在單晶襯底上，按照襯底晶向生長一層新的單晶薄膜，被稱為外延層，這是半導(dǎo)體器件的制造的材料基礎(chǔ)，薄膜制備后會需要退火，就是今天我們他要說的晶圓熱退火工藝：

一、晶圓退火工藝基本概念

定義?：退火工藝，又稱熱退火（Thermal Annealing），是將晶圓放置在較高溫度環(huán)境中一定的時間，以改變其微觀結(jié)構(gòu)，達(dá)到特定工藝目的的過程。

關(guān)鍵參數(shù)?：溫度和時間是退火工藝中的兩個關(guān)鍵參數(shù)，溫度越高、時間越長，熱預(yù)算越高。

二、晶圓退火工藝的應(yīng)用

應(yīng)用?：通常與離子注入、薄膜沉積、金屬硅化物的形成等工藝結(jié)合，最常見的是離子注入后的熱退火。

離子注入退火目的?：修復(fù)離子注入時造成的晶格損傷，使注入的雜質(zhì)原子從晶格間隙移動到晶格格點上，從而激活。

三、Si片常見退火工藝的方法

高溫爐退火?

特點?：傳統(tǒng)退火方式，加熱至800-1000℃，保持30min。

優(yōu)點?：Si原子和雜質(zhì)原子能重新進入晶格位置。

缺點?：可能導(dǎo)致雜質(zhì)過度擴散，影響器件性能。

應(yīng)用?：深阱擴散等工藝，需要更多熱預(yù)算來獲得相對完美的晶格或均勻摻雜分布。

快速熱退火（RTA）?

特點?：使用極快的升溫速度和在目標(biāo)溫度下短暫的持續(xù)時間對晶圓進行處理。

優(yōu)點?：可以對晶格進行修復(fù)、激活，同時抑制雜質(zhì)過度擴散?？刂茰\結(jié)注入的結(jié)深最有效的方式。

應(yīng)用?：廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代集成電路制造中，以減少瞬時增強擴散。

四、SiC的熱退火問題

高劑量注入問題?：SiC在高劑量注入后，晶格損傷嚴(yán)重，需要極高溫度退火才能獲得想要的晶格修復(fù)率和高的激活率。

表面惡化問題?：退火過程中可能導(dǎo)致SiC表面惡化，如Si的析出導(dǎo)致石墨化和粗糙化。

改善措施?：在退火過程中加入純Ar氣氛中加入SiH4或在SiC表面引入一些Si材料，或選擇SiO2、Si3N4、AlN和C等覆蓋材料來抑制表面原子遷移。

五、退火工藝的發(fā)展趨勢

傳統(tǒng)高溫爐退火逐漸被取代?：隨著制造工藝的發(fā)展，傳統(tǒng)高溫爐退火已經(jīng)逐漸被快速熱退火所取代。

RTA的優(yōu)勢?：RTA可以減少瞬時增強擴散，提高器件性能。

瞬時增強擴散：是指離子注入晶圓中雜質(zhì)擴散系數(shù)大幅度增加，它源于離子注入過程中引入的大量過剩點缺陷。只要熱處理的時間足夠短，更高溫度下的熱退火就可以減少瞬時增強擴散。

六、總結(jié)

退火工藝是集成電路制造中的重要環(huán)節(jié)，其關(guān)鍵參數(shù)為溫度和時間。高溫爐退火和快速熱退火是兩種主要的退火方法，各有優(yōu)缺點。隨著制造工藝的發(fā)展，RTA快速熱退火逐漸成為主流。