Կիսահաղորդչային գործընթաց և սարքավորում (3/7) - Ջեռուցման գործընթաց և սարքավորում

1. Ընդհանուր ակնարկ

Ջեռուցումը, որը նաև հայտնի է որպես ջերմային մշակում, վերաբերում է արտադրական ընթացակարգերին, որոնք գործում են բարձր ջերմաստիճաններում, սովորաբար ավելի բարձր, քան ալյումինի հալման կետը:

Ջեռուցման գործընթացը սովորաբար իրականացվում է բարձր ջերմաստիճանի վառարանում և ներառում է հիմնական գործընթացներ, ինչպիսիք են օքսիդացումը, կեղտաջրերի տարածումը և կիսահաղորդիչների արտադրության մեջ բյուրեղային թերությունների վերանորոգման համար եռացումը:

Օքսիդացում. Սա գործընթաց է, որի ժամանակ սիլիցիումային վաֆլի տեղադրվում է օքսիդանտների մթնոլորտում, ինչպիսիք են թթվածինը կամ ջրի գոլորշին, բարձր ջերմաստիճանի ջերմային մշակման համար՝ առաջացնելով քիմիական ռեակցիա սիլիցիումային վաֆլի մակերեսի վրա՝ առաջացնելով օքսիդ թաղանթ:

Կեղտոտ դիֆուզիոն. վերաբերում է ջերմային դիֆուզիոն սկզբունքների կիրառմանը բարձր ջերմաստիճանի պայմաններում՝ սիլիցիումի ենթաշերտի մեջ կեղտոտ տարրեր ներմուծելու համար՝ ըստ գործընթացի պահանջների, որպեսզի այն ունենա կոնցենտրացիայի հատուկ բաշխում՝ դրանով իսկ փոխելով սիլիցիումի նյութի էլեկտրական հատկությունները:

Եռացումը վերաբերում է իոնային իմպլանտացիայից հետո սիլիցիումի վաֆլի տաքացման գործընթացին՝ իոնների իմպլանտացիայի հետևանքով առաջացած վանդակաճաղերի թերությունները վերականգնելու համար:

Գոյություն ունեն երեք հիմնական տեսակի սարքավորումներ, որոնք օգտագործվում են օքսիդացման / դիֆուզիոն / կռելու համար.

• Հորիզոնական վառարան;
• Ուղղահայաց վառարան;
• Արագ ջեռուցման վառարան. արագ ջերմամշակման սարքավորում

Ավանդական ջերմային մշակման գործընթացները հիմնականում օգտագործում են երկարաժամկետ բարձր ջերմաստիճանի բուժում՝ իոնների իմպլանտացիայի հետևանքով առաջացած վնասը վերացնելու համար, սակայն դրա թերությունները թերի թերի հեռացումն են և իմպլանտացված կեղտերի ակտիվացման ցածր արդյունավետությունը:

Բացի այդ, բարձր եռացման ջերմաստիճանի և երկարատև ժամանակի պատճառով, հնարավոր է, որ կեղտաջրերի վերաբաշխում տեղի ունենա, ինչը հանգեցնում է մեծ քանակությամբ կեղտերի ցրման և չբավարարելու մակերեսային հանգույցների և կեղտի նեղ բաշխման պահանջներին:

Իոնային իմպլանտացված վաֆլիների արագ ջերմային զտումը արագ ջերմային մշակման (RTP) սարքավորումների միջոցով ջերմամշակման մեթոդ է, որը շատ կարճ ժամանակում տաքացնում է ամբողջ վաֆլի որոշակի ջերմաստիճանը (ընդհանուր առմամբ 400-1300°C):

Համեմատած վառարանների ջեռուցման եռացման հետ, այն ունի ավելի քիչ ջերմային բյուջե, դոպինգի տարածքում աղտոտվածության շարժման ավելի փոքր տիրույթ, ավելի քիչ աղտոտվածություն և մշակման ավելի կարճ ժամանակ:

Ջերմային կռելու արագ գործընթացը կարող է օգտագործել էներգիայի մի շարք աղբյուրներ, իսկ եռացման ժամանակի տիրույթը շատ լայն է (100-ից մինչև 10-9 վրկ, օրինակ՝ լամպերի եռացումը, լազերային եռացումը և այլն): Այն կարող է ամբողջությամբ ակտիվացնել կեղտերը՝ միաժամանակ արդյունավետ կերպով ճնշելով կեղտի վերաբաշխումը: Ներկայումս այն լայնորեն օգտագործվում է 200 մմ-ից ավելի վաֆլի տրամագծով բարձրակարգ ինտեգրալ սխեմաների արտադրության գործընթացներում:

2. Երկրորդ ջեռուցման գործընթացը

2.1 Օքսիդացման գործընթաց

Ինտեգրալ սխեմաների արտադրության գործընթացում սիլիցիումի օքսիդի թաղանթների ձևավորման երկու եղանակ կա՝ ջերմային օքսիդացում և նստեցում:

Օքսիդացման գործընթացը վերաբերում է ջերմային օքսիդացման միջոցով սիլիցիումի վաֆլի մակերեսի վրա SiO2 ձևավորման գործընթացին: Ջերմային օքսիդացման արդյունքում ձևավորված SiO2 թաղանթը լայնորեն օգտագործվում է ինտեգրալ շղթայի արտադրության գործընթացում՝ շնորհիվ իր բարձր էլեկտրական մեկուսացման հատկությունների և գործընթացի իրագործելիության:

Դրա ամենակարևոր կիրառությունները հետևյալն են.

• Պաշտպանեք սարքերը քերծվածքներից և աղտոտումից;
• Լիցքավորված կրիչների դաշտային մեկուսացման սահմանափակում (մակերեսային պասիվացում);
• Դիէլեկտրիկ նյութեր դարպասի օքսիդի կամ պահեստային բջիջների կառուցվածքներում;
• Իմպլանտների դիմակավորում դոպինգում;
• Դիէլեկտրիկ շերտ մետաղական հաղորդիչ շերտերի միջև:

(1)Սարքի պաշտպանություն և մեկուսացում

Վաֆլի (սիլիկոնային վաֆլի) մակերեսին աճեցված SiO2-ը կարող է ծառայել որպես արդյունավետ խոչընդոտ շերտ՝ սիլիցիումի մեջ զգայուն սարքերը մեկուսացնելու և պաշտպանելու համար:

Քանի որ SiO2-ը կոշտ և ոչ ծակոտկեն (խիտ) նյութ է, այն կարող է օգտագործվել սիլիցիումի մակերեսի վրա ակտիվ սարքերը արդյունավետորեն մեկուսացնելու համար: Կոշտ SiO2 շերտը կպաշտպանի սիլիկոնային վաֆլի քերծվածքներից և վնասներից, որոնք կարող են առաջանալ արտադրության գործընթացում:

(2)Մակերեւութային պասիվացում

Մակերեւութային պասիվացում Ջերմային աճեցված SiO2-ի հիմնական առավելությունն այն է, որ այն կարող է նվազեցնել սիլիցիումի մակերևութային վիճակի խտությունը՝ սահմանափակելով նրա կախվող կապերը, որը հայտնի է որպես մակերեսային պասիվացում:

Այն կանխում է էլեկտրական դեգրադացիան և նվազեցնում է խոնավության, իոնների կամ այլ արտաքին աղտոտիչների հետևանքով առաջացած արտահոսքի հոսքի ուղին: Կոշտ SiO2 շերտը պաշտպանում է Si-ին քերծվածքներից և պրոցեսի վնասներից, որոնք կարող են առաջանալ հետարտադրության ընթացքում:

Si մակերևույթի վրա աճեցված SiO2 շերտը կարող է կապել Si մակերեսի էլեկտրական ակտիվ աղտոտիչները (շարժական իոնային աղտոտում): Պասիվացումը նույնպես կարևոր է միացման սարքերի արտահոսքի հոսանքը վերահսկելու և դարպասի կայուն օքսիդների աճի համար:

Որպես բարձրորակ պասիվացման շերտ, օքսիդային շերտը ունի որակի պահանջներ, ինչպիսիք են միատեսակ հաստությունը, առանց քորոցների և դատարկությունների:

Օքսիդային շերտը որպես Si մակերեսային պասիվացման շերտ օգտագործելու մեկ այլ գործոն օքսիդի շերտի հաստությունն է: Օքսիդային շերտը պետք է բավականաչափ հաստ լինի, որպեսզի մետաղական շերտը չլիցքավորվի սիլիցիումի մակերեսի վրա լիցքի կուտակման պատճառով, ինչը նման է սովորական կոնդենսատորների լիցքի պահպանման և քայքայման բնութագրերին:

SiO2-ն ունի նաև ջերմային ընդլայնման շատ նման գործակից Si-ին: Սիլիկոնային վաֆլիները մեծանում են բարձր ջերմաստիճանի պրոցեսների ժամանակ և կծկվում սառեցման ժամանակ:

SiO2-ն ընդլայնվում կամ կծկվում է Si-ին շատ մոտ արագությամբ, ինչը նվազագույնի է հասցնում ջերմային գործընթացի ընթացքում սիլիցիումի վաֆլի ծռվելը: Սա նաև խուսափում է օքսիդի թաղանթի բաժանումը սիլիցիումի մակերեսից թաղանթի սթրեսի պատճառով:

(3)Դարպասի օքսիդ դիէլեկտրիկ

MOS տեխնոլոգիայի մեջ ամենատարածված և կարևոր դարպասի օքսիդի կառուցվածքի համար որպես դիէլեկտրիկ նյութ օգտագործվում է չափազանց բարակ օքսիդային շերտ: Քանի որ դարպասի օքսիդի շերտը և դրա տակ գտնվող Si-ն ունեն բարձր որակի և կայունության բնութագրեր, դարպասի օքսիդի շերտը սովորաբար ստացվում է ջերմային աճով:

SiO2-ն ունի բարձր դիէլեկտրական ուժ (107V/մ) և բարձր դիմադրողականություն (մոտ 1017Ω·սմ):

MOS սարքերի հուսալիության բանալին դարպասի օքսիդի շերտի ամբողջականությունն է: MOS սարքերում դարպասի կառուցվածքը վերահսկում է հոսանքի հոսքը: Քանի որ այս օքսիդը հիմք է հանդիսանում դաշտային ազդեցության տեխնոլոգիայի վրա հիմնված միկրոչիպերի ֆունկցիայի համար,

Ուստի բարձր որակը, թաղանթի գերազանց հաստության միատեսակությունը և կեղտերի բացակայությունը նրա հիմնական պահանջներն են: Ցանկացած աղտոտում, որը կարող է խաթարել դարպասի օքսիդի կառուցվածքի գործառույթը, պետք է խստորեն վերահսկվի:

(4)Դոպինգային արգելք

SiO2-ը կարող է օգտագործվել որպես արդյունավետ դիմակավոր շերտ սիլիցիումի մակերեսի ընտրովի դոպինգի համար: Երբ սիլիցիումի մակերեսի վրա օքսիդ շերտ է ձևավորվում, դիմակի թափանցիկ մասում գտնվող SiO2-ը փորագրվում է՝ ձևավորելով պատուհան, որից դոպինգ նյութը կարող է մտնել սիլիկոնային վաֆլի մեջ:

Այնտեղ, որտեղ պատուհաններ չկան, օքսիդը կարող է պաշտպանել սիլիցիումի մակերեսը և կանխել կեղտերի տարածումը, այդպիսով հնարավորություն տալով ընտրովի կեղտերի իմպլանտացիա:

Դոպանտները դանդաղ են շարժվում SiO2-ում, համեմատած Si-ի հետ, ուստի միայն բարակ օքսիդի շերտ է անհրաժեշտ՝ թաղանթները արգելափակելու համար (նկատի ունեցեք, որ այս արագությունը կախված է ջերմաստիճանից):

Օքսիդային բարակ շերտը (օրինակ՝ 150 Å հաստությամբ) կարող է օգտագործվել նաև այն վայրերում, որտեղ իոնային իմպլանտացիա է պահանջվում, որը կարող է օգտագործվել սիլիցիումի մակերեսին հասցված վնասը նվազագույնի հասցնելու համար:

Այն նաև թույլ է տալիս ավելի լավ վերահսկել հանգույցի խորությունը կեղտաջրերի իմպլանտացիայի ժամանակ՝ նվազեցնելով ալիքային ազդեցությունը: Իմպլանտացիայից հետո օքսիդը կարող է ընտրովի հեռացվել ֆտորաթթվով, որպեսզի սիլիցիումի մակերեսը կրկին հարթ լինի:

(5)Դիէլեկտրիկ շերտ մետաղական շերտերի միջև

SiO2-ը նորմալ պայմաններում էլեկտրականություն չի փոխանցում, ուստի այն արդյունավետ մեկուսիչ է միկրոչիպերի մետաղական շերտերի միջև: SiO2-ը կարող է կանխել մետաղի վերին շերտի և ստորին մետաղի շերտի միջև կարճ միացումները, ինչպես որ մետաղալարի վրա մեկուսիչը կարող է կանխել կարճ միացումները:

Օքսիդի որակի պահանջն այն է, որ այն զերծ լինի անցքերից և դատարկություններից: Այն հաճախ դոպինգ է ստանում ավելի արդյունավետ հեղուկություն ստանալու համար, ինչը կարող է ավելի լավ նվազեցնել աղտոտման տարածումը: Այն սովորաբար ստացվում է քիմիական գոլորշիների նստվածքով, այլ ոչ թե ջերմային աճով:

Կախված ռեակցիայի գազից, օքսիդացման գործընթացը սովորաբար բաժանվում է.

• Չոր թթվածնի օքսիդացում՝ Si + O2→SiO2;
• Թաց թթվածնի օքսիդացում՝ 2H2O (ջրային գոլորշի) + Si→SiO2+2H2;
• Քլորի պարունակությամբ օքսիդացում. քլոր գազը, ինչպիսիք են ջրածնի քլորիդը (HCl), դիքլորէթիլեն DCE (C2H2Cl2) կամ դրա ածանցյալները, ավելացվում են թթվածնին՝ բարելավելու օքսիդացման արագությունը և օքսիդային շերտի որակը:

(1)Չոր թթվածնի օքսիդացման գործընթացըՌեակցիոն գազի թթվածնի մոլեկուլները ցրվում են արդեն ձևավորված օքսիդային շերտով, հասնում են SiO2-ի և Si-ի միջերեսին, արձագանքում Si-ի հետ և այնուհետև ձևավորում SiO2 շերտ։

Չոր թթվածնի օքսիդացումով պատրաստված SiO2-ն ունի խիտ կառուցվածք, միատեսակ հաստություն, ներարկման և դիֆուզիոն ուժեղ դիմակավորելու ունակություն և գործընթացի բարձր կրկնելիություն: Դրա թերությունն այն է, որ աճի տեմպերը դանդաղ են։

Այս մեթոդը սովորաբար օգտագործվում է բարձրորակ օքսիդացման համար, ինչպիսիք են դարպասային դիէլեկտրական օքսիդացումը, բարակ բուֆերային շերտի օքսիդացումը կամ օքսիդացում սկսելու և օքսիդացումն ավարտելու համար հաստ բուֆերային շերտի օքսիդացման ժամանակ:

(2)Թաց թթվածնի օքսիդացման գործընթացՋրի գոլորշին կարող է ուղղակիորեն տեղափոխվել թթվածնի մեջ, կամ այն ​​կարելի է ստանալ ջրածնի և թթվածնի ռեակցիայի միջոցով: Օքսիդացման արագությունը կարող է փոխվել՝ կարգավորելով ջրածնի կամ ջրի գոլորշու մասնակի ճնշման հարաբերակցությունը թթվածին:

Նշենք, որ անվտանգությունն ապահովելու համար ջրածնի և թթվածնի հարաբերակցությունը չպետք է գերազանցի 1,88:1-ը: Թաց թթվածնի օքսիդացումը պայմանավորված է ռեակցիայի գազում և՛ թթվածնի, և՛ ջրային գոլորշու առկայությամբ, և ջրի գոլորշին բարձր ջերմաստիճանում քայքայվում է ջրածնի օքսիդի (HO):

Սիլիցիումի օքսիդում ջրածնի օքսիդի դիֆուզիոն արագությունը շատ ավելի արագ է, քան թթվածինը, ուստի թաց թթվածնի օքսիդացման արագությունը մոտ մեկ կարգով բարձր է չոր թթվածնի օքսիդացման արագությունից:

(3)Քլորի պարունակությամբ օքսիդացման գործընթացԲացի ավանդական չոր թթվածնի օքսիդացումից և թաց թթվածնի օքսիդացումից, քլոր գազը, ինչպիսիք են ջրածնի քլորիդը (HCl), դիքլորէթիլեն DCE (C2H2Cl2) կամ դրա ածանցյալները, կարող են ավելացվել թթվածնին՝ օքսիդացման արագությունը և օքսիդային շերտի որակը բարելավելու համար։ .

Օքսիդացման արագության բարձրացման հիմնական պատճառն այն է, որ երբ քլորը ավելացվում է օքսիդացման համար, ռեակտիվը ոչ միայն պարունակում է ջրի գոլորշի, որը կարող է արագացնել օքսիդացումը, այլև քլորը կուտակվում է Si-ի և SiO2-ի միջերեսի մոտ: Թթվածնի առկայության դեպքում քլորսիիլիցիումի միացությունները հեշտությամբ վերածվում են սիլիցիումի օքսիդի, որը կարող է կատալիզացնել օքսիդացումը։

Օքսիդային շերտի որակի բարելավման հիմնական պատճառն այն է, որ օքսիդի շերտում քլորի ատոմները կարող են մաքրել նատրիումի իոնների ակտիվությունը՝ դրանով իսկ նվազեցնելով սարքավորումների և մշակման հումքի նատրիումի իոնների աղտոտման արդյունքում առաջացած օքսիդացման թերությունները: Հետևաբար, քլորի դոպինգը ներգրավված է չոր թթվածնի օքսիդացման գործընթացներում:

2.2 Դիֆուզիոն գործընթաց

Ավանդական դիֆուզիոն վերաբերում է նյութերի տեղափոխմանը ավելի բարձր կոնցենտրացիայի տարածքներից դեպի ավելի ցածր կոնցենտրացիայի տարածքներ, մինչև դրանք հավասարաչափ բաշխվեն: Դիֆուզիայի գործընթացը հետևում է Ֆիկի օրենքին: Դիֆուզիոն կարող է առաջանալ երկու կամ ավելի նյութերի միջև, և տարբեր տարածքների միջև կոնցենտրացիայի և ջերմաստիճանի տարբերությունները հանգեցնում են նյութերի բաշխմանը միատեսակ հավասարակշռության վիճակի:

Կիսահաղորդչային նյութերի ամենակարևոր հատկություններից մեկն այն է, որ դրանց հաղորդունակությունը կարող է կարգավորվել՝ ավելացնելով տարբեր տեսակի կամ կոնցենտրացիաների դոպաններ: Ինտեգրալ սխեմաների արտադրության մեջ այս գործընթացը սովորաբար իրականացվում է դոպինգի կամ դիֆուզիոն գործընթացների միջոցով:

Կախված նախագծման նպատակներից՝ կիսահաղորդչային նյութերը, ինչպիսիք են սիլիցիումը, գերմանիումը կամ III-V միացությունները, կարող են ձեռք բերել երկու տարբեր կիսահաղորդչային հատկություններ՝ N-տիպ կամ P-տիպ՝ դոնորային կեղտերով կամ ընդունող կեղտերով դոպինգով:

Կիսահաղորդչային դոպինգը հիմնականում իրականացվում է երկու եղանակով՝ դիֆուզիոն կամ իոնային իմպլանտացիա, որոնցից յուրաքանչյուրն ունի իր առանձնահատկությունները.

Դիֆուզիոն դոպինգն ավելի քիչ ծախսատար է, սակայն դոպինգի նյութի կոնցենտրացիան և խորությունը հնարավոր չէ ճշգրիտ վերահսկել.

Թեև իոնների իմպլանտացիան համեմատաբար թանկ է, այն թույլ է տալիս ճշգրիտ վերահսկել դոպանտների կոնցենտրացիայի պրոֆիլները:

Մինչև 1970-ական թվականները ինտեգրալային սխեմաների գրաֆիկայի առանձնահատկությունների չափը 10 մկմ էր, իսկ դոպինգի համար սովորաբար օգտագործվում էր ջերմային դիֆուզիոն ավանդական տեխնոլոգիա:

Դիֆուզիոն գործընթացը հիմնականում օգտագործվում է կիսահաղորդչային նյութերը փոփոխելու համար։ Տարբեր նյութերը կիսահաղորդչային նյութերի մեջ ցրելով՝ դրանց հաղորդունակությունը և այլ ֆիզիկական հատկությունները կարող են փոխվել։

Օրինակ՝ բորը եռավալենտ տարրը սիլիցիումի մեջ ցրելով՝ ձևավորվում է P տիպի կիսահաղորդիչ; հնգավալենտ տարրերի ֆոսֆորի կամ մկնդեղի դոպինգի միջոցով ձևավորվում է N տիպի կիսահաղորդիչ։ Երբ P տիպի կիսահաղորդիչը ավելի շատ անցքերով շփվում է N տիպի կիսահաղորդչի հետ ավելի շատ էլեկտրոններով, ձևավորվում է PN միացում:

Քանի որ առանձնահատկությունների չափերը փոքրանում են, իզոտրոպային դիֆուզիոն գործընթացը հնարավորություն է տալիս դոպանտներին ցրվել պաշտպանական օքսիդի շերտի մյուս կողմում՝ առաջացնելով շորտեր հարակից շրջանների միջև:

Բացառությամբ որոշ հատուկ կիրառությունների (օրինակ՝ երկարաժամկետ դիֆուզիոն՝ միատեսակ բաշխված բարձր լարման դիմացկուն տարածքներ ձևավորելու համար), դիֆուզիոն գործընթացը աստիճանաբար փոխարինվել է իոնային իմպլանտացիայով:

Այնուամենայնիվ, 10 նմ-ից ցածր տեխնոլոգիայի արտադրության դեպքում, քանի որ Fin-ի չափը դաշտային ազդեցության դաշտային տրանզիստորի (FinFET) սարքում շատ փոքր է, իոնային իմպլանտացիան կվնասի դրա փոքր կառուցվածքը: Կոշտ աղբյուրի դիֆուզիոն գործընթացի օգտագործումը կարող է լուծել այս խնդիրը:

2.3 Քայքայման գործընթաց

Կառուցման գործընթացը կոչվում է նաև ջերմային կռում: Գործընթացը կայանում է նրանում, որ սիլիցիումային վաֆլի տեղադրումը բարձր ջերմաստիճանի միջավայրում որոշակի ժամանակահատվածում փոխելու համար միկրոկառուցվածքը սիլիկոնային վաֆլի մակերեսի կամ ներսում՝ որոշակի գործընթացի նպատակին հասնելու համար:

Կառուցման գործընթացում ամենակարևոր պարամետրերն են ջերմաստիճանը և ժամանակը: Որքան բարձր է ջերմաստիճանը և որքան երկար է ժամանակը, այնքան բարձր է ջերմային բյուջեն:

Ինտեգրված շղթայի արտադրության իրական գործընթացում ջերմային բյուջեն խստորեն վերահսկվում է: Եթե ​​պրոցեսի հոսքում կան մի քանի եռացման գործընթացներ, ապա ջերմային բյուջեն կարող է արտահայտվել որպես բազմաթիվ ջերմային մշակումների սուպերպոզիցիա:

Այնուամենայնիվ, պրոցեսի հանգույցների մանրացման դեպքում ողջ գործընթացում թույլատրելի ջերմային բյուջեն դառնում է ավելի ու ավելի փոքր, այսինքն՝ բարձր ջերմաստիճան ջերմային պրոցեսի ջերմաստիճանը նվազում է, իսկ ժամանակը` կարճանում:

Սովորաբար, եռացման գործընթացը զուգակցվում է իոնների իմպլանտացիայի, բարակ թաղանթի նստվածքի, մետաղի սիլիցիդի ձևավորման և այլ գործընթացների հետ: Ամենատարածվածը իոնային իմպլանտացիայից հետո ջերմային եռացումն է:

Իոնների իմպլանտացիան կազդի ենթաշերտի ատոմների վրա՝ ստիպելով նրանց պոկվել սկզբնական ցանցի կառուցվածքից և վնասել ենթաշերտի վանդակը: Ջերմային կռումը կարող է վերականգնել իոնների իմպլանտացիայի հետևանքով առաջացած վանդակի վնասը և կարող է նաև տեղափոխել իմպլանտացված կեղտաջրերի ատոմները ցանցի բացերից դեպի ցանցի տեղամասեր՝ դրանով իսկ ակտիվացնելով դրանք:

Ցանցերի վնասը վերականգնելու համար պահանջվող ջերմաստիճանը մոտ 500°C է, իսկ կեղտերի ակտիվացման համար պահանջվող ջերմաստիճանը մոտ 950°C է: Տեսականորեն, որքան երկար է եռացման ժամանակը և որքան բարձր է ջերմաստիճանը, այնքան բարձր է կեղտերի ակտիվացման արագությունը, բայց չափազանց բարձր ջերմային բյուջեն կհանգեցնի կեղտերի չափից ավելի տարածմանը, ինչը կդարձնի գործընթացը անվերահսկելի և, ի վերջո, կհանգեցնի սարքի և շղթայի աշխատանքի վատթարացմանը:

Հետևաբար, արտադրության տեխնոլոգիայի զարգացման հետ մեկտեղ, ավանդական երկարաժամկետ վառարանների կռումը աստիճանաբար փոխարինվել է արագ ջերմային հալեցմամբ (RTA):

Արտադրական գործընթացում որոշ հատուկ թաղանթներ տեղադրվելուց հետո պետք է ենթարկվեն ջերմային եռացման գործընթացի՝ թաղանթի որոշակի ֆիզիկական կամ քիմիական հատկությունները փոխելու համար: Օրինակ, չամրացված թաղանթը դառնում է խիտ, փոխելով չոր կամ թաց փորագրման արագությունը.

Մեկ այլ սովորաբար օգտագործվող կռման գործընթաց տեղի է ունենում մետաղի սիլիցիդի ձևավորման ժամանակ: Մետաղական թաղանթները, ինչպիսիք են կոբալտը, նիկելը, տիտանը և այլն, ցրվում են սիլիցիումի վաֆլի մակերեսի վրա, և համեմատաբար ցածր ջերմաստիճանում արագ ջերմային հալվելուց հետո մետաղը և սիլիցիումը կարող են համաձուլվածք ձևավորել:

Որոշ մետաղներ տարբեր ջերմաստիճանային պայմաններում ձևավորում են խառնուրդի տարբեր փուլեր: Ընդհանուր առմամբ, ակնկալվում է, որ գործընթացի ընթացքում կձևավորվի խառնուրդի փուլ՝ ավելի ցածր շփման դիմադրությամբ և մարմնի դիմադրությամբ:

Ջերմային բյուջեի տարբեր պահանջների համաձայն՝ հալման գործընթացը բաժանվում է բարձր ջերմաստիճանի վառարանով կռելու և արագ ջերմային հալման:

• Բարձր ջերմաստիճանի վառարանի խողովակի եռացում:

Այն եռացման ավանդական մեթոդ է՝ բարձր ջերմաստիճանով, եռացման երկար ժամանակով և բարձր բյուջեով:

Որոշ հատուկ գործընթացներում, ինչպիսիք են թթվածնի ներարկման մեկուսացման տեխնոլոգիան SOI-ի ենթաշերտերի և խորքային հորերի դիֆուզիոն գործընթացների պատրաստման համար, այն լայնորեն կիրառվում է: Նման գործընթացները, ընդհանուր առմամբ, պահանջում են ավելի բարձր ջերմային բյուջե՝ կատարյալ վանդակաճաղ կամ անմաքրության միատեսակ բաշխում ստանալու համար:

• Արագ ջերմային կռում:

Դա սիլիկոնային վաֆլի մշակման գործընթացն է՝ չափազանց արագ տաքացմամբ/սառեցմամբ և նպատակային ջերմաստիճանում կարճ բնակությամբ, որը երբեմն նաև կոչվում է Արագ ջերմային մշակում (RTP):

Գերծանր հանգույցների ձևավորման գործընթացում արագ ջերմային կռումը փոխզիջումային օպտիմալացման է հասնում վանդակաճաղերի անսարքությունների վերանորոգման, կեղտաջրերի ակտիվացման և կեղտի տարածման նվազագույնի հասցնելու միջև և անփոխարինելի է առաջադեմ տեխնոլոգիական հանգույցների արտադրության գործընթացում:

Ջերմաստիճանի բարձրացման/անկման գործընթացը և թիրախային ջերմաստիճանում կարճ մնալը միասին կազմում են արագ ջերմային կռելու ջերմային բյուջեն:

Ավանդական արագ ջերմային կռումը ունի մոտ 1000°C ջերմաստիճան և տևում է վայրկյաններ: Վերջին տարիներին արագ ջերմային թրմման պահանջները գնալով ավելի են խստացել, և աստիճանաբար զարգացել են բուռն կռումը, ցայտաղբյուրը և լազերային եռացումը, ընդ որում եռացման ժամանակները հասնում են միլիվայրկյանների և նույնիսկ հակված են զարգանալու միկրովայրկյանների և ենթամիկրովայրկյանների:

3 . Երեք ջեռուցման գործընթացի սարքավորումներ

3.1 Դիֆուզիոն և օքսիդացման սարքավորումներ

Դիֆուզիոն պրոցեսը հիմնականում օգտագործում է ջերմային դիֆուզիայի սկզբունքը բարձր ջերմաստիճանի (սովորաբար 900-1200℃) պայմաններում՝ սիլիցիումի ենթաշերտի մեջ կեղտոտ տարրեր ներառելու համար պահանջվող խորության վրա՝ դրան հատուկ կոնցենտրացիայի բաշխում տալու համար, որպեսզի փոխվեն էլեկտրական հատկությունները: նյութը և ձևավորել կիսահաղորդչային սարքի կառուցվածք:

Սիլիկոնային ինտեգրալ սխեմաների տեխնոլոգիայում դիֆուզիոն գործընթացն օգտագործվում է PN հանգույցներ կամ բաղադրիչներ, ինչպիսիք են ռեզիստորները, կոնդենսատորները, փոխկապակցման լարերը, դիոդները և տրանզիստորները ինտեգրալ սխեմաներում, ինչպես նաև օգտագործվում է բաղադրիչների միջև մեկուսացման համար:

Դոպինգի կոնցենտրացիայի բաշխումը ճշգրիտ վերահսկելու անկարողության պատճառով դիֆուզիոն գործընթացը աստիճանաբար փոխարինվել է իոնային իմպլանտացիայի դոպինգ գործընթացով 200 մմ և ավելի վաֆլի տրամագծով ինտեգրալ սխեմաների արտադրության մեջ, սակայն փոքր քանակությունը դեռ օգտագործվում է ծանր վիճակում: դոպինգային գործընթացներ.

Ավանդական դիֆուզիոն սարքավորումները հիմնականում հորիզոնական դիֆուզիոն վառարաններ են, և կան նաև փոքր թվով ուղղահայաց դիֆուզիոն վառարաններ:

Հորիզոնական դիֆուզիոն վառարան:

Սա ջերմամշակման սարքավորում է, որը լայնորեն օգտագործվում է 200 մմ-ից պակաս վաֆլի տրամագծով ինտեգրալ սխեմաների դիֆուզիոն գործընթացում: Դրա բնութագրերն այն են, որ ջեռուցման վառարանի մարմինը, ռեակցիայի խողովակը և վաֆլիները կրող քվարցային նավը բոլորը տեղադրված են հորիզոնական, ուստի այն ունի վաֆլիների միջև լավ միատեսակության գործընթացի բնութագրեր:

Այն ոչ միայն ինտեգրալային միացումների արտադրության գծի կարևոր առջևի սարքավորումներից մեկն է, այլև լայնորեն օգտագործվում է դիֆուզիոն, օքսիդացում, կռում, համաձուլում և այլ գործընթացներում այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են դիսկրետ սարքերը, ուժային էլեկտրոնային սարքերը, օպտոէլեկտրոնային սարքերը և օպտիկական մանրաթելերը: .

Ուղղահայաց դիֆուզիոն վառարան:

Ընդհանուր առմամբ վերաբերում է խմբաքանակի ջերմամշակման սարքավորումներին, որոնք օգտագործվում են 200 մմ և 300 մմ տրամագծով վաֆլիների ինտեգրալ շղթայի գործընթացում, որը սովորաբար հայտնի է որպես ուղղահայաց վառարան:

Ուղղահայաց դիֆուզիոն վառարանի կառուցվածքային առանձնահատկություններն այն են, որ ջեռուցման վառարանի մարմինը, ռեակցիոն խողովակը և վաֆլի կրող քվարցային նավը բոլորը տեղադրված են ուղղահայաց, իսկ վաֆլը տեղադրված է հորիզոնական: Այն ունի վաֆլի ներսում լավ միատեսակության, ավտոմատացման բարձր աստիճանի և համակարգի կայուն աշխատանքի բնութագրեր, որոնք կարող են բավարարել լայնածավալ ինտեգրալ միացումների արտադրության գծերի կարիքները:

Ուղղահայաց դիֆուզիոն վառարանը կիսահաղորդչային ինտեգրալ սխեմաների արտադրության գծի կարևոր սարքավորումներից մեկն է և սովորաբար օգտագործվում է հարակից գործընթացներում էլեկտրաէներգիայի էլեկտրոնային սարքերի (IGBT) և այլնի ոլորտներում:

Ուղղահայաց դիֆուզիոն վառարանը կիրառելի է օքսիդացման գործընթացների համար, ինչպիսիք են չոր թթվածնի օքսիդացումը, ջրածնի-թթվածնի սինթեզի օքսիդացումը, սիլիցիումի օքսինիտրիդի օքսիդացումը և բարակ թաղանթի աճի գործընթացները, ինչպիսիք են սիլիցիումի երկօքսիդը, պոլիսիլիկոնը, սիլիցիումի նիտրիդը (Si3N4) և ատոմային շերտի քայքայումը:

Այն նաև սովորաբար օգտագործվում է բարձր ջերմաստիճանի հալման, պղնձի հալման և համաձուլման գործընթացներում: Դիֆուզիոն գործընթացի առումով ուղղահայաց դիֆուզիոն վառարանները երբեմն օգտագործվում են նաև ծանր դոպինգ պրոցեսներում:

3.2 Արագ կռելու սարքավորում

Արագ ջերմային մշակման (RTP) սարքավորումը մեկ վաֆլի ջերմամշակման սարքավորում է, որը կարող է արագ բարձրացնել վաֆլի ջերմաստիճանը մինչև գործընթացի համար պահանջվող ջերմաստիճանը (200-1300°C) և կարող է արագ սառեցնել այն: Ջեռուցման/սառեցման արագությունը սովորաբար կազմում է 20-250°C/վ:

Ի լրումն էներգիայի աղբյուրների լայն շրջանակի և եռացման ժամանակի, RTP սարքավորումն ունի նաև այլ գերազանց պրոցեսի կատարում, ինչպիսիք են գերազանց ջերմային բյուջեի վերահսկումը և մակերեսի ավելի լավ միատեսակությունը (հատկապես մեծ չափի վաֆլիների համար), վերականգնում է վաֆլի վնասը, որը առաջացել է իոնային իմպլանտացիայից և մի քանի խցիկները կարող են միաժամանակ իրականացնել գործընթացի տարբեր քայլեր:

Բացի այդ, RTP սարքավորումները կարող են ճկուն և արագ փոխակերպել և կարգավորել պրոցեսի գազերը, որպեսզի միևնույն ջերմային մշակման գործընթացում կարող են ավարտվել մի քանի ջերմային մշակման գործընթացներ:

RTP սարքավորումն առավել հաճախ օգտագործվում է արագ ջերմային կռելու ժամանակ (RTA): Իոնների իմպլանտացիայից հետո RTP սարքավորումն անհրաժեշտ է իոնների իմպլանտացիայի հետևանքով առաջացած վնասը վերականգնելու, դոպինգային պրոտոնները ակտիվացնելու և աղտոտվածության դիֆուզիան արդյունավետ արգելակելու համար:

Ընդհանուր առմամբ, ցանցի թերությունները վերականգնելու համար ջերմաստիճանը կազմում է մոտ 500°C, մինչդեռ 950°C պահանջվում է դոպինգային ատոմների ակտիվացման համար: Կեղտերի ակտիվացումը կապված է ժամանակի և ջերմաստիճանի հետ: Որքան երկար է ժամանակը և որքան բարձր է ջերմաստիճանը, այնքան ավելի լիարժեք են ակտիվանում կեղտերը, բայց դա նպաստավոր չէ կեղտերի տարածումը արգելակելու համար:

Քանի որ RTP սարքավորումն ունի ջերմաստիճանի արագ բարձրացման/անկման և կարճ տևողության բնութագրեր, իոնների իմպլանտացիայից հետո եռացման գործընթացը կարող է հասնել օպտիմալ պարամետրերի ընտրության ցանցի թերությունների վերանորոգման, կեղտի ակտիվացման և կեղտի դիֆուզիոն արգելակման միջև:

RTA-ն հիմնականում բաժանված է հետևյալ չորս կատեգորիաների:

(1)Spike Annealing

Դրա առանձնահատկությունն այն է, որ այն կենտրոնանում է արագ ջեռուցման/սառեցման գործընթացի վրա, բայց հիմնականում չունի ջերմության պահպանման գործընթաց: Սկավառակի կռումը բարձր ջերմաստիճանի կետում մնում է շատ կարճ ժամանակ, և նրա հիմնական գործառույթը դոպինգային տարրերի ակտիվացումն է։

Իրական կիրառման դեպքում վաֆլը սկսում է արագ տաքանալ որոշակի կայուն սպասման ջերմաստիճանի կետից և անմիջապես սառչում է թիրախային ջերմաստիճանի կետին հասնելուց հետո:

Քանի որ պահպանման ժամանակը թիրախային ջերմաստիճանի կետում (այսինքն՝ գագաթնակետային ջերմաստիճանի կետում) շատ կարճ է, կռման գործընթացը կարող է առավելագույնի հասցնել կեղտի ակտիվացման աստիճանը և նվազագույնի հասցնել կեղտի տարածման աստիճանը՝ միաժամանակ ունենալով թերության վերանորոգման լավ բնութագրեր, ինչը հանգեցնում է ավելի բարձր կապի որակը և արտահոսքի ցածր հոսանքը:

Spike եռացումը լայնորեն օգտագործվում է 65 նմ-ից հետո ծայրահեղ մակերեսային հանգույցների գործընթացներում: Կծկման եռացման գործընթացի պարամետրերը հիմնականում ներառում են գագաթնակետային ջերմաստիճանը, գագաթնակետին մնալու ժամանակը, ջերմաստիճանի դիվերգենցիան և վաֆլի դիմադրությունը գործընթացից հետո:

Որքան կարճ է պիկ բնակության ժամանակը, այնքան լավ: Դա հիմնականում կախված է ջերմաստիճանի վերահսկման համակարգի ջեռուցման/սառեցման արագությունից, սակայն ընտրված գործընթացի գազի մթնոլորտը երբեմն նույնպես որոշակի ազդեցություն ունի դրա վրա:

Օրինակ, հելիումն ունի փոքր ատոմային ծավալ և արագ դիֆուզիոն արագություն, ինչը նպաստում է արագ և միատեսակ ջերմության փոխանցմանը և կարող է նվազեցնել գագաթնակետի լայնությունը կամ գագաթնակետին մնալու ժամանակը: Հետևաբար, հելիումը երբեմն ընտրվում է ջեռուցման և հովացման համար:

(2)Լամպի կռում

Լամպի կռելու տեխնոլոգիան լայնորեն կիրառվում է։ Հալոգեն լամպերը սովորաբար օգտագործվում են որպես արագ եռացող ջերմության աղբյուրներ: Նրանց ջեռուցման/սառեցման բարձր արագությունները և ջերմաստիճանի ճշգրիտ վերահսկումը կարող են բավարարել 65 նմ-ից բարձր արտադրական գործընթացների պահանջները:

Այնուամենայնիվ, այն չի կարող լիովին բավարարել 45 նմ պրոցեսի խիստ պահանջները (45 նմ պրոցեսից հետո, երբ տեղի է ունենում տրամաբանական LSI-ի նիկել-սիլիկոնի շփումը, վաֆերը պետք է արագ տաքացվի 200°C-ից մինչև 1000°C-ից ավելի միլիվայրկյանների ընթացքում, այնպես որ, ընդհանուր առմամբ, պահանջվում է լազերային կռում):

(3)Լազերային կռում

Լազերային եռացումը լազերային ուղղակի կիրառման գործընթաց է՝ վաֆլի մակերեսի ջերմաստիճանը արագ բարձրացնելու համար, մինչև այն բավարար լինի հալեցնել սիլիցիումի բյուրեղը՝ դարձնելով այն բարձր ակտիվացնելով:

Լազերային եռացման առավելություններն են չափազանց արագ տաքացումը և զգայուն կառավարումը: Այն չի պահանջում թելերի ջեռուցում և հիմնականում խնդիրներ չկան ջերմաստիճանի հետաձգման և թելքի կյանքի հետ:

Այնուամենայնիվ, տեխնիկական տեսակետից լազերային եռացումը ունի արտահոսքի հոսանքի և մնացորդային թերության խնդիրներ, որոնք նույնպես որոշակի ազդեցություն կունենան սարքի աշխատանքի վրա:

(4)Flash Annealing

Ֆլեշ եռացումը եռացման տեխնոլոգիա է, որն օգտագործում է բարձր ինտենսիվ ճառագայթում վաֆլիների վրա ցայտային եռացում կատարելու համար նախատաքացման հատուկ ջերմաստիճանում:

Վաֆերը նախապես տաքացվում է մինչև 600-800°C, այնուհետև օգտագործվում է բարձր ինտենսիվ ճառագայթում կարճատև իմպուլսային ճառագայթման համար։ Երբ վաֆլի գագաթնակետային ջերմաստիճանը հասնում է անհրաժեշտ եռացման ջերմաստիճանին, ճառագայթումն անմիջապես անջատվում է:

RTP սարքավորումներն ավելի ու ավելի են օգտագործվում ինտեգրալ սխեմաների առաջադեմ արտադրության մեջ:

Բացի RTA գործընթացներում լայնորեն կիրառվելուց, RTP սարքավորումները սկսել են օգտագործվել նաև արագ ջերմային օքսիդացման, արագ ջերմային նիտրացման, արագ ջերմային դիֆուզիայի, արագ քիմիական գոլորշիների նստեցման, ինչպես նաև մետաղի սիլիցիդի առաջացման և էպիտաքսիալ գործընթացներում:

—————————————————————————————————————————————————————————————————— ——

Semicera-ն կարող է ապահովելգրաֆիտի մասեր,փափուկ/կոշտ զգացողություն,սիլիցիումի կարբիդի մասեր,CVD սիլիցիումի կարբիդի մասեր, ևSiC/TaC պատված մասերամբողջական կիսահաղորդչային պրոցեսով 30 օրում։

Եթե ​​դուք հետաքրքրված եք վերը նշված կիսահաղորդչային արտադրանքներով,խնդրում ենք մի հապաղեք կապվել մեզ հետ առաջին անգամ:

Հեռ՝ +86-13373889683

WhatsAPP՝ +86-15957878134

Email: sales01@semi-cera.com