Giới thiệu tóm tắt về ủ nhiệt nhanh

Ủ nhiệt nhanh (viết tắt là RTA hoặc RTP) là công nghệ xử lý nhiệt nhanh trong sản xuất chất bán dẫn. Nguyên tắc cốt lõi của nó là làm nóng nhanh bề mặt tấm bán dẫn bằng nguồn nhiệt bức xạ cường độ cao (chẳng hạn như đèn halogen, tia laser, đèn flash, v.v.), làm nóng tấm bán dẫn đến nhiệt độ cao mục tiêu trong thời gian cực ngắn (giây hoặc mili giây), sau đó là quá trình làm mát nhanh chóng.

Các loại quy trình ủ chính

Được thúc đẩy bởi nhu cầu về thời lượng ủ ngày càng ngắn hơn trong các nút sản xuất tiên tiến, một danh mục đầy đủ các công nghệ ủ đã được phát triển, với thời gian xử lý được giảm dần theo tuần tự từ giây xuống mili giây và xa hơn nữa là micro giây.

1. Ngâm ủ nhiệt nhanh

Quy trình RTA truyền thống với thời gian lưu giữ từ 1 ~ 30 giây ở nhiệt độ cao nhất.

2. Ủ nhiệt nhanh chóng

Tấm wafer đạt nhiệt độ cao nhất (~1050°C) với thời gian dừng dưới giây không đáng kể trước khi làm mát ngay lập tức; quá trình chủ đạo để hình thành mối nối siêu nông.

3. Ủ đèn flash

Đèn flash cực mạnh ở quy mô mili giây từ đèn hồ quang chỉ làm nóng tức thời bề mặt tấm bán dẫn trong khi vẫn giữ cho bề mặt khối lớn luôn mát.

4.Laser ủ tăng đột biến

Chùm tia laser quét cung cấp nhiệt cục bộ từ micro giây đến mili giây giới hạn ở lớp silicon trên cùng. Nó mang lại lượng nhiệt thấp nhất, hiệu suất kích hoạt dopant cao nhất và các mối nối nông nhất có thể.

---

Tại sao cần phải ủ nhiệt nhanh sau khi cấy ion?

Cấy ion là một quá trình bắn phá mạnh mẽ dựa vào các ion năng lượng cao để tấn công các tấm silicon để hoàn thiện quá trình pha tạp, điều này sẽ gây ra hư hỏng nghiêm trọng cho tấm bán dẫn và dẫn đến hai khiếm khuyết nghiêm trọng chỉ có thể được giải quyết thông qua quá trình ủ.

1. Dopants chiếm vị trí mạng tinh thể không thích hợp

Để các nguyên tử tạp chất (Boron, Photpho, Asen) tạo ra các hạt mang điện tự do (lỗ trống hoặc electron), chúng phải chiếm các vị trí mạng thay thế, thay thế các nguyên tử silicon tự nhiên. Tuy nhiên, ngay sau khi cấy ghép, hầu hết các chất dẫn xuất bị mắc kẹt ở các vị trí kẽ. Các chất tạp chất kẽ này không hoạt động về mặt điện và không thể đóng góp bất kỳ chất mang nào vào sự dẫn điện. Quá trình ủ cung cấp năng lượng nhiệt để thúc đẩy các chất pha tạp xen kẽ di chuyển đến các vị trí thay thế, do đó đạt được “sự kích hoạt chất pha tạp” thực sự và biến chúng thành chất cho hoặc chất nhận chức năng. Tốc độ kích hoạt dopant chi phối trực tiếp điện trở của tấm của lớp pha tạp.

2. Cấu trúc lưới bị hư hỏng nặng

Việc cấy ion liều cao sẽ phá vỡ mạng tinh thể có trật tự trên bề mặt wafer và thậm chí có thể dẫn đến sự vô định hình: silicon đơn tinh thể được căn chỉnh tốt ban đầu biến thành lớp silicon vô định hình giống như thủy tinh bị rối loạn. Quá trình ủ cho phép lớp silicon vô định hình này được phát triển trở lại thành một tinh thể duy nhất bằng cách sử dụng silicon bên dưới nguyên vẹn làm mẫu. Quá trình này được gọi là tái kết tinh epiticular pha rắn (SPER).

Tại sao quá trình ủ phải “nhanh chóng”?

Nếu việc xử lý ở nhiệt độ cao là bắt buộc, tại sao không sử dụng lò nung thông thường để gia nhiệt kéo dài thay vì xử lý ủ nhiệt nhanh? Nguyên nhân là do nhiệt độ cao không chỉ kích hoạt tạp chất mà còn khiến chúng khuếch tán vào bên trong, khiến mối nối sâu hơn. Các thiết bị bán dẫn tiên tiến yêu cầu các điểm nối siêu nông (USJ), điểm nối càng nông thì càng tốt.

Khoảng cách khuếch tán Dopant được xác định bởi quỹ nhiệt, được xác định theo công thức:

Độ dài khuếch tán ≈ √(D · t), D ∝ exp(−Eₐ/kT)

D = hệ số khuếch tán tạp chất (tăng theo cấp số nhân theo nhiệt độ)

t = thời gian dừng ở nhiệt độ cao

Nhiệt độ cao hơn và thời gian dừng nhiệt dài hơn đều dẫn đến các mối nối sâu hơn, tạo ra sự cân bằng cơ bản: cần có nhiệt độ đủ cao để kích hoạt hoàn toàn chất pha tạp, tuy nhiên cần có thời gian gia nhiệt tối thiểu để ngăn chặn sự đào sâu của mối nối.

Giải pháp khả thi duy nhất là tăng nhanh đến nhiệt độ cao nhất, sau đó làm mát ngay lập tức, hạn chế tiếp xúc với nhiệt độ cao trong thời gian cực ngắn. Đây là lợi thế cốt lõi của quá trình ủ nhiệt nhanh so với xử lý nhiệt bằng lò thông thường: chu kỳ nhiệt độ ở quy mô thứ hai hoặc thậm chí là mili giây giúp giảm thiểu tổng lượng nhiệt.

Semicorex cung cấp chất lượng caoChất mang wafer RTP/RTAdựa trên nhu cầu của khách hàng. Nếu bạn có bất kỳ thắc mắc hoặc cần thêm chi tiết, xin vui lòng liên hệ với chúng tôi.

Số điện thoại liên hệ +86-13567891907

Email: sales@semicorex.com