快速热处理RTP
集成电路工艺原理 第二章 氧化
氧化杂质 特定的杂质，特别是氯化氢(HCl)中的氯， 若氧化环境中含有氯，它将影响氧化生长速率， 实践证明在有氯化氢的情况下，生长速率可提 高1%～5%。 多晶硅氧化 与单晶硅相比，多晶硅可以更快、更低或 相似，主要取决于多晶硅的生长方法，若用化 化 学气相淀积法生长多晶硅，则与淀积温度、淀 学气相淀积 积压力、掺杂的类型和浓度有关。
快速热氧化 高压 炉管反应炉 化学氧化 阳极氧化 电解槽
化学的
２.4 水平炉管反应炉 最早使用也一直延续至今。主要用在氧化、扩 散、热处理及各 装载区 源区 中央区 种淀积工艺中。 水平炉管反应炉 消声器 的截面图如下： 氧化 炉管 整个系统包含 反应室、 反应室、温度 控制系统、 控制系统、反 比例 控制器 应炉、 应炉、气体柜 清洗站、 、清洗站、装 平区 片站等 片站 温度
进入或落在硅片表面，在氧化过程中， 污染 物在表面形成新的氧化层，是污染物远离了电 子活性的硅表面。也就是说污 染物被禁锢在二氧化硅 膜中，从而减小了污染 物对器件的影响。 2.1.2 掺杂阻挡层 器件制造过程中的掺杂是定域（有选择的 区域）掺杂，那么不需要 掺杂的区域就必须进行 保护而不被掺杂。如图 所示。
第二章 氧 化
概述 硅表面SiO2的简单实现，是硅材料被广泛 应用的一个重要因素。本章中，将介绍SiO2的 生长工艺及用途、氧化反应的不同方法，其中 包括快速热氧化工艺。另外，还简单介绍本工 艺中最重要的部分---反应炉，因为它是氧化、 扩散、热处理及化学气相淀积反应的基本设备。 2.1 二氧化硅的性质、用途 二氧化硅的性质、 在半导体材料硅的所有优点当中，SiO2 的极 易生成是最大的有点之一。当硅表面暴露在氧 气当中时，就会形成SiO2。(有良好的化学稳定 性和电绝缘性,能对某些杂质起到掩蔽作用)
第三章氧化及热处理
25
2.1 2.1热氧化方法
1.干氧氧化： 1.干氧氧化：氧分子与硅直接反应生成二氧化硅 干氧氧化
Si （固态） + O（气态） → SiO （固态） 2 2
∆
温度：900-1200℃， 温度：900-1200℃，氧化速度慢 2.水汽氧化： 2.水汽氧化：高温下水汽与硅生成二氧化硅 水汽氧化
Si（固态） H 2O（气态） SiO2 + + 2 → （固态） 2H（气态）
18
Shallow Trench Isolation (STI)
STI
19
绝大多数晶园表面被覆盖了一层足够厚的氧化层来 绝大多数晶园表面被覆盖了一层足够厚的氧化层来 一层足够厚的氧化层 防止从金属层产生的感应，这时的SiO 称为场氧化 防止从金属层产生的感应 ， 这时的 SiO2 称为 场氧化 物。 如图所示。 如图所示。
28
无论是干氧或者湿氧工艺，二氧化硅的生长都要消 无论是干氧或者湿氧工艺， 耗硅，如图所示。硅消耗的厚度占氧化总厚度的0.44， 耗硅，如图所示。硅消耗的厚度占氧化总厚度的 ， 这就意味着每生长 每生长1µm的氧化物，就有 的氧化物， 这就意味着每生长 的氧化物 就有0.44µm的硅 的硅 消耗（ 湿氧化略有差别）。 消耗（干、湿氧化略有差别）。
17
4.电容介质 电容介质
二氧化硅介电常数大， 二氧化硅介电常数大，为3～4，击穿耐压教 ～ ， 高，电容温度系数小
5.器件隔离 器件隔离
集成电路的隔离有PN结隔离和介质隔离两种 结隔离和 两种,SiO2用于 集成电路的隔离有 结隔离 介质隔离两种 隔离 用于 介质隔离. 介质隔离 漏电流小,岛与岛之间的隔离电压大 岛与岛之间的隔离电压大,寄生电容小 漏电流小 岛与岛之间的隔离电压大 寄生电容小
半导体FAB常用单词
半导体FAB常用单词◎ A开头的单字◎1. Abort 取消操作2. Abnormal 异常3. Acetic Acid（CH3COOH）醋酸4. Acetone（CH3COCH3）丙酮5. Acid 酸6. Add 增加7. Adjust 调整8. Air Shower 洁净走道9. Alignment 对准10. Alloy 合金11. Aluminum（Al）铝12. Ammonia（NH4OH）氢氧化胺（俗称:氨水）13. Analysis 分析 m~H14. AR 氩气15. Automation 自动化◎ B开头的单字◎1. Bake 烘烤2. Bank 暂存3. Barcode 条形码4. Batch 整批5. BHLD 被工程师或客户Bank Hold短时间内不会Run的货6. Blue Tape 蓝膜7. Boat 石英晶舟8. Bottom 底部9. Breakdown Voltage 击穿电压10. Broken 破片；损坏11. Buffer 生产暂存区12. Buffer Chemical 缓冲液◎ C开头的单字◎1. Calibration 校正；调整2. Camera 照相机；摄影机3. Cancel 清除4. Candela（cd）烛光5. Cart 手推车6. Cassette 晶舟7. Certify 技能认证8. Chamber 反应室9. Charge 电荷10. Chipping 崩裂11. Chip Suction Pen 真空吸笔12. Chip Transfer - m(Machine) 翻转机13. Clean Bench 清洗台14. Clean Room 洁净室15. Cleaning 清洗 IF16. Cleaning Sequence 清洗程序17. Clear 清除18. Coat 涂布19. Coater 上光阻机台20. Coating 上光阻；涂布上整个表面21. Completed 结束；完成22. Confirm 确认23. Contact 接触24. Contamination 污染25. Control Wafer（C/W）控片26. Controller 控制器27. Cooling Water 冷却水28. Crucible，Pot 坩埚29. Curing 烘烤30. Customer 客户31. CVD(Chemical Vapor Deposition) 化学汽相沉积32. Cycle Time 生产周期◎ D开头的单字◎1. Daily Monitor 每日检测2. Data 资料；数据3. Date 日期4. Defect 缺点；缺陷5. Defocus 散焦；无法聚焦6. Del(Delete) 清除；删除7. Delay 延迟8. Department 部门9. Deposition（DEP）沉积10. Develop 显影11. Developer 显影器；显影液12. Die，Chip 晶粒（台）；芯片（陆）13. DI Water 去离子水14. Dicing 切割15. Down 当机16. Drain 泄出17. Dry Etching 干蚀刻18. Dry Pump 干式(无油封)的真空泵19. Dummy Wafer（D/W）挡片◎ E开头的单字◎1. E/R(Etching Rate) 蚀刻率2. Emergency Stop 紧急停止3. EMO 紧急停止按钮4. Endpoint 终点值5. Engineer 工程师6. Epi –wafer 磊晶片（台）；外延片（陆）7. Equipment 机台；设备8. Error Message 错误讯息9. Etching 蚀刻10. Evaporation 蒸镀11. Exhaust 抽出；抽风管；排(废)气12. Expanding Machine 扩张机13. Exposure 曝光；曝光量◎ F开头的单字◎1. FAC 厂务2. Facility 厂务水电气系统3. Film 薄膜4. Focus 聚焦；焦距5. Forward Current 顺向电流6. Forward Voltage（Vf）顺向电压7. FQC 最终检验员8. Furnace 炉管◎ G开头的单字◎1. Gallium（Ga）镓2. GOR(General Operation Rule) 厂区操作规则3. Group 群组◎ H开头的单字◎1. Handle 处理2. High Current 高电流3. Highlight 强调4. High Vacuum 高真空5. High Voltage 高电压6. History 歴史7. HMDS 界面活性剂8. Hold 扣留；暂停9. Hold Date 留置日期10. Hold Reason 留置原因11. Hold User 留置者12. Hot Run 很急件13. Hydrochloric Acid（HCL）盐酸14. Hydrofluoric Acid（HF）氢氟酸15. Hydrogen Peroxide（H2O2）双氧水◎ I开头的单字◎1. Idle 休息2. Initial 初始状态3. Inspection 检验4. IPA(Isopropyl Acetone) 异丙醇5. IPQC 制程检验员6. IQC 进料检验员7. Item 项目8. Iv Test Iv测试◎ J开头的单字◎1. Job 工作2. Job – Name 程序名称代号◎ K开头的单字◎1. Key Lock 功能键；指令键2. Keyboard 键盘◎ L开头的单字◎1. Leak 泄漏2. LHLD 被Hold住的货(Hold在上一站)3. Light Emitting Diode（LED）发光二极体4. Link 连结；线5. Lithography 微影6. Log 记录7. Lost 机台是清空的，无人操作机台或机台没在Run货8. Lot 批货9. Lot History Information 批货历史资料10. Lot -ID 批货编号11. Lot Information 批货信息12. Lot Note 批货批注13. Lot Note Information 批货批注信息14. Lot Owner 货主15. Lot Position 批货位置16. Lot Process Status 批货生产状态17. Lot Status 批货状态18. LPHL 被工程师Hold在当站，请依Lot Note Call工程师或执行Run Card19. Luminous Intensity（Iv）光的强度（单位:cd，mcd）◎ M开头的单字◎1. Maintain 维护2. Maintenance 维修；保护3. Manufacture 制造4. Mark 记号5. Mask 光罩6. Merge 合并7. Metal 金属8. Microscope 显微镜；实体显微镜9. Misalign 对偏10. Missing Lot 失踪批货11. Miss operation（MO）错误操作12. Multi 多重的◎ N开头的单字◎1. Native Oxide Layer 自然氧化层2. NHLD 因下一站机台正在Run货或无法Run货而设的Hold(Hold在下一站)3. Nitric Acid（NHO3）硝酸4. Nitride 氮化物5. Nitrogen（N）氮6. Normal Lot 普通货7. Notavailable 不可用的；无效的8. Notch 缺角9. Nozzle 喷嘴◎ O开头的单字◎1. OCAP (Out Of Control Action 异常状况处理计划Plan)2. Off-line 不与计算机联机；间接参与生产的人员3. OI(Operation Instruction) 操作准则4. On-line 与计算机联机；直接参与生产的人员5. Operation 操作6. Operation Cancel 操作中止；取消操作7. Operation Complete 操作完成8. Operation Number（OP.NO.）操作步骤编号9. Operation Procedure 操作流程10. Operation Start 操作开始11. Operation Start Cancel 取消＂操作开始＂12. OPI(Operator Interface) 操作接口13. Optical Aligner 光对准曝光机14. OQC 出货检验员15. Out Of Control（OOC）超出控制规格16. Out Of Spec（OOS）超出规格17. Outgassing 指附着于固体表面的气体因压力降低或热量而升华18. Oven 烤箱；炉子19. Over Etching 过度蚀刻20. Over Q-Time 超过限制时间21. Owner 负责人22. Oxide 氧化物◎ P开头的单字◎1. Parameter 参数2. Part Number 型号3. Particle 微粒子4. Passivation 护层5. Password 密码6. Pattern 图案7. Pattern Shift 图案偏移8. Peeling 剥皮；剥离9. Phosphorus（P）磷10. Phosphorus Acid（H3PO4）磷酸11. Photo 黄光12. Photolithographic Patterning 微影图案13. Photo Resist（PR）光阻；光阻液14. Photo Resist Stripper 去光阻液15. Physical Vapor Deposition(PVD) 物理汽相沉积16. Piece 片数；张数17. Plasma 电浆18. PM(Preventive Maintenance) 机台定期例行保养19. PN(Production Notice) 制造通报20. PN Junction PN结21. Post Exposure Bake 曝光后烘烤22. POD 晶片专用盒(Run货専用)23. Port 港口；舱门24. Press 压；按下25. Pressure 压力26. Priority 优先次序27. Probe 探针28. Probe Area 探索区29. Probe Card 探针卡30. Process 制程31. Product 产品32. Program 程序33. Pump Down 抽真空34. Pure Water 纯水35. Purge 清除36. Push 推动◎ Q开头的单字◎1. Q-Time 限制的时数2. Quality 品质3. Quaternary Compound 四元化合物；季化合物◎ R开头的单字◎1. Range 范围2. Rapid Thermal Processing(RTP) 快速高温处理3. Rate 速率4. Recipe 处方；程序5. Recipe ID 程序名称6. Reclaim 回收改造；外送研磨7. Record 记录8. Recover 排除；复原9. Recover Runcard 异常流程卡10. Recover Wafers 回收晶片11. Recycle 循环；再制造12. Reject 拒绝13. Release 释放；放行14. Reset 重新启动；重设15. Resistance 电阻16. Reticle 光罩17. Reverse Current（Ir）逆向电流18. Rework 重做；重工19. RHLD 机台Alarm造成货被Hold住20. Robot 机械手臂21. Rough Vacuuming 粗抽22. Route 路径；途程23. Route ID 程序编号24. RS 表面电阻25. RTA 快速热处理26. Rule 规则27. Run 执行28. Runcard（R/C）流程卡29. Rush 急件◎ S开头的单字◎1. Sapphire 蓝宝石2. Scan 扫描3. Scan Fail 扫描失效4. Scan Speed 扫描速度5. Scattering 散射6. Scrap 报废7. Scratch 刮伤8. Scrubber 刷洗器；清扫夫9. Search 搜寻10. SEMI 半自动11. Sensor 感应器12. Sequence 顺序13. Service 服务14. Set 设定15. Shift 位移；班别16. Shut Down 停机17. Sign 签名18. Signal 讯号19. Signal Tower 讯号灯20. Silicon（Si）矽(硅)21. Single 单一22. Size 尺寸；型23. Skill 技能24. Skip 跳过；跳站25. Slot ID 晶片摆放位置26. Slurry 研磨液27. Sodium Hydroxide（NaOH）氢氧化钠28. SOLID/Solid 固体29. Solvent 溶剂；缓和剂30. Sort 分类31. Sorter 排序机台32. SPC(Statistical Process Control) 统计制程管制33. Spec(Specification) 规格34. Spin Dryer 旋干机35. Split 分开；部份；分批36. Stage 站别；层次37. Status 状态38. Step 步骤39. Stress 应力40. Strip 去除41. Substrate 基板42. Sulferic Acid（H2SO4）硫酸43. Summary 摘要44. Super Hot Run（SH）超级急件45. Supervisor 督导者(课长)46. Supplier 供货商47. Supply 供给48. Support 支援49. Surface Contamination 表面污染50. Switch 按钮；开关51. System 系统◎ T开头的单字◎1. Tag 显示器2. Tank 槽3. Tape 胶带4. Target 目标5. TC(Thermal Couple) 热电偶(用以量测物体温度)6. TE(Technician) 技术员7. Technology 技术8. TECN(Temporary Engineer) 临时工程变更通知单(Change Notice)9. Telephone 电话10. Temp(Temperature) 温度11. Terminal 终端机12. Terminate 终止13. Ternary Compound 三元化合物14. Testing 测试部门15. Thallium（Tl）鉈16. Thermionic Filament 热电子灯丝17. Thin Film（T/F）薄膜18. Thin Film Deposition 薄膜沉积19. Thickness（THK）厚度20. Thickness Uniformity 厚度的均匀度21. Throttle 节流阀22. Throughput 生产速度23. Tilt 倾斜24. Timeout 时限已到25. Title 标题26. Tool ID 机台编号27. Tool Name 机台名称28. Tools 工具29. Track in/out 入/出帐30. Training 训练31. Transfer 晶片传送；翻转32. Transport 输送33. Tray 指High Current上放Cassette的基座(有三个)34. Trend 趋势35. Trolley 推车36. Trouble 麻烦；异常；问题37. Trouble Over 故障结束38. Tune 调机39. Tuning 调机中40. Turbo Pump 分子涡轮真空泵41. Turn Rate（T/R）晶片周转率42. Twist 晶片旋转角度43. Type 类型；型态◎ U开头的单字◎1. Ultrasonic Cleaner (Supersonic超音波清洗机cleaner)2. Underdeveloped 显影不良3. Under – Etching 蚀刻不足4. Uniformity（U%）均匀度5. Unit 单位6. Unload 收货7. Unlock 开关放松8. Update 更改9. Use 使用10. User ID 使用者编号11. User Name 使用者名称◎ V开头的单字◎1. Vacuum（VAC.）真空2. Vacuum Evaporator 真空蒸镀机3. Vacuum Gauge 真空压力计4. Vacuum Pump 真空泵5. Valve 阀6. Vapor 蒸气7. Vender(Vendor) 厂商8. Vent 泄漏9. Venting 破真空10. Verify 确认11. Vf Test Vf测试12. Vf Tester Vf测试机13. View Angle 视角；发光角度（单位:deg)14. Voltage（V）电压◎ W开头的单字◎1. Wafer 晶片（台）；外延片（陆）2. Wafer Actual Output 实际晶片产3. Wafer ID(#) 刻号(#)4. Wafer Out 晶片产出量5. Wafer Pcs(Pieces) 晶片片数6. Wafer Stage 晶片承载台7. Waste Chemicals Collection 废液回收箱8. WAT(Wafer Accept Test) 晶片接收侦测9. Water Mark 水痕10. Wet Etching 湿蚀刻11. Wet Etching System 湿蚀刻系统12. Wheel High Current上固定晶片旋转植入的轮盘13. White Tape 白膜14. Whole Dicing 全切15. Width 宽度16. WIP Lot List 在制品的批货清单◎ X开头的单字◎1. X-ray X射线◎ Y开头的单字◎1.Yield 良率◎ Z开头的单字◎1. Zero 零层2. Zoom(Zoom In/Zoom Out) 调整自由焦距镜头。
离子注入
微电子制造工艺概论第6章离子注入P1Ø非平衡Ø高能离子与原子核及其核外电子碰撞Ø损失能量，停下度。
=S e(E) =S n(E)值电子阻止起主要作用；不同离子对应的As,P,B在硅中核、电子阻止本领与能量关系计算值低能区中能区高能区可以计算浓度分布了。
，ΔR p：投影射程的标准偏差P1*******倾斜旋转硅片后的无序方向1.8Å衬底为单晶材料，当离子束准确的沿着晶格方向注入时，几乎不会受到原子核的碰撞，因此来自靶原子的阻止作用要注入深度大于，其纵向分布峰值与高斯沟道E d 0注入离子引起的晶格损伤有可能使晶。
注入损伤会使载流子迁移率下降，少结反向漏电流增大。
P21（自由低剂量情况电激活比例随着温度高剂量退火特性与温度变化分为以下），点缺陷无序，温度升高，间隙硼和硅原子与空位），点缺陷通过重新组合或结团，凝聚为位错环等中产生自P26实线为非晶层退火，虚线为损伤区还没有变为非晶层的退火；低剂量时，磷的退火与硼相似；高剂量时，形成的无定型层出现不同的退火机理。
对所有高剂量低剂量的注入，基本适合的退火温度仅，此时在单晶层上发生无定型的固相外延，此温度低于非发展趋势：尽可能地降低热处理温度和热处理时间以控制通过原子间的扩散进行的原子运动。
P38磁分析器离子源加速管聚焦扫描系统靶r dt qI A Q 1BF 3：B ++，B +，BF 2+，F +, BF +，BF ++B 10B 11P43G G技术制成的材料 ,厚度均匀，尤其适于制作超薄型。
半导体名词解释
1. 何谓PIE? PIE的主要工作是什幺?答：Process Integration Engineer(工艺整合工程师), 主要工作是整合各部门的资源, 对工艺持续进行改善, 确保产品的良率（yield）稳定良好。
2. 200mm，300mm Wafer 代表何意义?答：8吋硅片(wafer)直径为 200mm , 直径为 300mm硅片即12吋.3. 目前中芯国际现有的三个工厂采用多少mm的硅片(wafer)工艺？未来北京的Fab4(四厂)采用多少mm的wafer工艺？答：当前1~3厂为200mm(8英寸)的wafer, 工艺水平已达0.13um工艺。
未来北京厂工艺wafer将使用300mm(12英寸)。
4. 我们为何需要300mm?答：wafer size 变大，单一wafer 上的芯片数(chip)变多，单位成本降低200→300 面积增加2.25倍,芯片数目约增加2.5倍5. 所谓的0.13 um 的工艺能力(technology)代表的是什幺意义？答：是指工厂的工艺能力可以达到0.13 um的栅极线宽。
当栅极的线宽做的越小时，整个器件就可以变的越小，工作速度也越快。
6. 从0.35um->0.25um->0.18um->0.15um->0.13um 的technology改变又代表的是什幺意义？答：栅极线的宽（该尺寸的大小代表半导体工艺水平的高低）做的越小时，工艺的难度便相对提高。
从0.35um -> 0.25um -> 0.18um -> 0.15um -> 0.13um 代表着每一个阶段工艺能力的提升。
7. 一般的硅片(wafer)基材(substrate)可区分为N,P两种类型（type）,何谓 N, P-type wafer?答：N-type wafer 是指掺杂 negative元素(5价电荷元素，例如：P、As)的硅片, P-type 的wafer 是指掺杂 positive 元素(3价电荷元素, 例如：B、In)的硅片。
COMS 增层-氧化
N2
N2
） （净化气） （slm） 净化气）
工艺 气体 O2 0 0 0 0 2.5 0 0 0 0
HCL
（scc m） ）
注释
0 1 2 3 4 5 6 7 8 5 7.5 5 30 30 30 5
850 850 升温速率20 升温速率 ℃ /min 1000 1000 1000 降温速率5/min 降温速率 850 850
23
24
快速升温立式炉
与传统立式炉比较有几以下几个特点： 与传统立式炉比较有几以下几个特点： 1、先进的温控。 先进的温控。
升温/降温速率可达每分钟100℃/60℃。（传统 升温/降温速率可达每分钟100℃/60℃。（传统 100℃/60℃。（ 立式炉为每分钟10 ℃ ） 立式炉为每分钟10
2、小批量加工，50到100片/炉。 小批量加工，50到100片
1. 2. 3. 4.
占地面积小，节约空间。 占地面积小，节约空间。 单根工艺炉管。 单根工艺炉管。 装载硅片数目较少，100片 装载硅片数目较少，100片/炉。 自动化更容易。 自动化更容易。
22
扩散炉系统
扩散炉系统主要分为五个部分： 扩散炉系统主要分为五个部分：
1. 2. 3. 4. 5.
工艺腔 硅片传输系统 气体分配系统 尾气系统 温控系统
9
2、作为多层金属连接线之间的绝缘材料
绝缘材料被去除后的多层金属互连线
10
介质层
二氧化硅作为介质层最重要的就是栅氧介质层。 二氧化硅作为介质层最重要的就是栅氧介质层。栅氧介质 层的制作是MOS器件关键的技术。 MOS器件关键的技术 层的制作是MOS器件关键的技术。
厚度通常仅为1到6nm。 厚度通常仅为1 6nm。
晶格缺陷热处理和吸杂
外延层中的尖端，畸变和层错 chap.5
光刻胶中气泡和线条 chap.12 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 硅的晶格缺陷
1 真空吸笔‖ 真空吸笔‖理片机‖ 理片机‖倒片机‖ 倒片机‖金属片架‖ 金属片架‖取舟器石英舟/ 取舟器石英舟/取舟器‖ 取舟器‖外延石英钟罩‖ 外延石英钟罩‖定制工具‖ 定制工具‖净花及防静电用品
N I = N 0e
− E ai
KT
（2）
这里Eai是产生一个自间隙所需的激活能，对硅来说，大约为4.5ev。 另一种空位的形成方式是一个原子离开它的晶格点位置并移动到一个间隙位置（弗伦克尔缺 陷），如图。1Bc所示。这个过程产生了两个点缺陷（一个空位和一个自间隙），而肖特基缺陷 只有一个点缺陷（形成一个空位，离开这个空位的原子移动到表面，结果在晶格内只留下一个 点缺陷）。
Nv = N 0 e
− Eav
KT
（1）
－
这里N0是晶格点密度，单位为cm 3；Eav是产生一个肖特基缺陷所需要的激活能；K是玻尔 兹曼常数；T是温度（0K）。对硅来说，Eav大约为2.6ev。在室温（3000K）下，由此式可得空 位浓度约为每1034个原子中有1个，在10000K时，空位浓度增大到每1012个原子中有1个。因为 在硅片的处理过程中许多地方要用到高温条件，即便是再冷却到室温，高温时所形成的高的空 位浓度不一定能恢复到室温时的平衡值。在 3000K 时，平均每个空位 104秒才移动一次，而在 10000K时，每秒钟空位便会产生108次跳动，空位处在持续的移动，产生和复合的状态中。如果 一个高温的晶体被快速冷却（淬火），单位时间空位的移动数将绝对的减小，但高温时的空位 浓度缺仍旧保持，不会回到低温时的数值， 这时便不能用式（1）来计算晶体的实际空位浓度了。 自间隙的平衡浓度NI可以类似的给出：
半导体行业专业知识-wafer知识
PIE1. 何谓PIE? PIE的主要工作是什幺?答：Process Integration Engineer(工艺整合工程师), 主要工作是整合各部门的资源, 对工艺持续进行改善, 确保产品的良率（yield）稳定良好。
2. 200mm，300mm Wafer 代表何意义?答：8吋硅片(wafer)直径为 200mm , 直径为 300mm硅片即12吋.3. 目前中芯国际现有的三个工厂采用多少mm的硅片(wafer)工艺？未来北京的Fab4(四厂)采用多少mm的wafer 工艺？答：当前1~3厂为200mm(8英寸)的wafer, 工艺水平已达0.13um工艺。
未来北京厂工艺wafer将使用300mm(12英寸)。
4. 我们为何需要300mm?答：wafer size 变大，单一wafer 上的芯片数(chip)变多，单位成本降低200→300 面积增加2.25倍,芯片数目约增加2.5倍5. 所谓的0.13 um 的工艺能力(technology)代表的是什幺意义？答：是指工厂的工艺能力可以达到0.13 um的栅极线宽。
当栅极的线宽做的越小时，整个器件就可以变的越小，工作速度也越快。
6. 从0.35um->0.25um->0.18um->0.15um->0.13um 的technology改变又代表的是什幺意义？答：栅极线的宽（该尺寸的大小代表半导体工艺水平的高低）做的越小时，工艺的难度便相对提高。
从0.35um -> 0.25um -> 0.18um -> 0.15um -> 0.13um 代表着每一个阶段工艺能力的提升。
7. 一般的硅片(wafer)基材(substrate)可区分为N,P两种类型（type）,何谓 N, P-type wafer?答：N-type wafer 是指掺杂 negative元素(5价电荷元素，例如：P、As)的硅片, P-type 的wafer 是指掺杂positive 元素(3价电荷元素, 例如：B、In)的硅片。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 采用热壁工艺，容 易淀积杂质
• 而且热预算大无法 适应深亚微米工艺 的需要。
2020/3/3
传统炉管设备和RTP设备区别
快速热处理技术
灯光辐射型热源
• 目前，国际上常见的RTP设备基本上都是采 用灯光辐射性热源。采用特定波长（0.30.4um）辐射热源对晶片进行单片加热。
2020/3/3
快速热处理技术
离子注入的退火，杂质的快速热激活
•。
2020/3/3
N2气流中硅片RTA温度随时间变化示意图
快速热处理技术
介质的快速热加工
快速氧化层厚度在不同温度下随时间变化关系图
• 快速热氧化[8]（RTO）工艺可以在适当的高温下通过精确控制的气氛 来实现短时间生长薄氧层。
• 氧化层具有很好的击穿特性，电性能上耐用坚固。
➢ 离子注入的退火（RTA) ➢ 介质的快速热加工(RTO) ➢ 硅化物和接触的形成
2020/3/3
快速热处理技术
离子注入的退火，杂质的快速热激活
热退火前后晶格结构的变化示意图
• 离子注入会将原子撞出出晶格结构而造成晶格损伤，必须通过足够高 温度的热处理，才能具有电活性，并消除注入损伤。
• 快速热退火（RTA）用极快的升温和在目标温度短暂的持续时间对硅 片进行处理。
• 不均匀温度分布产生的晶片内的热塑性，对RTO均匀性不良的影响
2020/3/3
快速热处理技术
硅化物和接触的形成
• 快速热处理也经常被用于形成金属硅化物接触，其可以仔细控制硅化 物反应的温度和环境气氛，以尽量减少杂质污染，并促使硅化物的化 学配比和物相达到理想状态。
• 形成阻挡层金属也是RTP在SI技术中的一个应用。
and Fabrication)
快速热处理技术
RTP设备简介及其技术特点
➢ 传统的批式热处理技术和RTP设备区别 ➢ 灯光辐射型热源RTP系统 ➢ 高频石墨感应加热型RTP设备
2020/3/3
快速热处理技术
高温炉管设备和RTP设备区别
传统热处理设备
• 热传导和热对流原 理使硅片和整个炉 管周围环境达到热 平衡
• 源、漏区浅PN结工艺
– 低温工艺 （减少粒子杂质扩散）
• 低温工艺问题：温度低，注入的粒子杂质电激活效果差，晶格损伤修复能力 差，过剩杂质形成有效的产生/复合中心，PN结漏电。
– 保持温度下缩短高温处理时间
• 传统高温炉管设备 • 高温炉缓慢升降温，否则硅片因温度梯度翘曲变形 • 热预算大，杂质再分布
• 在石英腔体内放置石墨加热板， 在石英腔体外部缠绕线圈。通过 向线圈施加高频变化的电压激发 产生高频电磁场，位于高频交变 电磁场的石墨板感应发热作为热 源，由此对腔体内的硅片进行热 处理
• 面加热、制造和维护成本低
RHT系列半导体快速热处理 北京：清华大学微电子学研究所，1995
2020/3/3
快速热处理技术
• RTP工艺RTP工艺技术提出了更高的要求
– 更低的热预算 – 更好的温度均匀控制 – 更宽的温度控制范围
• 超浅结USJ（Ultra shallow junction）工艺
– 高温尖峰退火（Spike Anneal）技术：具有目前最大的杂质活化程度和最小的扩散 程度以及很好的缺陷退火修复特性，形成的接合质量较高、漏电流较低。
高频石墨感应加热型RTP设备
2020/3/3
高频石墨感应加热RTP设备示意图 北京：清华大学微电子学研究所，1995
快速热处理技术
RTP设备和技术的关键问题
➢加热光源和反应腔的设计 ➢硅片的热不均匀问题和改进措施 ➢温度测量问题 ➢逻/3
快速热处理技术
加热光源和反应腔的设计
• 随着物体温度的降低，物体发射的辐射强度会按指数下降。由于低温 时晶片不能发射足够能量，因此采用高温计测量和控制温度比较困难
2020/3/3
快速热处理技术
逻辑产品低温、均匀控制问题
Applied Materials VantageVulcan RTP设备
（ Applied Materials, Inc.）
• RTP还可以在GaAs工艺中用于接触的形成，淀积一层金锗混合物并 进行热退火，可以在N型GaAs材料上形成低阻的欧姆接触
2020/3/3
快速热处理技术
总结和展望
• 随着工艺特性和速度要求的不断提高、复杂微细结构的引进，热处理 工艺正面临来自高k和其它材料、超浅接合、应变硅、SOI，以及不断 微缩生产更高效率和更加复杂的器件所带来的挑战。
报告提纲
➢ 1、引言和课题背景 ➢ 2、 RTP设备简介及其技术特点 ➢ 3、 RTP设备和技术的关键问题 ➢ 4、 RTP技术和处理工艺的应用 ➢ 5、 总结和展望
2020/3/3
快速热处理技术
引言和课题背景
• 随着集成电路制造工艺技术的不断进步，器件特征尺寸逐 步地缩小。
• 深亚微米阶段，等比例缩小器件结构对工艺提出更加严格 要求；
• 冷壁工艺
– 硅片选择性吸收辐射热源的辐射能量，辐射热源 不对反应腔壁加热，减少硅片的玷污
• 采用RTP技术升温速度快（20~250℃/秒） ，并能快速冷却。
• 不同于高温炉管首先对晶片边缘进行加热， RTP系统中，热源直接面对晶片表面
– 处理大直径晶片时不会影响工艺的均匀性和升、 降温速度
– 系统还有晶片旋转功能，使得热处理具有更好的 均匀性
处理系统都采用等温型设计。
• 实际硅片的升温速度取决于以下因素
– 硅片本身的吸热效率 – 加热灯管辐射的波长及强度 – RTP反应腔壁的反射率 – 辐射光源的反射和折射率
2020/3/3
快速热处理技术
高频石墨感应加热型RTP设备
• 该设备的关键技术是采用高频感 应石墨加热上对半导体圆片进行 热处理，而非灯光辐射加热方式
– 它能和其他工艺步骤集成到一个多腔集成设备中，灵活性
• 温度测量和控制通过高温计完成
2020/3/3
快速热处理技术
灯光辐射型热源
• 根据加热类型，快速热处理工艺分为绝热型、热流型和等 温型。
– 绝热型工艺采用宽束相干光快速脉冲 – 热流型工艺采用高强度点光源对晶片进行整片扫描 – 等温型采用非相干光进行辐射加热。现在几乎所有的商用快速热
2020/3/3
快速热处理技术
温度测量与控制系统框图
低温、均匀控制问题
• 对于深亚微米阶段的先进器件，特别是逻辑产品，将会采用NiSi等相 关技术制造。
– Ni的工艺处理温度比钴低，一般仅为200℃左右 – 由于晶体管的更小尺寸，对温度变化的更加敏感，以及很多逻辑芯片的
更大体积，使得整片芯片要获得均匀性变得越来越难，这已逐渐成为20 纳米世代（28纳米及以下）芯片制造的主要挑战
2020/3/3
快速热处理技术
Applied Materials公司
vantage_vulcan_rtp设备 （ Applied Materials, Inc.）
灯光辐射型热源
RTP设备中灯管辐射热源（ Applied Materials, Inc.）
• RTP还可以有效控制工艺气体。
• RTP可以在一个程式中完成复杂的多阶段热处理工艺
Applied Materials公司
Vantage-RadiancePlus-RTP设备
（ Applied Materials, Inc.）
2020/3/3
快速热处理技术
引言
2020/3/3
RTP设备 （图片来源：USTC Center for Mirco- and Nanoscale Research
• 加热灯源
– 钨-卤灯：发光功率小，但工作条件较为简单（普通的交流线电压） – 惰性气体长弧放电灯：发光功率大，但需要工作在稳压直流电源之下，且需要水
冷装置
• 改变反应腔的几何形状可以优化能量收集效率，使得硅片获得并维持 均匀温度
– 早期的RTP设备多采用反射腔设计。腔壁的漫反射使得光路随机化，从而使辐射 在整个硅片上均匀分布
硅片背部加热示意图 （ Applied Materials, Inc.）
•2011年应用材料公司推出Applied Vantage® Vulcan™快速热处理系统，硅片背部加热 •温度波动范围则从以往的9°C降低到了3°C，温度范围达到了75-1300°C
2020/3/3
快速热处理技术
RTP技术和处理工艺的应用
2020/3/3
快速热处理技术
引言
• 快速热处理
– RTP工艺是一类单片热处理工艺，其目 的是通过缩短热处理时间和温度或只缩 短热处理时间来获得最小的工艺热预算。
– 应用：最早用于粒子注入后热退火，扩 展到氧化金属硅化物的形成和快速热化 学气相沉积和外延生长等更宽泛的领域 。
• RTP已逐渐成为先进半导体制造必不 可少的一项工艺。
• 热电堆是RTP设备中最常见的电热 测温计，其工作原理是塞贝克效应 ，即加热后的金属结会产生电压， 且与温差成正比。
• 光学高温计的工作原理是对某一波
长范围内的辐射能量进行测量，然
后用stefan-boltzman关系式（黑体
的总放射能力与它本身的绝对温度
的四次方成正比，即 ETb=σT4）将
能量值转为辐射源的温度
2020/3/3
加热光源和反射腔的设计
快速热处理技术
加热光源和反应腔的设计
加热卤钨素灯管
2020/3/3
应用材料公司反应腔体结构示意图
快速热处理技术
硅片的热不均匀问题和改进措施
• 热不均匀因素
• 圆片边缘接收的辐射量比 中心小
• 圆片边缘的损失比中心大
• 冷却效果方面，气流对边 缘的冷却效果比中心好