดฮาโลเจน เลเซอร์ ไฟแฟลช ฯลฯ) ให้ความร้อนแก่เวเฟอร์จนถึงอุณหภูมิสูงเป้าหมายในเวลาอันสั้นมาก (วินาทีหรือมิลลิวินาที) ตามด้วยกระบวนการทำความเย็นอย่างรวดเร็ว

กระบวนการหลอมประเภทหลัก

ขับเคลื่อนด้วยความต้องการระยะเวลาการอบอ่อนที่สั้นลงกว่าเดิมในโหนดการผลิตขั้นสูง กลุ่มผลิตภัณฑ์เทคโนโลยีการอบอ่อนทั้งหมดจึงได้รับการพัฒนา โดยเวลาในการประมวลผลลดขนาดลงตามลำดับจากวินาทีเป็นมิลลิวินาที และเพิ่มเติมเป็นไมโครวินาที

1. แช่การอบอ่อนด้วยความร้อนอย่างรวดเร็ว

กระบวนการ RTA แบบดั้งเดิมใช้เวลา 1 ~ 30 วินาทีที่อุณหภูมิสูงสุด

2. ขัดขวางการหลอมด้วยความร้อนอย่างรวดเร็ว

เวเฟอร์มีอุณหภูมิสูงสุด (~ 1,050°C) โดยคงอยู่ช่วงเสี้ยววินาทีเล็กน้อยก่อนจะเย็นลงทันที กระบวนการกระแสหลักสำหรับการสร้างทางแยกที่ตื้นเป็นพิเศษ

3. การหลอมหลอดไฟแฟลช

แสงแฟลชระดับมิลลิวินาทีที่เข้มข้นจากโคมไฟอาร์คจะให้ความร้อนเฉพาะพื้นผิวเวเฟอร์ในทันที ขณะเดียวกันก็รักษาพื้นผิวที่เป็นกลุ่มให้เย็น

4. การหลอมด้วยเลเซอร์

ลำแสงเลเซอร์สแกนให้ความร้อนเฉพาะจุดระดับไมโครวินาทีถึงมิลลิวินาที ซึ่งจำกัดไว้ที่ชั้นซิลิคอนบนสุด โดยให้งบประมาณด้านความร้อนต่ำที่สุด ประสิทธิภาพการเปิดใช้งานสารเจือปนสูงสุด และจุดเชื่อมต่อที่ตื้นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

---

เหตุใดจึงต้องมีการอบอ่อนด้วยความร้อนอย่างรวดเร็วหลังจากการฝังไอออน?

การฝังไอออนเป็นกระบวนการทิ้งระเบิดเชิงรุกซึ่งอาศัยไอออนพลังงานสูงเพื่อโจมตีแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนเพื่อให้สารต้องห้ามเสร็จสมบูรณ์ ซึ่งจะทำให้เกิดความเสียหายร้ายแรงต่อแผ่นเวเฟอร์ และส่งผลให้เกิดข้อบกพร่องร้ายแรงสองประการที่สามารถแก้ไขได้ผ่านกระบวนการหลอมเท่านั้น

1. สารเจือปนครอบครองไซต์ขัดแตะที่ไม่เหมาะสม

สำหรับอะตอมของสารเจือปน (โบรอน ฟอสฟอรัส สารหนู) เพื่อสร้างตัวพาประจุฟรี (รูหรืออิเล็กตรอน) พวกมันจะต้องครอบครองพื้นที่ขัดแตะทดแทน แทนที่อะตอมซิลิคอนดั้งเดิม อย่างไรก็ตาม ทันทีหลังจากการฝัง สารเจือปนส่วนใหญ่จะติดอยู่ที่ตำแหน่งคั่นระหว่างหน้า สารเจือปนคั่นระหว่างหน้าเหล่านี้จะไม่ทำงานทางไฟฟ้าและไม่สามารถให้พาหะนำพาใดๆ ได้ การหลอมให้พลังงานความร้อนเพื่อขับเคลื่อนสารเจือปนคั่นระหว่างหน้าให้อพยพไปยังตำแหน่งทดแทน ดังนั้นจึงบรรลุ "การกระตุ้นสารเจือปน" อย่างแท้จริง และเปลี่ยนให้กลายเป็นผู้บริจาคหรือผู้ยอมรับที่ใช้งานได้ อัตราการเปิดใช้งานสารเจือปนจะควบคุมความต้านทานของแผ่นของชั้นที่เจือโดยตรง

2. โครงสร้างขัดแตะได้รับความเสียหายอย่างรุนแรง

การฝังไอออนในปริมาณสูงจะขัดขวางโครงตาข่ายคริสตัลที่ได้รับคำสั่งบนพื้นผิวเวเฟอร์ และอาจนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงรูปร่างด้วยซ้ำ ซิลิคอนผลึกเดี่ยวที่ได้รับการจัดตำแหน่งอย่างดีแต่เดิมจะเปลี่ยนเป็นชั้นซิลิคอนอสัณฐานคล้ายแก้วที่ไม่เป็นระเบียบ การหลอมช่วยให้ชั้นซิลิกอนอสัณฐานนี้สามารถเติบโตกลับเป็นผลึกเดี่ยวได้โดยใช้ซิลิกอนที่อยู่ในสภาพสมบูรณ์เป็นแม่แบบ กระบวนการนี้เรียกว่าการตกผลึกซ้ำแบบ epitaxial แบบโซลิดเฟส (SPER)

เหตุใดกระบวนการหลอมจึงต้อง "รวดเร็ว"?

หากจำเป็นต้องมีการบำบัดที่อุณหภูมิสูง ทำไมไม่ลองใช้เตาเผาแบบธรรมดาเพื่อให้ความร้อนเป็นเวลานาน แทนที่จะใช้กระบวนการอบอ่อนด้วยความร้อนอย่างรวดเร็ว เหตุผลก็คืออุณหภูมิสูงไม่เพียงแต่กระตุ้นสิ่งเจือปนเท่านั้น แต่ยังทำให้สิ่งเจือปนแพร่กระจายเข้าไปด้านใน ทำให้จุดเชื่อมต่อลึกยิ่งขึ้น อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ขั้นสูงต้องใช้จุดเชื่อมต่อแบบตื้นพิเศษ (USJ) ยิ่งจุดเชื่อมต่อตื้นมากเท่าไรก็ยิ่งดีเท่านั้น

ระยะการแพร่กระจายของสารเจือปนถูกกำหนดโดยงบประมาณด้านความร้อน ซึ่งกำหนดโดยสูตร:

ความยาวการแพร่กระจาย data √(D · t), D ∝ exp(−Eₐ/kT)

D = สัมประสิทธิ์การแพร่กระจายของสารเจือปน (เพิ่มขึ้นแบบทวีคูณตามอุณหภูมิ)

t = เวลาคงตัวที่อุณหภูมิสูง

อุณหภูมิที่สูงขึ้นและระยะเวลาคงตัวด้านความร้อนที่ยาวนานขึ้นทำให้เกิดจุดเชื่อมต่อที่ลึกขึ้น ทำให้เกิดข้อดีพื้นฐาน: อุณหภูมิสูงเพียงพอเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการกระตุ้นสารเจือปนเต็มรูปแบบ แต่ต้องมีระยะเวลาการให้ความร้อนน้อยที่สุดเพื่อระงับความลึกของจุดเชื่อมต่อ

วิธีแก้ปัญหาเดียวที่ใช้ได้คือการขึ้นอุณหภูมิสูงสุดอย่างรวดเร็วตามด้วยการทำความเย็นทันที ซึ่งจำกัดการสัมผัสที่อุณหภูมิสูงต่อหน้าต่างที่สั้นมาก นี่คือข้อได้เปรียบหลักของการอบอ่อนด้วยความร้อนอย่างรวดเร็วเหนือการทำความร้อนในเตาเผาทั่วไป: การหมุนเวียนของอุณหภูมิระดับวินาทีหรือระดับมิลลิวินาทีจะช่วยลดงบประมาณด้านความร้อนโดยรวมให้เหลือน้อยที่สุด

Semicorex นำเสนอคุณภาพสูงผู้ให้บริการเวเฟอร์ RTP / RTAตามความต้องการของลูกค้า หากคุณมีข้อสงสัยหรือต้องการรายละเอียดเพิ่มเติม โปรดอย่าลังเลที่จะติดต่อเรา

โทรศัพท์ติดต่อ # +86-13567891907

อีเมล์: sales@semicorex.com