快速热处理半导体制造业

本文讨论的角色快速热处理(RTP)半导体制造过程。

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RTP是什么?

RTP是一个硅晶圆半导体制造技术在加热温度高于1000^oC使用激光或高强度灯几秒钟。在冷却的晶片,晶片温度降低以渐进的方式防止晶片破损和混乱由于热冲击。

RTP是更有效的比传统的炉退火产生优越的硅化物、氧化物和减少热预算/温度和时间的积分。RTP的其他优点包括较低的生产成本,便于过程开发,高吞吐量和过程一致性。

一个RTP系统通常用于高速计算过程中硅片制造半导体应用和计算设备。单一晶片加工生产最好的均匀性,特别是对于大型晶片大小。

RTP系统执行thermal-related制造步骤,如化学气相沉积、介电薄膜的形成和退火。退火是用来添加杂质半导体通过热活化扩散。

有效的RTP系统在半导体制造业的重要性

近似统一温度分布必须维护在晶片在退火过程的瞬态和稳态情况下获得统一在整个晶片电阻率和电导率。此外,必须实现均匀温度分布不同的操作条件,包括不同的气体,压力、加工温度。

RTP系统必须能够改变空间能量通量分布辐射到晶片来维持温度均匀性在不同处理条件下的必需品晶片温度均匀性变化的函数操作条件。

RTP系统与多个同心圆形环独立控制的灯,如斯坦福大学快速热多处理器(RTM),可以用来达到这个要求。

在斯坦福RTM,自动控制策略用于控制权力的三个灯区实现均匀温度对晶片在瞬态和稳态条件。控制策略采用多点传感器阅读提供实时温度分布测量。

在一篇发表在学报学报快速热和综合处理,研究人员提取采用基于RTP的低阶模型的半导体晶圆和实验验证模型在一个托压力和一系列操作温度从400年^oC - 900^oC在惰性氮气环境中。

研究者还开发了一个自动多变量控制器多点传感器和分段限时灯RTP系统和应用RTM。在实时多变量控制器中,前馈机制被用来预测温度瞬变和反馈机制是用来纠正错误的预测。

易于实现和识别预测应用于温度控制和实时信号处理的主要优点是低阶模型的详细模型。温度的非线性效应演示验证模型。

控制器是实现斜坡从20成功应用^oC - 900^oC在45^o用不到15 C /秒^oC不均匀性在坡道和小于1^o在维持在900 C平均不均匀性^oC五分钟。

控制器的性能是令人满意的一些挑战,包括系统非线性、传感器噪声、饱和执行器,缓慢的干扰,和大量的时间延迟。因此,研究结果表明,多变量自动控制器可以帮助实现晶片温度均匀性在不同处理条件下一个RTP系统。

在另一项研究发表在Mathematics-in-Industry案例研究杂志,研究人员派生的辐射传热模型,发生在一个轴对称RTP室使用形状因素的理论和使用模型来预测室材料和几何形状的影响在硅片温度均匀性。亚博网站下载

一系列数值试验进行预测的影响反射率和大小的莲蓬头,室高度,保护环在晶片上的温度均匀性。

结果显示晶片温度均匀性的改善在莲蓬头的半径相同或比外层保护环的半径。然而,室尺寸必须小于300毫米直径,以确保室下面的莲蓬头半径半径。

同样,晶片上的温度均匀性与增加保护环的半径增加,表明更大的有效性环实现均匀温度。然而,警卫环必须小于2.5厘米宽为实用目的更大的戒指需要更多的权力仍热,使过程昂贵。

较低的反射率在晶片温度均匀。然而,一些反射率是有用的最小化所需的功率的灯达到峰值温度。最好的温度均匀性是实现最小的室高度。

最优控制的快速热退火(RTA)用于制造超浅结所需的微电子设备。在发表的一项研究《过程控制,研究人员设计了一个道钉退火程序,可以通过约束优化结深度薄层电阻。

研究表明,最优等程序可以最小化瞬态增强扩散(TED),实现所需的薄层电阻组成的快速线性冷却和加热配置文件。

基于模型的最优控制直接计算最大的退火温度和避免了常用的启发式和试错的方法,减少了成本来确定最优退火程序和实验的数量。

观察从最坏的最优结深度分析表明需要改进现有的等控制器和计量控制实现错误降到最低。

RTP的局限性

RTP Nonthermal-equilibrium条件使得建模和预测困难,而绝对温度仍然未知。此外,均匀加热相比,RTP是极其关键的传统炉处理由于斜坡率高,导致压力。

最近的研究涉及RTP

在《华尔街日报》发表的一项研究先进功能材料亚博网站下载,研究人员展示了一种新方法制造kusachiite(而著名₂O₄)光电极与增强photo-electrochemical稳定和电荷分离。

三氧化二Dibismuth (Bi₂O₃顺序)和铜氧化物(错)层沉积在fluorine-doped氧化锡(FTO)基质使用脉冲激光沉积(骑士),其次是RTP 10分钟在650^oC获得高度结晶,phase-pure而著名₂O₄电影。

骑士和RTP方法使优秀的Bi:铜化学计量控制,导致合成而著名₂O₄光电极相比,具有优越的电子特性的光电极通过喷雾热解获得的。

合成裸而著名₂O₄光电极显示只有5 h后光电流降低26%,代表最高的这种材料稳定性报告直到现在。这些发现证明了RTP /骑士制造方法提供新的可能性制造highly-crystalline复杂金属氧化物光电极具有良好的电子属性在更高的温度。

总而言之,RTP在半导体制造已经成为不可或缺的,因为它满足生产和设备要求,和技术将有助于未来微电子技术的进步。

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引用和进一步阅读

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