1. Pangkalahatang-ideya
Ang pag-init, na kilala rin bilang thermal processing, ay tumutukoy sa mga pamamaraan ng pagmamanupaktura na gumagana sa mataas na temperatura, kadalasang mas mataas kaysa sa natutunaw na punto ng aluminyo.
Ang proseso ng pag-init ay karaniwang isinasagawa sa isang mataas na temperatura na pugon at kasama ang mga pangunahing proseso tulad ng oksihenasyon, pagsasabog ng karumihan, at pagsusubo para sa pagkumpuni ng depektong kristal sa paggawa ng semiconductor.
Oxidation: Ito ay isang proseso kung saan ang isang silicon wafer ay inilalagay sa isang kapaligiran ng mga oxidant tulad ng oxygen o singaw ng tubig para sa mataas na temperatura na paggamot sa init, na nagiging sanhi ng isang kemikal na reaksyon sa ibabaw ng silicon wafer upang bumuo ng isang oxide film.
Pagsasabog ng karumihan: tumutukoy sa paggamit ng mga prinsipyo ng thermal diffusion sa ilalim ng mga kondisyon ng mataas na temperatura upang ipakilala ang mga elemento ng karumihan sa substrate ng silikon ayon sa mga kinakailangan sa proseso, upang magkaroon ito ng isang tiyak na pamamahagi ng konsentrasyon, at sa gayon ay binabago ang mga de-koryenteng katangian ng materyal na silikon.
Ang Annealing ay tumutukoy sa proseso ng pag-init ng silicon wafer pagkatapos ng ion implantation upang ayusin ang mga depekto ng sala-sala na dulot ng ion implantation.
May tatlong pangunahing uri ng kagamitan na ginagamit para sa oxidation/diffusion/annealing:
- Pahalang na hurno;
- Patayong pugon;
- Rapid heating furnace: mabilis na heat treatment equipment
Ang mga tradisyunal na proseso ng paggamot sa init ay pangunahing gumagamit ng pangmatagalang paggamot sa mataas na temperatura upang maalis ang pinsala na dulot ng pagtatanim ng ion, ngunit ang mga disadvantage nito ay hindi kumpletong pag-alis ng depekto at mababang kahusayan sa pag-activate ng mga impurities na itinanim.
Bilang karagdagan, dahil sa mataas na temperatura ng pagsusubo at mahabang panahon, ang muling pamimigay ng karumihan ay malamang na mangyari, na nagiging sanhi ng malaking halaga ng mga impurities na kumalat at hindi nakakatugon sa mga kinakailangan ng mababaw na mga junction at makitid na pamamahagi ng karumihan.
Ang mabilis na thermal annealing ng mga ion-implanted na wafer gamit ang rapid thermal processing (RTP) na kagamitan ay isang paraan ng heat treatment na nagpapainit sa buong wafer sa isang tiyak na temperatura (karaniwan ay 400-1300°C) sa napakaikling panahon.
Kung ikukumpara sa furnace heating annealing, ito ay may mga bentahe ng mas kaunting thermal budget, mas maliit na hanay ng impurity movement sa doping area, mas kaunting polusyon at mas maikling oras ng pagproseso.
Ang mabilis na proseso ng thermal annealing ay maaaring gumamit ng iba't ibang mapagkukunan ng enerhiya, at ang hanay ng oras ng pagsusubo ay napakalawak (mula 100 hanggang 10-9s, tulad ng lamp annealing, laser annealing, atbp.). Maaari nitong ganap na i-activate ang mga impurities habang epektibong pinipigilan ang muling pamimigay ng impurity. Kasalukuyang malawak itong ginagamit sa mga proseso ng pagmamanupaktura ng high-end na integrated circuit na may mga diameter ng wafer na higit sa 200mm.
2. Pangalawang proseso ng pag-init
2.1 Proseso ng oksihenasyon
Sa proseso ng pagmamanupaktura ng integrated circuit, mayroong dalawang paraan para sa pagbuo ng mga pelikulang silicon oxide: thermal oxidation at deposition.
Ang proseso ng oksihenasyon ay tumutukoy sa proseso ng pagbuo ng SiO2 sa ibabaw ng mga wafer ng silikon sa pamamagitan ng thermal oxidation. Ang SiO2 film na nabuo sa pamamagitan ng thermal oxidation ay malawakang ginagamit sa proseso ng pagmamanupaktura ng integrated circuit dahil sa superyor na mga katangian ng pagkakabukod ng kuryente nito at pagiging posible ng proseso.
Ang pinakamahalagang aplikasyon nito ay ang mga sumusunod:
- Protektahan ang mga aparato mula sa mga gasgas at kontaminasyon;
- Nililimitahan ang field isolation ng charged carriers (surface passivation);
- Mga dielectric na materyales sa gate oxide o storage cell structures;
- Implant masking sa doping;
- Isang dielectric na layer sa pagitan ng mga metal conductive layer.
(1)Proteksyon at paghihiwalay ng device
Ang SiO2 na lumago sa ibabaw ng isang wafer (silicon wafer) ay maaaring magsilbi bilang isang epektibong barrier layer upang ihiwalay at protektahan ang mga sensitibong device sa loob ng silicon.
Dahil ang SiO2 ay isang matigas at hindi buhaghag (siksik) na materyal, maaari itong magamit upang epektibong ihiwalay ang mga aktibong device sa ibabaw ng silikon. Ang matigas na layer ng SiO2 ay magpoprotekta sa silicon wafer mula sa mga gasgas at pinsala na maaaring mangyari sa proseso ng pagmamanupaktura.
(2)Surface passivation
Surface passivation Ang isang pangunahing bentahe ng thermally grown na SiO2 ay na maaari nitong bawasan ang surface state density ng silicon sa pamamagitan ng pagpigil sa mga nakabitin na bono nito, isang epekto na kilala bilang surface passivation.
Pinipigilan nito ang pagkasira ng kuryente at binabawasan ang daanan para sa kasalukuyang pagtagas na dulot ng moisture, mga ion o iba pang mga panlabas na kontaminant. Pinoprotektahan ng matigas na layer ng SiO2 ang Si mula sa mga gasgas at pinsala sa proseso na maaaring mangyari sa panahon ng post-production.
Ang layer ng SiO2 na lumago sa ibabaw ng Si ay maaaring magbigkis sa mga de-koryenteng aktibong contaminant (kontaminasyon ng mobile ion) sa ibabaw ng Si. Mahalaga rin ang passivation para makontrol ang leakage current ng junction device at lumalaking stable gate oxides.
Bilang isang mataas na kalidad na passivation layer, ang oxide layer ay may mga kinakailangan sa kalidad tulad ng pare-parehong kapal, walang pinholes at voids.
Ang isa pang kadahilanan sa paggamit ng isang layer ng oxide bilang isang layer ng passivation sa ibabaw ng Si ay ang kapal ng layer ng oxide. Ang layer ng oxide ay dapat na sapat na makapal upang maiwasan ang metal layer mula sa pagsingil dahil sa akumulasyon ng singil sa ibabaw ng silikon, na katulad ng imbakan ng singil at mga katangian ng pagkasira ng mga ordinaryong capacitor.
Ang SiO2 ay mayroon ding halos kaparehong koepisyent ng thermal expansion sa Si. Lumalawak ang mga silicone wafer sa panahon ng mga proseso ng mataas na temperatura at kumukurot sa panahon ng paglamig.
Lumalawak o kumukontra ang SiO2 sa bilis na napakalapit sa bilis ng Si, na nagpapaliit sa pag-warping ng silicon wafer sa panahon ng thermal process. Iniiwasan din nito ang paghihiwalay ng oxide film mula sa ibabaw ng silikon dahil sa film stress.
(3)Gate oxide dielectric
Para sa pinakakaraniwang ginagamit at mahalagang istraktura ng gate oxide sa teknolohiya ng MOS, isang napakanipis na layer ng oxide ang ginagamit bilang dielectric na materyal. Dahil ang layer ng gate oxide at ang Si sa ilalim ay may mga katangian ng mataas na kalidad at katatagan, ang layer ng gate oxide ay karaniwang nakuha sa pamamagitan ng thermal growth.
Ang SiO2 ay may mataas na dielectric strength (107V/m) at mataas na resistivity (mga 1017Ω·cm).
Ang susi sa pagiging maaasahan ng mga aparatong MOS ay ang integridad ng layer ng gate oxide. Kinokontrol ng istraktura ng gate sa mga aparatong MOS ang daloy ng kasalukuyang. Dahil ang oxide na ito ay ang batayan para sa paggana ng mga microchip batay sa field-effect na teknolohiya,
Samakatuwid, ang mataas na kalidad, mahusay na pagkakapareho ng kapal ng pelikula at kawalan ng mga impurities ay ang mga pangunahing kinakailangan nito. Ang anumang kontaminasyon na maaaring magpapahina sa paggana ng istraktura ng gate oxide ay dapat na mahigpit na kontrolin.
(4)Doping barrier
Ang SiO2 ay maaaring gamitin bilang isang epektibong masking layer para sa selective doping ng silicon surface. Kapag ang isang layer ng oxide ay nabuo sa ibabaw ng silikon, ang SiO2 sa transparent na bahagi ng mask ay nakaukit upang bumuo ng isang window kung saan ang doping material ay maaaring pumasok sa silicon wafer.
Kung walang mga bintana, mapoprotektahan ng oxide ang ibabaw ng silikon at maiwasan ang pagkalat ng mga impurities, kaya't pinapagana ang selective impurity implantation.
Ang mga dopant ay gumagalaw nang mabagal sa SiO2 kumpara sa Si, kaya isang manipis na layer ng oksido lamang ang kailangan upang harangan ang mga dopant (tandaan na ang rate na ito ay nakasalalay sa temperatura).
Ang isang manipis na layer ng oxide (hal., 150 Å ang kapal) ay maaari ding gamitin sa mga lugar kung saan kinakailangan ang pagtatanim ng ion, na maaaring gamitin upang mabawasan ang pinsala sa ibabaw ng silikon.
Ito rin ay nagbibigay-daan para sa mas mahusay na kontrol ng junction depth sa panahon ng impurity implantation sa pamamagitan ng pagbabawas ng channeling effect. Pagkatapos ng pagtatanim, ang oksido ay maaaring piliing alisin gamit ang hydrofluoric acid upang gawing flat muli ang ibabaw ng silikon.
(5)Dielectric na layer sa pagitan ng mga layer ng metal
Ang SiO2 ay hindi nagsasagawa ng kuryente sa ilalim ng normal na mga kondisyon, kaya ito ay isang epektibong insulator sa pagitan ng mga layer ng metal sa microchips. Maaaring maiwasan ng SiO2 ang mga maikling circuit sa pagitan ng itaas na layer ng metal at ng mas mababang layer ng metal, tulad ng insulator sa wire ay maaaring maiwasan ang mga maikling circuit.
Ang kalidad na kinakailangan para sa oxide ay na ito ay walang mga pinholes at voids. Madalas itong doped upang makakuha ng mas epektibong pagkalikido, na mas makakabawas sa pagsasabog ng kontaminasyon. Karaniwang nakukuha ito sa pamamagitan ng chemical vapor deposition kaysa sa thermal growth.
Depende sa reaksyon ng gas, ang proseso ng oksihenasyon ay karaniwang nahahati sa:
- Dry oxygen oxidation: Si + O2→SiO2;
- Wet oxygen oxidation: 2H2O (singaw ng tubig) + Si→SiO2+2H2;
- Chlorine-doped oxidation: Ang chlorine gas, tulad ng hydrogen chloride (HCl), dichloroethylene DCE (C2H2Cl2) o mga derivatives nito, ay idinaragdag sa oxygen upang mapabuti ang rate ng oksihenasyon at ang kalidad ng layer ng oxide.
(1)Proseso ng dry oxygen oxidation: Ang mga molekula ng oxygen sa reaksyong gas ay kumakalat sa pamamagitan ng nabuo nang oxide layer, umaabot sa interface sa pagitan ng SiO2 at Si, tumutugon sa Si, at pagkatapos ay bumubuo ng isang SiO2 layer.
Ang SiO2 na inihanda ng dry oxygen oxidation ay may siksik na istraktura, pare-parehong kapal, malakas na kakayahang mag-mask para sa iniksyon at pagsasabog, at mataas na pag-uulit ng proseso. Ang kawalan nito ay ang rate ng paglago ay mabagal.
Ang pamamaraang ito ay karaniwang ginagamit para sa mataas na kalidad na oksihenasyon, tulad ng gate dielectric oxidation, manipis na buffer layer oxidation, o para sa pagsisimula ng oksihenasyon at pagwawakas ng oksihenasyon sa panahon ng makapal na buffer layer na oksihenasyon.
(2)Proseso ng wet oxygen oxidation: Ang singaw ng tubig ay maaaring direktang dalhin sa oxygen, o maaari itong makuha sa pamamagitan ng reaksyon ng hydrogen at oxygen. Ang rate ng oksihenasyon ay maaaring baguhin sa pamamagitan ng pagsasaayos ng bahagyang pressure ratio ng hydrogen o singaw ng tubig sa oxygen.
Tandaan na upang matiyak ang kaligtasan, ang ratio ng hydrogen sa oxygen ay hindi dapat lumampas sa 1.88:1. Ang wet oxygen oxidation ay dahil sa pagkakaroon ng parehong oxygen at water vapor sa reaction gas, at ang water vapor ay mabubulok sa hydrogen oxide (H O) sa mataas na temperatura.
Ang diffusion rate ng hydrogen oxide sa silicon oxide ay mas mabilis kaysa sa oxygen, kaya ang wet oxygen oxidation rate ay halos isang order ng magnitude na mas mataas kaysa sa dry oxygen oxidation rate.
(3)Proseso ng oksihenasyon na doped ng klorin: Bilang karagdagan sa tradisyonal na dry oxygen oxidation at wet oxygen oxidation, ang chlorine gas, tulad ng hydrogen chloride (HCl), dichloroethylene DCE (C2H2Cl2) o mga derivatives nito, ay maaaring idagdag sa oxygen upang mapabuti ang rate ng oksihenasyon at kalidad ng layer ng oxide .
Ang pangunahing dahilan para sa pagtaas ng rate ng oksihenasyon ay kapag ang chlorine ay idinagdag para sa oksihenasyon, hindi lamang ang reactant ay naglalaman ng singaw ng tubig na maaaring mapabilis ang oksihenasyon, ngunit ang klorin ay naiipon din malapit sa interface sa pagitan ng Si at SiO2. Sa pagkakaroon ng oxygen, ang mga compound ng chlorosilicon ay madaling ma-convert sa silicon oxide, na maaaring mag-catalyze ng oksihenasyon.
Ang pangunahing dahilan para sa pagpapabuti ng kalidad ng layer ng oxide ay ang mga atomo ng klorin sa layer ng oksido ay maaaring linisin ang aktibidad ng mga sodium ions, sa gayon ay binabawasan ang mga depekto sa oksihenasyon na ipinakilala ng kontaminasyon ng sodium ion ng mga kagamitan at proseso ng mga hilaw na materyales. Samakatuwid, ang chlorine doping ay kasangkot sa karamihan ng mga dry oxygen na proseso ng oksihenasyon.
2.2 Proseso ng pagsasabog
Ang tradisyunal na pagsasabog ay tumutukoy sa paglipat ng mga sangkap mula sa mga lugar na may mas mataas na konsentrasyon patungo sa mga lugar na may mababang konsentrasyon hanggang sa sila ay pantay na ipinamahagi. Ang proseso ng pagsasabog ay sumusunod sa batas ni Fick. Ang pagsasabog ay maaaring mangyari sa pagitan ng dalawa o higit pang mga sangkap, at ang mga pagkakaiba sa konsentrasyon at temperatura sa pagitan ng iba't ibang mga lugar ay nagtutulak sa pamamahagi ng mga sangkap sa isang pare-parehong estado ng ekwilibriyo.
Ang isa sa mga pinakamahalagang katangian ng mga materyales ng semiconductor ay ang kanilang kondaktibiti ay maaaring iakma sa pamamagitan ng pagdaragdag ng iba't ibang uri o konsentrasyon ng mga dopant. Sa integrated circuit manufacturing, ang prosesong ito ay karaniwang nakakamit sa pamamagitan ng doping o diffusion na mga proseso.
Depende sa mga layunin ng disenyo, ang mga semiconductor na materyales tulad ng silicon, germanium o III-V compound ay maaaring makakuha ng dalawang magkaibang katangian ng semiconductor, N-type o P-type, sa pamamagitan ng doping na may mga donor impurities o acceptor impurities.
Ang semiconductor doping ay pangunahing isinasagawa sa pamamagitan ng dalawang pamamaraan: pagsasabog o pagtatanim ng ion, bawat isa ay may sariling mga katangian:
Ang diffusion doping ay mas mura, ngunit ang konsentrasyon at lalim ng doping material ay hindi maaaring tumpak na makontrol;
Habang ang ion implantation ay medyo mahal, ito ay nagbibigay-daan para sa tumpak na kontrol ng dopant concentration profiles.
Bago ang 1970s, ang laki ng feature ng integrated circuit graphics ay nasa order na 10μm, at ang tradisyonal na thermal diffusion na teknolohiya ay karaniwang ginagamit para sa doping.
Ang proseso ng pagsasabog ay pangunahing ginagamit upang baguhin ang mga materyales ng semiconductor. Sa pamamagitan ng diffusing iba't ibang mga sangkap sa semiconductor materyales, ang kanilang conductivity at iba pang mga pisikal na katangian ay maaaring mabago.
Halimbawa, sa pamamagitan ng pagsasabog ng trivalent na elemento ng boron sa silikon, isang P-type na semiconductor ay nabuo; sa pamamagitan ng doping pentavalent elements phosphorus o arsenic, nabuo ang isang N-type na semiconductor. Kapag ang isang P-type na semiconductor na may mas maraming butas ay nakipag-ugnayan sa isang N-type na semiconductor na may mas maraming electron, isang PN junction ay nabuo.
Habang lumiliit ang mga laki ng feature, ginagawang posible ng proseso ng isotropic diffusion na kumalat ang mga dopant sa kabilang panig ng layer ng shield oxide, na nagiging sanhi ng mga shorts sa pagitan ng mga katabing rehiyon.
Maliban sa ilang mga espesyal na gamit (tulad ng pangmatagalang pagsasabog upang bumuo ng pantay na ipinamahagi na mga lugar na lumalaban sa mataas na boltahe), ang proseso ng pagsasabog ay unti-unting napalitan ng ion implantation.
Gayunpaman, sa henerasyon ng teknolohiya na mas mababa sa 10nm, dahil ang laki ng Fin sa three-dimensional fin field-effect transistor (FinFET) na aparato ay napakaliit, ang ion implantation ay makakasira sa maliit na istraktura nito. Ang paggamit ng solid source diffusion process ay maaaring malutas ang problemang ito.
2.3 Proseso ng pagkasira
Ang proseso ng pagsusubo ay tinatawag ding thermal annealing. Ang proseso ay upang ilagay ang silicon wafer sa isang mataas na temperatura na kapaligiran para sa isang tiyak na tagal ng panahon upang baguhin ang microstructure sa ibabaw o sa loob ng silicon wafer upang makamit ang isang tiyak na layunin ng proseso.
Ang pinaka-kritikal na mga parameter sa proseso ng pagsusubo ay temperatura at oras. Kung mas mataas ang temperatura at mas mahaba ang oras, mas mataas ang thermal budget.
Sa aktwal na proseso ng pagmamanupaktura ng integrated circuit, ang thermal budget ay mahigpit na kinokontrol. Kung mayroong maraming mga proseso ng pagsusubo sa daloy ng proseso, ang thermal budget ay maaaring ipahayag bilang ang superposisyon ng maraming mga heat treatment.
Gayunpaman, sa miniaturization ng mga node ng proseso, ang pinahihintulutang thermal budget sa buong proseso ay nagiging mas maliit at mas maliit, iyon ay, ang temperatura ng mataas na temperatura na proseso ng thermal ay nagiging mas mababa at ang oras ay nagiging mas maikli.
Karaniwan, ang proseso ng pagsusubo ay pinagsama sa ion implantation, thin film deposition, metal silicide formation at iba pang mga proseso. Ang pinakakaraniwan ay thermal annealing pagkatapos ng ion implantation.
Ang pagtatanim ng ion ay makakaapekto sa mga atomo ng substrate, na magdudulot sa kanila na humiwalay sa orihinal na istraktura ng sala-sala at makapinsala sa substrate na sala-sala. Maaaring ayusin ng thermal annealing ang pinsala sa sala-sala na dulot ng pagtatanim ng ion at maaari ring ilipat ang mga nakatanim na atom ng impurity mula sa mga puwang ng sala-sala patungo sa mga site ng sala-sala, at sa gayon ay ma-activate ang mga ito.
Ang temperatura na kinakailangan para sa pagkumpuni ng pinsala sa sala-sala ay humigit-kumulang 500°C, at ang temperatura na kinakailangan para sa pag-activate ng karumihan ay humigit-kumulang 950°C. Sa teorya, mas mahaba ang oras ng pagsusubo at mas mataas ang temperatura, mas mataas ang rate ng pag-activate ng mga dumi, ngunit ang masyadong mataas na badyet ng thermal ay hahantong sa labis na pagsasabog ng mga dumi, na ginagawang hindi makontrol ang proseso at sa huli ay nagdudulot ng pagkasira ng pagganap ng aparato at circuit.
Samakatuwid, sa pag-unlad ng teknolohiya sa pagmamanupaktura, ang tradisyonal na pangmatagalang pagsusubo ng pugon ay unti-unting napalitan ng mabilis na thermal annealing (RTA).
Sa proseso ng pagmamanupaktura, ang ilang partikular na pelikula ay kailangang sumailalim sa proseso ng thermal annealing pagkatapos ng deposition upang baguhin ang ilang partikular na pisikal o kemikal na katangian ng pelikula. Halimbawa, ang isang maluwag na pelikula ay nagiging siksik, binabago ang tuyo o basa nitong rate ng pag-ukit;
Ang isa pang karaniwang ginagamit na proseso ng pagsusubo ay nangyayari sa panahon ng pagbuo ng metal silicide. Ang mga metal na pelikula tulad ng cobalt, nickel, titanium, atbp. ay bumubulusok sa ibabaw ng silicon wafer, at pagkatapos ng mabilis na thermal annealing sa medyo mababang temperatura, ang metal at silikon ay maaaring bumuo ng isang haluang metal.
Ang ilang mga metal ay bumubuo ng iba't ibang mga phase ng haluang metal sa ilalim ng iba't ibang mga kondisyon ng temperatura. Sa pangkalahatan, inaasahan na makabuo ng isang haluang bahagi na may mas mababang resistensya sa pakikipag-ugnay at resistensya ng katawan sa panahon ng proseso.
Ayon sa iba't ibang mga kinakailangan sa thermal budget, ang proseso ng pagsusubo ay nahahati sa mataas na temperatura ng furnace annealing at mabilis na thermal annealing.
- Mataas na temperatura furnace tube pagsusubo:
Ito ay isang tradisyonal na paraan ng pagsusubo na may mataas na temperatura, mahabang oras ng pagsusubo at mataas na badyet.
Sa ilang mga espesyal na proseso, tulad ng oxygen injection isolation technology para sa paghahanda ng SOI substrates at deep-well diffusion process, ito ay malawakang ginagamit. Ang mga ganitong proseso ay karaniwang nangangailangan ng mas mataas na thermal budget para makakuha ng perpektong sala-sala o pare-parehong pamamahagi ng karumihan.
- Mabilis na Thermal Annealing:
Ito ay ang proseso ng pagproseso ng mga silicon na wafer sa pamamagitan ng napakabilis na pag-init/paglamig at maikling tirahan sa target na temperatura, kung minsan ay tinatawag ding Rapid Thermal Processing (RTP).
Sa proseso ng pagbuo ng mga ultra-shallow junction, ang mabilis na thermal annealing ay nakakamit ng isang compromise optimization sa pagitan ng lattice defect repair, impurity activation, at minimization ng impurity diffusion, at ito ay kailangang-kailangan sa proseso ng pagmamanupaktura ng advanced technology node.
Ang proseso ng pagtaas/pagbagsak ng temperatura at ang maikling pananatili sa target na temperatura nang magkasama ay bumubuo ng thermal budget ng mabilis na thermal annealing.
Ang tradisyonal na mabilis na thermal annealing ay may temperatura na humigit-kumulang 1000°C at tumatagal ng ilang segundo. Sa mga nakalipas na taon, ang mga kinakailangan para sa mabilis na thermal annealing ay naging mas mahigpit, at ang flash annealing, spike annealing, at laser annealing ay unti-unting nabuo, na ang mga oras ng pagsusubo ay umaabot sa millisecond, at kahit na may posibilidad na umunlad sa microsecond at sub-microseconds.
3 . Tatlong kagamitan sa proseso ng pag-init
3.1 Mga kagamitan sa pagsasabog at oksihenasyon
Pangunahing ginagamit ng proseso ng pagsasabog ang prinsipyo ng thermal diffusion sa ilalim ng mataas na temperatura (karaniwan ay 900-1200 ℃) na mga kondisyon upang isama ang mga elemento ng karumihan sa silikon na substrate sa kinakailangang lalim upang mabigyan ito ng isang tiyak na pamamahagi ng konsentrasyon, upang mabago ang mga katangian ng kuryente ng materyal at bumuo ng istraktura ng aparatong semiconductor.
Sa teknolohiya ng integrated circuit ng silicon, ang proseso ng pagsasabog ay ginagamit upang gumawa ng mga PN junction o mga bahagi tulad ng mga resistors, capacitor, interconnect wiring, diodes at transistors sa integrated circuits, at ginagamit din para sa paghihiwalay sa pagitan ng mga bahagi.
Dahil sa kawalan ng kakayahang tumpak na kontrolin ang pamamahagi ng konsentrasyon ng doping, ang proseso ng pagsasabog ay unti-unting napalitan ng proseso ng doping ng pagtatanim ng ion sa paggawa ng mga integrated circuit na may diameter na wafer na 200 mm pataas, ngunit ang isang maliit na halaga ay ginagamit pa rin sa mabigat. mga proseso ng doping.
Ang mga tradisyunal na kagamitan sa pagsasabog ay pangunahing mga pahalang na diffusion furnace, at mayroon ding isang maliit na bilang ng mga vertical diffusion furnace.
Horizontal diffusion furnace:
Ito ay isang heat treatment equipment na malawakang ginagamit sa diffusion process ng integrated circuits na may wafer diameter na mas mababa sa 200mm. Ang mga katangian nito ay ang heating furnace body, reaction tube at quartz boat na nagdadala ng mga wafer ay inilalagay lahat nang pahalang, kaya mayroon itong mga katangian ng proseso ng magandang pagkakapareho sa pagitan ng mga manipis.
Ito ay hindi lamang isa sa mahalagang front-end na kagamitan sa integrated circuit production line, ngunit malawak ding ginagamit sa diffusion, oxidation, annealing, alloying at iba pang proseso sa mga industriya tulad ng discrete device, power electronic device, optoelectronic device at optical fibers .
Vertical diffusion furnace:
Karaniwang tumutukoy sa isang batch heat treatment equipment na ginagamit sa integrated circuit process para sa mga wafer na may diameter na 200mm at 300mm, na karaniwang kilala bilang vertical furnace.
Ang mga tampok na istruktura ng vertical diffusion furnace ay ang heating furnace body, reaction tube at quartz boat na nagdadala ng wafer ay inilalagay lahat patayo, at ang wafer ay inilalagay nang pahalang. Ito ay may mga katangian ng mahusay na pagkakapareho sa loob ng wafer, mataas na antas ng automation, at matatag na pagganap ng system, na maaaring matugunan ang mga pangangailangan ng malakihang integrated circuit production lines.
Ang vertical diffusion furnace ay isa sa mahalagang kagamitan sa semiconductor integrated circuit production line at karaniwang ginagamit din sa mga kaugnay na proseso sa larangan ng power electronic device (IGBT) at iba pa.
Naaangkop ang vertical diffusion furnace sa mga proseso ng oxidation gaya ng dry oxygen oxidation, hydrogen-oxygen synthesis oxidation, silicon oxynitride oxidation, at thin film growth na proseso gaya ng silicon dioxide, polysilicon, silicon nitride (Si3N4), at atomic layer deposition.
Ito ay karaniwang ginagamit din sa mataas na temperatura pagsusubo, tanso pagsusubo at alloying proseso. Sa mga tuntunin ng proseso ng pagsasabog, ang mga vertical diffusion furnace ay ginagamit din minsan sa mga mabibigat na proseso ng doping.
3.2 Mabilis na kagamitan sa pagsusubo
Ang Rapid Thermal Processing (RTP) equipment ay isang single-wafer heat treatment equipment na maaaring mabilis na itaas ang temperatura ng wafer sa temperatura na kinakailangan ng proseso (200-1300°C) at mabilis itong palamig. Ang rate ng pag-init/paglamig ay karaniwang 20-250°C/s.
Bilang karagdagan sa isang malawak na hanay ng mga mapagkukunan ng enerhiya at oras ng pagsusubo, ang kagamitan ng RTP ay mayroon ding iba pang mahusay na pagganap ng proseso, tulad ng mahusay na kontrol sa badyet ng thermal at mas mahusay na pagkakapareho sa ibabaw (lalo na para sa malalaking laki ng mga wafer), pag-aayos ng pinsala sa wafer na dulot ng pagtatanim ng ion, at maramihang mga silid ay maaaring magpatakbo ng iba't ibang mga hakbang sa proseso nang sabay-sabay.
Bilang karagdagan, ang kagamitan ng RTP ay maaaring flexible at mabilis na mag-convert at mag-adjust ng mga proseso ng gas, upang ang maramihang mga proseso ng paggamot sa init ay maaaring makumpleto sa parehong proseso ng paggamot sa init.
Ang kagamitan sa RTP ay kadalasang ginagamit sa mabilis na thermal annealing (RTA). Pagkatapos ng ion implantation, kailangan ng RTP equipment para ayusin ang pinsalang dulot ng ion implantation, i-activate ang doped protons at epektibong pigilan ang diffusion ng impurity.
Sa pangkalahatan, ang temperatura para sa pag-aayos ng mga depekto sa sala-sala ay humigit-kumulang 500°C, habang ang 950°C ay kinakailangan para sa pag-activate ng mga doped atoms. Ang pag-activate ng mga impurities ay nauugnay sa oras at temperatura. Kung mas mahaba ang oras at mas mataas ang temperatura, mas ganap na naisaaktibo ang mga impurities, ngunit hindi ito nakakatulong sa pagpigil sa pagsasabog ng mga impurities.
Dahil ang kagamitan ng RTP ay may mga katangian ng mabilis na pagtaas/pagbagsak ng temperatura at maikling tagal, ang proseso ng pagsusubo pagkatapos ng pagtatanim ng ion ay maaaring makamit ang pinakamainam na pagpili ng parameter sa pagsasaayos ng depekto ng sala-sala, pag-activate ng karumihan at pagsugpo sa diffusion ng karumihan.
Pangunahing nahahati ang RTA sa sumusunod na apat na kategorya:
(1)Spike Annealing
Ang katangian nito ay nakatutok ito sa mabilis na proseso ng pag-init/paglamig, ngunit karaniwang walang proseso ng pag-iingat ng init. Ang spike annealing ay nananatili sa mataas na temperatura point para sa isang napakaikling panahon, at ang pangunahing function nito ay upang i-activate ang mga elemento ng doping.
Sa aktwal na mga aplikasyon, ang wafer ay nagsisimulang uminit nang mabilis mula sa isang tiyak na stable na standby na temperatura at agad na lumalamig pagkatapos maabot ang target na punto ng temperatura.
Dahil ang oras ng pagpapanatili sa target na punto ng temperatura (ibig sabihin, ang pinakamataas na punto ng temperatura) ay napakaikli, ang proseso ng pagsusubo ay maaaring i-maximize ang antas ng pag-activate ng karumihan at mabawasan ang antas ng pagsasabog ng karumihan, habang may magandang depekto na mga katangian ng pag-aayos ng pagsusubo, na nagreresulta sa mas mataas kalidad ng bonding at mas mababang leakage current.
Ang spike annealing ay malawakang ginagamit sa mga ultra-mababaw na proseso ng junction pagkatapos ng 65nm. Pangunahing kasama sa mga parameter ng proseso ng spike annealing ang peak temperature, peak dwell time, temperature divergence at wafer resistance pagkatapos ng proseso.
Ang mas maikli ang peak residence time, mas mabuti. Ito ay higit sa lahat ay nakadepende sa heating/cooling rate ng temperature control system, ngunit ang napiling process gas atmosphere minsan ay may tiyak ding epekto dito.
Halimbawa, ang helium ay may maliit na atomic volume at mabilis na diffusion rate, na nakakatulong sa mabilis at pare-parehong paglipat ng init at maaaring mabawasan ang peak width o peak residence time. Samakatuwid, minsan pinipili ang helium upang tumulong sa pag-init at paglamig.
(2)Lamp Annealing
Ang teknolohiya ng pagsusubo ng lamp ay malawakang ginagamit. Ang mga halogen lamp ay karaniwang ginagamit bilang mabilis na pagsusubo ng mga pinagmumulan ng init. Ang kanilang mataas na mga rate ng pag-init/paglamig at tumpak na kontrol sa temperatura ay maaaring matugunan ang mga kinakailangan ng mga proseso ng pagmamanupaktura sa itaas ng 65nm.
Gayunpaman, hindi nito ganap na matutugunan ang mahigpit na mga kinakailangan ng 45nm na proseso (pagkatapos ng 45nm na proseso, kapag ang nickel-silicon contact ng logic LSI ay nangyari, ang wafer ay kailangang mabilis na pinainit mula 200°C hanggang higit sa 1000°C sa loob ng millisecond, kaya karaniwang kinakailangan ang laser annealing).
(3)Laser Annealing
Ang laser annealing ay ang proseso ng direktang paggamit ng laser upang mabilis na mapataas ang temperatura ng ibabaw ng wafer hanggang sa ito ay sapat na upang matunaw ang silikon na kristal, na ginagawa itong lubos na aktibo.
Ang mga bentahe ng laser annealing ay napakabilis na pag-init at sensitibong kontrol. Hindi ito nangangailangan ng pag-init ng filament at karaniwang walang mga problema sa lag ng temperatura at buhay ng filament.
Gayunpaman, mula sa isang teknikal na punto ng view, ang laser annealing ay may leakage current at residue defect na mga problema, na magkakaroon din ng tiyak na epekto sa performance ng device.
(4)Flash Annealing
Ang flash annealing ay isang teknolohiya sa pagsusubo na gumagamit ng high-intensity radiation upang magsagawa ng spike annealing sa mga wafer sa isang partikular na temperatura ng preheat.
Ang wafer ay preheated sa 600-800°C, at pagkatapos ay ang high-intensity radiation ay ginagamit para sa panandaliang pulse irradiation. Kapag ang pinakamataas na temperatura ng wafer ay umabot sa kinakailangang temperatura ng pagsusubo, agad na pinapatay ang radiation.
Ang kagamitan ng RTP ay lalong ginagamit sa advanced na pagmamanupaktura ng integrated circuit.
Bilang karagdagan sa malawakang paggamit sa mga proseso ng RTA, ang kagamitan ng RTP ay nagsimula na ring gamitin sa mabilis na thermal oxidation, mabilis na thermal nitridation, mabilis na thermal diffusion, mabilis na chemical vapor deposition, pati na rin ang pagbuo ng metal silicide at mga proseso ng epitaxial.
—————————————————————————————————————————————————— ——
Maaaring magbigay ang Semiceramga bahagi ng grapayt,malambot/matigas ang pakiramdam,mga bahagi ng silicon carbide,Mga bahagi ng CVD silicon carbide, atMga bahaging pinahiran ng SiC/TaCna may buong proseso ng semiconductor sa loob ng 30 araw.
Kung interesado ka sa mga produktong semiconductor sa itaas,mangyaring huwag mag-atubiling makipag-ugnay sa amin sa unang pagkakataon.
Tel: +86-13373889683
WhatsApp: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Oras ng post: Aug-27-2024