引言

在半導(dǎo)體熱處理應(yīng)用中，批處理在工業(yè)的早期階段被采用，并且仍然非常流行。我們研究了直徑為200毫米和300毫米的硅(100)晶片在單晶片爐中高溫快速熱處理過(guò)程中的熱行為，該熱行為是溫度、壓力、處理時(shí)間、晶片處理方法和速度的函數(shù)。在晶片溫度上升期間觀察到顯著的彈性晶片形狀變形。在1050℃以上處理的晶片中經(jīng)常觀察到滑移的產(chǎn)生。使用光學(xué)顯微鏡和x光形貌來(lái)表征在RTP期間產(chǎn)生的晶體缺陷的尺寸、形狀和空間分布。發(fā)現(xiàn)在給定的工藝條件下，晶片處理方法和速度對(duì)于減少RTP期間的缺陷產(chǎn)生非常重要。通過(guò)優(yōu)化晶片處理方法和速度，在1100℃下處理的200毫米和300毫米直徑的硅(100)晶片中獲得了高度可再現(xiàn)的、無(wú)滑動(dòng)的實(shí)時(shí)處理結(jié)果。

結(jié)果和討論

300毫米直徑硅片的快速熱處理：

圖1中繪制了SWF系統(tǒng)在1000℃退火180s時(shí)，直徑200mm和300mm的硅晶片的晶片溫度分布圖。由于直徑300mm的晶圓比直徑200mm的晶圓具有更高的熱容量，因此在直徑300mm的硅晶片中，晶圓處理速度對(duì)晶圓溫度均勻性的影響較小。與直徑為200毫米的晶圓相比，直徑為300毫米的晶圓的大熱容量擴(kuò)大了晶圓的處理速度邊際。

圖1直徑為200mm和300mm的晶片在760托空氣下于1000℃退火180秒的溫度曲線

在1100℃下，直徑300mm的硅晶片的功耗略小于3kW。該系統(tǒng)的能源效率遠(yuǎn)高于基于燈的RTP系統(tǒng)。因此，利用SWF系統(tǒng)對(duì)直徑300毫米硅片的RTA作為一種非常有前途的替代RTA方法。如果需要嚴(yán)格的重力和熱應(yīng)力管理，在晶片采集之前進(jìn)行輕微的晶片冷卻將顯著有助于防止直徑300mm的硅晶片產(chǎn)生滑移（塑性變形）。隨著晶圓溫度的降低，晶圓的機(jī)械強(qiáng)度顯著增加。在拾取晶圓之前，通過(guò)降低晶圓的溫度，可以大大降低熱應(yīng)力和沖擊。通過(guò)在端效應(yīng)器結(jié)構(gòu)中引入隔熱機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)工藝室中晶圓拾起之前的晶片冷卻。

總結(jié)

本文探討了在單晶圓爐(SWF)中直徑200mm和300S（100）晶片m圓在高溫快速熱處理(RTP)過(guò)程中的熱行為作為溫度、壓力、工藝時(shí)間、晶圓處理方法和速度的函數(shù)。在晶圓溫度升高的過(guò)程中，可以觀察到明顯的晶圓形狀變形。當(dāng)工藝參數(shù)沒(méi)有得到優(yōu)化時(shí)，在1050℃以上處理的晶片中經(jīng)常觀察到滑動(dòng)的產(chǎn)生。利用光學(xué)顯微鏡和x射線形貌對(duì)RTP過(guò)程中產(chǎn)生的晶體缺陷的尺寸、形狀和空間分布進(jìn)行了表征。在給定的工藝條件下，晶片處理方法（末端效應(yīng)器形狀和接觸面積）和速度在減少缺陷產(chǎn)生方面非常重要。在優(yōu)化晶片處理方法和速度后，在1100C下處理直徑200mm和300mm的Si（100）晶片中獲得了高可重復(fù)的無(wú)滑RTP結(jié)果。

SWF系統(tǒng)在RTP應(yīng)用中非常有前景，如：屏障金屬退火、硅化、氧化、薄膜形成、玻璃密度化、玻璃回流、摻雜擴(kuò)散、熱供體湮滅和植入物退火高達(dá)1150℃。基于之前的理論計(jì)算、實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及直徑從200mm到300mm的硅晶片進(jìn)行快速熱處理的可行性。

審核編輯：湯梓紅