【快速退火炉】聊聊常见的晶圆退火工艺

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在半导体制造中,退火工艺占据了一席重要的位置。作为一项精确且复杂的热处理技术,退火不仅有利于优化材料的微观结构和物理性能,也对芯片的整体性能和可靠性起着决定性作用。从修复晶格缺陷到推动杂质的分布,从增强材料稳定性到改进电性能,退火工艺无处不在。【快速退火炉

什么叫晶圆退火工艺?【晶圆测温系统

晶圆退火工艺是一类热处理过程,通过把晶圆加热至一定温度,且在这个温度下保持一段时间,再以受控的速度冷却,以达到改善材料的微观结构和性能的效果。

温度设定:退火温度的挑选通常与材料的特性有关。温度务必足够高,便于容许原子重新排列,但是又不能过高,以防造成不可逆的损伤。

保温时间:在符合退火温度后,往往会在该温度下保持一段时间,容许材料中原子移动和重新排列。这有助于消除晶格缺陷、添加晶粒大小等。

冷却过程:退火过程的冷却阶段也非常关键。冷却速率可以影响最后的晶体结构和性能。有的时候,慢速冷却有助于维持所需要的结构;但在其它情形下,快速冷却很有可能更为理想,这要根据具体的情形来设定。快速退火炉

晶圆测温系统

晶圆退火工艺的类型?

炉管退火:

晶圆放置在一个特制的封闭的长管形炉膛内。这个炉膛一般由耐高温的材料如石英制成。管炉的周围包裹着电阻丝,能通过电阻加热将炉膛加热,精准测量和控制炉膛内的温度,保证温度分布均匀以达到所需要的退火温度。

快速热退火(RapidThermalAnnealing,RTA):

与传统的管炉退火相比,RTA以迅速升温和冷却的能力而闻名。RTA通过使用强大的光源,如卤素灯等,将光聚焦在晶圆上,立即将晶圆加热至所需温度,这个阶段很有可能只需几秒到几十秒的时间。晶圆在其需温度下维持保温短暂的时间,又迅速冷却到室温。

快速退火炉

激光退火:快速退火炉

激光退火是采用集中的激光束将材料局部加热至极高温度。特定波长和功率的激光束经过透镜聚焦并扫描在目标表面,进行局部瞬间加热。根据需求,调节目标区域保持在高温下的时长,以后目标区域迅速冷却至室

离子束退火:

 

离子束退火是一类应用高能离子束加热晶圆表层的技术。离子束退火先将离子加速到所需的能量水平,然后将离子束聚焦并扫描至样品表面,根据离子与原子的相互作用将能量传递给材料,达到加热。

几类退火方式的区别?

炉管退火:

速度:加热和冷却速度相对较慢。

均匀性:温度分布较均匀。

成本:设备及操作比较便宜。

快速热退火:

速度:加热和冷却速度快。

均匀性:可能要精确的调节来确保温度均匀。

成本:中等范围的投入成本。

激光退火:

速度:非常快的局部加热。

均匀性:局部化加热,对位置和强度的控制非常精确。快速退火炉

成本:设备也许较价格昂贵。

离子束退火:

速度:可以通过离子能量和束流密度精准控制加热速度。

均匀性:会涉及精确的束聚焦和扫描调节。

 

成本:设备及操作可能相对价格昂贵。

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