第6章-快速热处理(电子科大mems课件)

第6章快速热处理,快速热处理最初的开发是用于离子注入后的退火，现在已扩展到氧化、化学汽相淀积、外延、硅化物生长等。,集成电路制造工艺的某些工序需要高温，如扩散、氧化、离子注入后的退火、薄膜淀积等。但是高温会使已经进入硅片的杂质发生不希望的再分布，对小尺寸器件的影响特别严重。减小杂质再分布的方法是快速热处理，即在极短的时间内使硅片表面加热到极高的温度，从而在较短的时间（103102s）内完成热处理。,热退火,离子注入,标准的炉管工艺无法缩短热处理时间。因为在炉管中硅片是从边缘向中心加热的，为避免过大的温度梯度而造成硅片翘曲变形，必须缓慢地升温和降温。,快速热处理系统通常都是单片式的。快速热处理工艺分为绝热型、热流型和等温型，采用脉冲激光、连续激光、脉冲电子束与离子束、红外光、宽带非相干光源（如卤钨灯和高频加热）等对硅片表面进行加热，能在瞬时内加热到极高的温度。现在几乎所有的商用快速热处理系统都采用等温型设计。,6.1快速热处理系统,RTPSystem,RTPTemperatureChange,TemperatureofRTP&Furnace,在等温型快速热处理系统中，硅片放在反应腔内的石英支架上，用一组高强度光源来加热硅片。高强度光源采用卤钨灯或惰性气体长弧放电灯等。一个快速热处理系统常常需要15到30支卤钨灯。,6.2高强度光源和反应腔设计,卤钨灯由密封的石英灯管和灯管中的螺旋形钨灯丝组成，灯管内充有PNBr2等卤化气体。钨从加热的灯丝中挥发出来，淀积到石英管壁上。当石英管壁加热时，卤化气体与管壁上的钨发生反应生成可挥发的卤化钨，卤化钨扩散到比管壁热得多的灯丝上发生分解，再重新把钨淀积到灯丝上。这种反馈机制避免了钨在管壁上的过度淀积。,RTPChamber,SchematicofRTPChamber,快速热处理工艺的主要问题之一是温度的均匀性问题，所以反应腔的设计应围绕着怎样使硅片获得并维持均匀的温度。多数反应腔包含漫反射的反射面，以使辐射在整个硅片上均匀分布。有多种因素使硅片边缘的温度低于硅片中心。解决方法是将灯泡分为一组组可以独立控制的加热区。这种设计还可以得到在某种情况下所希望的不均匀温度分布。,LampArray,6.6介质的快速热加工,深亚微米器件需要制作极薄的SiO2层。可以通过降低氧化温度来降低氧化速率，但是在较低的氧化温度下，固定电荷和界面态密度都会增加。分压氧化也能得到高质量的薄氧化层，但存在杂质的再分布问题。因此，快速热氧化（RTO）工艺成为一种有吸引力的替代方案，因为它可以在适当的高温下通过短时间氧化来减薄氧化层厚度。,所有的快速热氧化都是干氧工艺。实验结果表明氧化层厚度随时间线性增加，1150时的氧化速率约为0.3nm/s。快速热氧化生长的氧化层的击穿特性良好，但因温度不均匀而影响了氧化速率的均匀性。,对于快速热氧化，难以建立一个与实际情况符合得很好的氧化速率模型。原因是,1、快速热氧化属于初始阶段的氧化；,2、快速热氧化的氧化温度难以精确测量，所测温度的误差有时高达50；,3、光子辐照可增加氧化速率。O2分子在光子辐照下分解为O-离子，O-离