第六章快速熱處理

第六章快速熱處理第一頁，共十四頁，2022年，8月28日熱退火第二頁，共十四頁，2022年，8月28日離子注入第三頁，共十四頁，2022年，8月28日標(biāo)準(zhǔn)的爐管工藝無法縮短熱處理時間。因?yàn)樵跔t管中硅片是從邊緣向中心加熱的，為避免過大的溫度梯度而造成硅片翹曲變形，必須緩慢地升溫和降溫?？焖贌崽幚硐到y(tǒng)通常都是單片式的?？焖贌崽幚砉に嚪譃榻^熱型、熱流型和等溫型，采用脈沖激光、連續(xù)激光、脈沖電子束與離子束、紅外光、寬帶非相干光源（如鹵鎢燈和高頻加熱）等對硅片表面進(jìn)行加熱，能在瞬時內(nèi)加熱到極高的溫度?，F(xiàn)在幾乎所有的商用快速熱處理系統(tǒng)都采用等溫型設(shè)計。

6.1快速熱處理系統(tǒng)第四頁，共十四頁，2022年，8月28日RTPSystem第五頁，共十四頁，2022年，8月28日RTPTemperatureChange第六頁，共十四頁，2022年，8月28日TemperatureofRTP&Furnace第七頁，共十四頁，2022年，8月28日在等溫型快速熱處理系統(tǒng)中，硅片放在反應(yīng)腔內(nèi)的石英支架上，用一組高強(qiáng)度光源來加熱硅片。高強(qiáng)度光源采用鹵鎢燈或惰性氣體長弧放電燈等。一個快速熱處理系統(tǒng)常常需要

15

到

30

支鹵鎢燈。

6.2高強(qiáng)度光源和反應(yīng)腔設(shè)計鹵鎢燈由密封的石英燈管和燈管中的螺旋形鎢燈絲組成，燈管內(nèi)充有

PNBr2

等鹵化氣體。鎢從加熱的燈絲中揮發(fā)出來，淀積到石英管壁上。當(dāng)石英管壁加熱時，鹵化氣體與管壁上的鎢發(fā)生反應(yīng)生成可揮發(fā)的鹵化鎢，鹵化鎢擴(kuò)散到比管壁熱得多的燈絲上發(fā)生分解，再重新把鎢淀積到燈絲上。這種反饋機(jī)制避免了鎢在管壁上的過度淀積。第八頁，共十四頁，2022年，8月28日RTPChamber第九頁，共十四頁，2022年，8月28日SchematicofRTPChamber第十頁，共十四頁，2022年，8月28日快速熱處理工藝的主要問題之一是

溫度的均勻性問題，所以反應(yīng)腔的設(shè)計應(yīng)圍繞著怎樣使硅片獲得并維持均勻的溫度。多數(shù)反應(yīng)腔包含漫反射的反射面，以使輻射在整個硅片上均勻分布。有多種因素使硅片邊緣的溫度低于硅片中心。解決方法是將燈泡分為一組組可以獨(dú)立控制的加熱區(qū)。這種設(shè)計還可以得到在某種情況下所希望的不均勻溫度分布。第十一頁，共十四頁，2022年，8月28日LampArray第十二頁，共十四頁，2022年，8月28日

6.6介質(zhì)的快速熱加工深亞微米器件需要制作極薄的

SiO2層。可以通過降低氧化溫度來降低氧化速率，但是在較低的氧化溫度下，固定電荷和界面態(tài)密度都會增加。分壓氧化也能得到高質(zhì)量的薄氧化層，但存在雜質(zhì)的再分布問題。因此，快速熱氧化（RTO）工藝成為一種有吸引力的替代方案，因?yàn)樗梢栽谶m當(dāng)?shù)母邷叵峦ㄟ^短時間氧化來減薄氧化層厚度。所有的快速熱氧化都是干氧工藝。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明氧化層厚度隨時間線性增加，1150℃時的氧化速率約為

0.3

nm/s?？焖贌嵫趸L的氧化層的擊穿特性良好，但因溫度不均勻而影響了氧化速率的均勻性。第十三頁，共十四頁，2022年，8月28日對于快速熱氧化，難以建立一個與實(shí)際情況符合得很好的氧化速率模型。原因是

1、快速熱氧化屬于初始階段的氧化；

2、快速熱氧化的氧化溫度難以精確測量，所測溫度的誤差有時高達(dá)

50℃；

3、光子輻照可增加氧化速率。O2分子在光子輻照下分解為

O-

離子，O-

離子在空間電場中的漂移會加快其向

Si