عملية ومعدات أشباه الموصلات (3/7) - عملية ومعدات التسخين

1. نظرة عامة

تشير التدفئة، والمعروفة أيضًا بالمعالجة الحرارية، إلى إجراءات التصنيع التي تتم عند درجات حرارة عالية، وعادةً ما تكون أعلى من نقطة انصهار الألومنيوم.

تتم عملية التسخين عادةً في فرن عالي الحرارة وتتضمن عمليات رئيسية مثل الأكسدة ونشر الشوائب والتليين لإصلاح عيوب البلورات في تصنيع أشباه الموصلات.

الأكسدة: هي عملية يتم فيها وضع رقاقة السيليكون في جو من المواد المؤكسدة مثل الأكسجين أو بخار الماء للمعالجة الحرارية ذات درجة الحرارة العالية، مما يسبب تفاعل كيميائي على سطح رقاقة السيليكون لتكوين طبقة أكسيد.

انتشار الشوائب: يشير إلى استخدام مبادئ الانتشار الحراري في ظل ظروف درجات الحرارة المرتفعة لإدخال عناصر الشوائب في ركيزة السيليكون وفقًا لمتطلبات العملية، بحيث يكون لها توزيع تركيز محدد، وبالتالي تغيير الخواص الكهربائية لمادة السيليكون.

يشير التلدين إلى عملية تسخين رقاقة السيليكون بعد زرع الأيونات لإصلاح عيوب الشبكة الناتجة عن زرع الأيونات.

هناك ثلاثة أنواع أساسية من المعدات المستخدمة للأكسدة/الانتشار/التليين:

• فرن أفقي
• فرن عمودي
• فرن التسخين السريع: معدات المعالجة الحرارية السريعة

تستخدم عمليات المعالجة الحرارية التقليدية بشكل أساسي معالجة طويلة الأمد بدرجة حرارة عالية للقضاء على الأضرار الناجمة عن زرع الأيونات، ولكن عيوبها هي إزالة العيوب غير الكاملة وانخفاض كفاءة تنشيط الشوائب المزروعة.

بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لارتفاع درجة حرارة التلدين والوقت الطويل، من المحتمل أن تحدث إعادة توزيع الشوائب، مما يتسبب في انتشار كمية كبيرة من الشوائب وفشلها في تلبية متطلبات الوصلات الضحلة وتوزيع الشوائب الضيق.

التلدين الحراري السريع للرقائق المزروعة بالأيونات باستخدام معدات المعالجة الحرارية السريعة (RTP) هو طريقة معالجة حرارية تعمل على تسخين الرقاقة بأكملها إلى درجة حرارة معينة (400-1300 درجة مئوية بشكل عام) في وقت قصير جدًا.

بالمقارنة مع التلدين بالتسخين في الفرن، فهو يتميز بمزايا الميزانية الحرارية الأقل، نطاق أصغر من حركة الشوائب في منطقة المنشطات، تلوث أقل ووقت معالجة أقصر.

يمكن أن تستخدم عملية التلدين الحراري السريع مجموعة متنوعة من مصادر الطاقة، ويكون نطاق وقت التلدين واسعًا جدًا (من 100 إلى 10-9 ثوانٍ، مثل التلدين بالمصباح، والتليين بالليزر، وما إلى ذلك). يمكنه تنشيط الشوائب بشكل كامل مع منع إعادة توزيع الشوائب بشكل فعال. يتم استخدامه حاليًا على نطاق واسع في عمليات تصنيع الدوائر المتكاملة المتطورة بأقطار رقاقة أكبر من 200 مم.

2. عملية التسخين الثانية

2.1 عملية الأكسدة

في عملية تصنيع الدوائر المتكاملة، هناك طريقتان لتشكيل أفلام أكسيد السيليكون: الأكسدة الحرارية والترسيب.

تشير عملية الأكسدة إلى عملية تكوين SiO2 على سطح رقائق السيليكون عن طريق الأكسدة الحرارية. يتم استخدام فيلم SiO2 المتكون عن طريق الأكسدة الحرارية على نطاق واسع في عملية تصنيع الدوائر المتكاملة نظرًا لخصائص العزل الكهربائي الفائقة وجدوى العملية.

وأهم تطبيقاتها هي كما يلي:

• حماية الأجهزة من الخدوش والتلوث.
• الحد من العزلة الميدانية للناقلات المشحونة (التخميل السطحي)؛
• المواد العازلة في أكسيد البوابة أو هياكل خلايا التخزين؛
• إخفاء الزرع في المنشطات.
• طبقة عازلة بين طبقات معدنية موصلة.

(1)حماية الجهاز وعزله

يمكن أن يكون SiO2 المزروع على سطح الرقاقة (رقاقة السيليكون) بمثابة طبقة حاجزة فعالة لعزل وحماية الأجهزة الحساسة داخل السيليكون.

نظرًا لأن SiO2 عبارة عن مادة صلبة وغير مسامية (كثيفة)، فيمكن استخدامها لعزل الأجهزة النشطة بشكل فعال على سطح السيليكون. ستعمل طبقة SiO2 الصلبة على حماية رقاقة السيليكون من الخدوش والأضرار التي قد تحدث أثناء عملية التصنيع.

(2)التخميل السطحي

التخميل السطحي من المزايا الرئيسية لـ SiO2 المزروع حراريًا أنه يمكن أن يقلل من كثافة الحالة السطحية للسيليكون عن طريق تقييد روابطه المتدلية، وهو تأثير يُعرف باسم التخميل السطحي.

يمنع التدهور الكهربائي ويقلل مسار تسرب التيار الناتج عن الرطوبة أو الأيونات أو الملوثات الخارجية الأخرى. تحمي طبقة SiO2 الصلبة Si من الخدوش وأضرار العملية التي قد تحدث أثناء مرحلة ما بعد الإنتاج.

يمكن لطبقة SiO2 المزروعة على سطح Si ربط الملوثات النشطة كهربائيًا (التلوث الأيوني المتنقل) على سطح Si. يعد التخميل مهمًا أيضًا للتحكم في تيار التسرب لأجهزة الوصلات وتنمية أكاسيد البوابة المستقرة.

باعتبارها طبقة تخميل عالية الجودة، فإن طبقة الأكسيد لديها متطلبات الجودة مثل السمك الموحد، وعدم وجود ثقوب أو فراغات.

هناك عامل آخر في استخدام طبقة الأكسيد كطبقة تخميل لسطح Si وهو سمك طبقة الأكسيد. يجب أن تكون طبقة الأكسيد سميكة بدرجة كافية لمنع الطبقة المعدنية من الشحن بسبب تراكم الشحنة على سطح السيليكون، وهو ما يشبه خصائص تخزين الشحنة والانهيار للمكثفات العادية.

يحتوي SiO2 أيضًا على معامل تمدد حراري مشابه جدًا لـ Si. تتوسع رقائق السيليكون أثناء العمليات ذات درجات الحرارة المرتفعة وتتقلص أثناء التبريد.

يتوسع SiO2 أو ينكمش بمعدل قريب جدًا من معدل Si، مما يقلل من تشوه رقاقة السيليكون أثناء العملية الحرارية. يؤدي هذا أيضًا إلى تجنب فصل طبقة الأكسيد عن سطح السيليكون بسبب إجهاد الفيلم.

(3)بوابة أكسيد عازلة

بالنسبة لهيكل أكسيد البوابة الأكثر استخدامًا والأكثر أهمية في تكنولوجيا MOS، يتم استخدام طبقة أكسيد رقيقة للغاية كمادة عازلة. نظرًا لأن طبقة أكسيد البوابة وطبقة Si الموجودة تحتها تتمتع بخصائص الجودة العالية والاستقرار، يتم الحصول على طبقة أكسيد البوابة عمومًا عن طريق النمو الحراري.

يتمتع SiO2 بقوة عازلة عالية (107 فولت/م) ومقاومة عالية (حوالي 1017 أوم · سم).

مفتاح موثوقية أجهزة MOS هو سلامة طبقة أكسيد البوابة. يتحكم هيكل البوابة في أجهزة MOS في تدفق التيار. لأن هذا الأكسيد هو الأساس لوظيفة الرقائق الدقيقة المعتمدة على تقنية التأثير الميداني،

ولذلك، فإن الجودة العالية والاتساق الممتاز لسمك الفيلم وغياب الشوائب هي متطلباتها الأساسية. يجب التحكم بشكل صارم في أي تلوث قد يؤدي إلى تدهور وظيفة هيكل أكسيد البوابة.

(4)حاجز المنشطات

يمكن استخدام SiO2 كطبقة إخفاء فعالة للمنشطات الانتقائية لسطح السيليكون. بمجرد تشكيل طبقة الأكسيد على سطح السيليكون، يتم حفر SiO2 الموجود في الجزء الشفاف من القناع لتشكيل نافذة يمكن من خلالها دخول مادة المنشطات إلى رقاقة السيليكون.

في حالة عدم وجود نوافذ، يمكن للأكسيد حماية سطح السيليكون ومنع الشوائب من الانتشار، وبالتالي تمكين زرع الشوائب الانتقائية.

تتحرك المنشطات ببطء في SiO2 مقارنة بـ Si، لذلك هناك حاجة إلى طبقة أكسيد رقيقة فقط لمنع المنشطات (لاحظ أن هذا المعدل يعتمد على درجة الحرارة).

ويمكن أيضًا استخدام طبقة أكسيد رقيقة (على سبيل المثال، بسمك 150 أنجستروم) في المناطق التي تتطلب زرع الأيونات، والتي يمكن استخدامها لتقليل الضرر الذي يلحق بسطح السيليكون.

كما أنه يسمح بتحكم أفضل في عمق الوصلة أثناء زرع الشوائب عن طريق تقليل تأثير التوجيه. بعد الزرع، يمكن إزالة الأكسيد بشكل انتقائي باستخدام حمض الهيدروفلوريك لجعل سطح السيليكون مسطحًا مرة أخرى.

(5)طبقة عازلة بين الطبقات المعدنية

لا يقوم SiO2 بتوصيل الكهرباء في الظروف العادية، لذلك فهو عازل فعال بين الطبقات المعدنية في الرقائق الدقيقة. يمكن لـ SiO2 أن يمنع حدوث دوائر قصيرة بين الطبقة المعدنية العلوية والطبقة المعدنية السفلية، تمامًا كما يمكن للعازل الموجود على السلك أن يمنع حدوث دوائر قصيرة.

متطلبات الجودة للأكسيد هي أن يكون خاليًا من الثقوب والفراغات. غالبًا ما يتم تخديره للحصول على سيولة أكثر فعالية، والتي يمكن أن تقلل بشكل أفضل من انتشار التلوث. وعادة ما يتم الحصول عليه عن طريق ترسيب البخار الكيميائي بدلا من النمو الحراري.

اعتمادًا على غاز التفاعل، تنقسم عملية الأكسدة عادةً إلى:

• أكسدة الأكسجين الجاف: Si + O2→SiO2؛
• أكسدة الأكسجين الرطب: 2H2O (بخار الماء) + Si→SiO2+2H2؛
• الأكسدة المشبعة بالكلور: يضاف غاز الكلور مثل كلوريد الهيدروجين (HCl) أو ثنائي كلورو إيثيلين DCE (C2H2Cl2) أو مشتقاته إلى الأكسجين لتحسين معدل الأكسدة وجودة طبقة الأكسيد.

(1)عملية أكسدة الأكسجين الجاف: تنتشر جزيئات الأكسجين الموجودة في غاز التفاعل عبر طبقة الأكسيد المتكونة بالفعل، وتصل إلى السطح البيني بين SiO2 وSi، وتتفاعل مع Si، ثم تشكل طبقة SiO2.

يتمتع SiO2 المحضر بواسطة أكسدة الأكسجين الجاف ببنية كثيفة، وسمك موحد، وقدرة إخفاء قوية للحقن والانتشار، وقابلية تكرار عالية للعملية. ومن عيوبه أن معدل النمو بطيء.

تُستخدم هذه الطريقة عمومًا للأكسدة عالية الجودة، مثل أكسدة البوابة العازلة، أو أكسدة الطبقة العازلة الرقيقة، أو لبدء الأكسدة وإنهاء الأكسدة أثناء أكسدة الطبقة العازلة السميكة.

(2)عملية أكسدة الأكسجين الرطب: يمكن أن يحمل بخار الماء مباشرة في الأكسجين، أو يمكن الحصول عليه من تفاعل الهيدروجين والأكسجين. يمكن تغيير معدل الأكسدة عن طريق ضبط نسبة الضغط الجزئي للهيدروجين أو بخار الماء إلى الأكسجين.

لاحظ أنه لضمان السلامة، يجب ألا تتجاوز نسبة الهيدروجين إلى الأكسجين 1.88:1. تحدث أكسدة الأكسجين الرطب بسبب وجود كل من الأكسجين وبخار الماء في غاز التفاعل، وسوف يتحلل بخار الماء إلى أكسيد الهيدروجين (H2O) عند درجات حرارة عالية.

معدل انتشار أكسيد الهيدروجين في أكسيد السيليكون أسرع بكثير من معدل انتشار الأكسجين، وبالتالي فإن معدل أكسدة الأكسجين الرطب أعلى بحوالي مرتبة واحدة من معدل أكسدة الأكسجين الجاف.

(3)عملية الأكسدة المنشطات بالكلور: بالإضافة إلى أكسدة الأكسجين الجاف التقليدي وأكسدة الأكسجين الرطب، يمكن إضافة غاز الكلور مثل كلوريد الهيدروجين (HCl) أو ثنائي كلورو إيثيلين DCE (C2H2Cl2) أو مشتقاته إلى الأكسجين لتحسين معدل الأكسدة وجودة طبقة الأكسيد. .

السبب الرئيسي لزيادة معدل الأكسدة هو أنه عند إضافة الكلور للأكسدة، لا تحتوي المادة المتفاعلة على بخار الماء الذي يمكن أن يسرع عملية الأكسدة فحسب، بل يتراكم الكلور أيضًا بالقرب من السطح البيني بين Si وSiO2. في وجود الأكسجين، يتم تحويل مركبات الكلوروسيليكون بسهولة إلى أكسيد السيليكون، والذي يمكن أن يحفز الأكسدة.

السبب الرئيسي لتحسين جودة طبقة الأكسيد هو أن ذرات الكلور الموجودة في طبقة الأكسيد يمكنها تنقية نشاط أيونات الصوديوم، وبالتالي تقليل عيوب الأكسدة الناتجة عن تلوث أيونات الصوديوم للمعدات ومعالجة المواد الخام. ولذلك، فإن المنشطات الكلور تشارك في معظم عمليات أكسدة الأكسجين الجاف.

2.2 عملية الانتشار

يشير الانتشار التقليدي إلى نقل المواد من المناطق ذات التركيز العالي إلى المناطق ذات التركيز الأقل حتى يتم توزيعها بالتساوي. تتبع عملية الانتشار قانون فيك. يمكن أن يحدث الانتشار بين مادتين أو أكثر، ويؤدي اختلاف التركيز ودرجة الحرارة بين المناطق المختلفة إلى توزيع المواد إلى حالة توازن موحدة.

واحدة من أهم خصائص المواد شبه الموصلة هي أنه يمكن تعديل موصليتها عن طريق إضافة أنواع أو تركيزات مختلفة من المنشطات. في تصنيع الدوائر المتكاملة، يتم تحقيق هذه العملية عادة من خلال عمليات التطعيم أو الانتشار.

اعتمادًا على أهداف التصميم، يمكن للمواد شبه الموصلة مثل السيليكون أو الجرمانيوم أو مركبات III-V الحصول على خاصيتين مختلفتين لأشباه الموصلات، النوع N أو النوع P، عن طريق التطعيم بالشوائب المانحة أو الشوائب المستقبلة.

يتم إجراء تطعيم أشباه الموصلات بشكل رئيسي من خلال طريقتين: الانتشار أو زرع الأيونات، ولكل منهما خصائصها الخاصة:

يعد انتشار المنشطات أقل تكلفة، ولكن لا يمكن التحكم بدقة في تركيز وعمق مادة المنشطات؛

في حين أن زرع الأيونات مكلف نسبيًا، فإنه يسمح بالتحكم الدقيق في ملفات تركيز المنشطات.

قبل السبعينيات، كان حجم ميزة رسومات الدوائر المتكاملة في حدود 10 ميكرومتر، وكانت تكنولوجيا الانتشار الحراري التقليدية تستخدم بشكل عام في المنشطات.

تستخدم عملية الانتشار بشكل أساسي لتعديل مواد أشباه الموصلات. ومن خلال نشر مواد مختلفة في مواد شبه موصلة، يمكن تغيير موصليتها وخواصها الفيزيائية الأخرى.

على سبيل المثال، عن طريق نشر عنصر البورون ثلاثي التكافؤ في السيليكون، يتم تشكيل شبه موصل من النوع P؛ عن طريق تطعيم العناصر الخماسية التكافؤ بالفسفور أو الزرنيخ، يتم تشكيل شبه موصل من النوع N. عندما يتلامس شبه موصل من النوع P به عدد أكبر من الثقوب مع شبه موصل من النوع N به عدد أكبر من الإلكترونات، يتم تشكيل تقاطع PN.

مع تقلص أحجام المعالم، فإن عملية الانتشار المتناحية تجعل من الممكن للمنشطات أن تنتشر إلى الجانب الآخر من طبقة أكسيد الدرع، مما يتسبب في حدوث قصور بين المناطق المتجاورة.

باستثناء بعض الاستخدامات الخاصة (مثل الانتشار طويل المدى لتشكيل مناطق مقاومة للجهد العالي موزعة بشكل موحد)، تم استبدال عملية الانتشار تدريجيًا بزراعة الأيونات.

ومع ذلك، في جيل التكنولوجيا الأقل من 10 نانومتر، نظرًا لأن حجم الزعنفة في جهاز ترانزستور تأثير المجال ثلاثي الأبعاد (FinFET) صغير جدًا، فإن زرع الأيونات سيلحق الضرر ببنيته الصغيرة. إن استخدام عملية نشر المصدر الصلب قد يحل هذه المشكلة.

2.3 عملية التدهور

وتسمى عملية التلدين أيضًا بالتليين الحراري. تتمثل العملية في وضع رقاقة السيليكون في بيئة ذات درجة حرارة عالية لفترة زمنية معينة لتغيير البنية المجهرية على السطح أو داخل رقاقة السيليكون لتحقيق غرض عملية محدد.

المعلمات الأكثر أهمية في عملية التلدين هي درجة الحرارة والوقت. كلما ارتفعت درجة الحرارة وكلما زاد الوقت، زادت الميزانية الحرارية.

في عملية تصنيع الدوائر المتكاملة الفعلية، يتم التحكم بدقة في الميزانية الحرارية. إذا كانت هناك عمليات التلدين المتعددة في تدفق العملية، فيمكن التعبير عن الميزانية الحرارية كتراكب المعالجات الحرارية المتعددة.

ومع ذلك، مع تصغير عقد العملية، تصبح الميزانية الحرارية المسموح بها في العملية برمتها أصغر وأصغر، أي أن درجة حرارة العملية الحرارية ذات درجة الحرارة المرتفعة تصبح أقل ويصبح الوقت أقصر.

عادة، يتم دمج عملية التلدين مع زرع الأيونات، وترسيب الأغشية الرقيقة، وتكوين مبيدات السيليكات المعدنية وغيرها من العمليات. والأكثر شيوعًا هو التلدين الحراري بعد زرع الأيونات.

سيؤثر زرع الأيونات على ذرات الركيزة، مما يؤدي إلى انفصالها عن بنية الشبكة الأصلية وإتلاف شبكة الركيزة. التلدين الحراري يمكنه إصلاح تلف الشبكة الناتج عن زرع الأيونات ويمكنه أيضًا نقل ذرات الشوائب المزروعة من فجوات الشبكة إلى مواقع الشبكة، وبالتالي تنشيطها.

تبلغ درجة الحرارة المطلوبة لإصلاح تلف الشبكة حوالي 500 درجة مئوية، ودرجة الحرارة المطلوبة لتنشيط الشوائب حوالي 950 درجة مئوية. من الناحية النظرية، كلما زاد وقت التلدين وارتفعت درجة الحرارة، زاد معدل تنشيط الشوائب، ولكن الميزانية الحرارية العالية جدًا ستؤدي إلى انتشار مفرط للشوائب، مما يجعل العملية غير قابلة للتحكم ويؤدي في النهاية إلى تدهور أداء الجهاز والدوائر.

لذلك، مع تطور تكنولوجيا التصنيع، تم استبدال التلدين التقليدي في الفرن طويل الأمد تدريجيًا بالتليين الحراري السريع (RTA).

في عملية التصنيع، تحتاج بعض الأفلام المحددة إلى الخضوع لعملية التلدين الحراري بعد الترسيب لتغيير بعض الخصائص الفيزيائية أو الكيميائية للفيلم. على سبيل المثال، يصبح الفيلم السائب كثيفًا، مما يغير معدل النقش الجاف أو الرطب؛

تحدث عملية التلدين الأخرى شائعة الاستخدام أثناء تكوين مبيدات السيليكات المعدنية. يتم رش الأفلام المعدنية مثل الكوبالت والنيكل والتيتانيوم وما إلى ذلك على سطح رقاقة السيليكون، وبعد التلدين الحراري السريع عند درجة حرارة منخفضة نسبيًا، يمكن أن يشكل المعدن والسيليكون سبيكة.

تشكل بعض المعادن أطوارًا مختلفة من السبائك تحت ظروف درجات حرارة مختلفة. بشكل عام، من المأمول أن يتم تشكيل مرحلة سبيكة ذات مقاومة اتصال أقل ومقاومة الجسم أثناء العملية.

وفقًا لمتطلبات الميزانية الحرارية المختلفة، تنقسم عملية التلدين إلى التلدين بفرن درجة الحرارة العالية والتليين الحراري السريع.

• تلدين أنبوب الفرن بدرجة حرارة عالية:

إنها طريقة التلدين التقليدية ذات درجة الحرارة العالية ووقت التلدين الطويل والميزانية العالية.

في بعض العمليات الخاصة، مثل تقنية عزل حقن الأكسجين لإعداد ركائز SOI وعمليات نشر الآبار العميقة، يتم استخدامها على نطاق واسع. تتطلب مثل هذه العمليات عمومًا ميزانية حرارية أعلى للحصول على شبكة مثالية أو توزيع موحد للشوائب.

• التلدين الحراري السريع:

إنها عملية معالجة رقائق السيليكون عن طريق التسخين/التبريد السريع للغاية والبقاء لفترة قصيرة عند درجة الحرارة المستهدفة، وتسمى أحيانًا أيضًا المعالجة الحرارية السريعة (RTP).

في عملية تشكيل الوصلات الضحلة للغاية، يحقق التلدين الحراري السريع حلاً وسطًا بين إصلاح عيوب الشبكة، وتنشيط الشوائب، وتقليل انتشار الشوائب، وهو أمر لا غنى عنه في عملية تصنيع العقد التكنولوجية المتقدمة.

تشكل عملية ارتفاع/انخفاض درجة الحرارة والبقاء القصير عند درجة الحرارة المستهدفة معًا الميزانية الحرارية للتليين الحراري السريع.

تبلغ درجة حرارة التلدين الحراري السريع التقليدي حوالي 1000 درجة مئوية ويستغرق ثوانٍ. في السنوات الأخيرة، أصبحت متطلبات التلدين الحراري السريع أكثر صرامة، وتطور التلدين الوميضي، والتليين المتصاعد، والتليين بالليزر تدريجيًا، مع وصول أوقات التلدين إلى مللي ثانية، وحتى أنها تميل إلى التطور نحو الميكروثانية والميكروثانية الفرعية.

3 . ثلاثة معدات عملية التدفئة

3.1 معدات الانتشار والأكسدة

تستخدم عملية الانتشار بشكل أساسي مبدأ الانتشار الحراري تحت ظروف درجة الحرارة العالية (عادة 900-1200 درجة مئوية) لدمج عناصر الشوائب في ركيزة السيليكون عند العمق المطلوب لمنحها توزيع تركيز محدد، من أجل تغيير الخواص الكهربائية للسيليكون. المواد وتشكيل هيكل جهاز أشباه الموصلات.

في تكنولوجيا الدوائر المتكاملة للسيليكون، تُستخدم عملية الانتشار لعمل وصلات PN أو مكونات مثل المقاومات والمكثفات وأسلاك التوصيل البيني والصمامات الثنائية والترانزستورات في الدوائر المتكاملة، وتستخدم أيضًا للعزل بين المكونات.

ونظراً لعدم القدرة على التحكم الدقيق في توزيع تركيز المنشطات، فقد تم استبدال عملية الانتشار تدريجياً بعملية تطعيم الأيونات في صناعة الدوائر المتكاملة ذات أقطار الرقاقة 200 ملم فما فوق، إلا أن كمية قليلة لا تزال تستخدم في الصناعات الثقيلة. عمليات المنشطات.

معدات الانتشار التقليدية هي في الأساس أفران نشر أفقية، ويوجد أيضًا عدد صغير من أفران الانتشار الرأسي.

فرن الانتشار الأفقي:

إنها عبارة عن معدات معالجة حرارية تستخدم على نطاق واسع في عملية نشر الدوائر المتكاملة بقطر رقاقة أقل من 200 مم. خصائصه هي أن جسم فرن التسخين وأنبوب التفاعل وقارب الكوارتز الذي يحمل الرقاقات كلها موضوعة أفقيًا، لذلك فهي تتميز بخصائص العملية المتمثلة في التوحيد الجيد بين الرقاقات.

إنها ليست فقط واحدة من المعدات الأمامية المهمة في خط إنتاج الدوائر المتكاملة، ولكنها تستخدم أيضًا على نطاق واسع في الانتشار والأكسدة والتليين وصناعة السبائك وغيرها من العمليات في صناعات مثل الأجهزة المنفصلة وأجهزة الطاقة الإلكترونية والأجهزة الإلكترونية البصرية والألياف الضوئية. .

فرن الانتشار العمودي:

يشير بشكل عام إلى معدات المعالجة الحرارية المجمعة المستخدمة في عملية الدائرة المتكاملة للرقائق بقطر 200 مم و300 مم، والمعروف باسم الفرن العمودي.

الميزات الهيكلية لفرن الانتشار العمودي هي أن جسم فرن التسخين وأنبوب التفاعل وقارب الكوارتز الذي يحمل الرقاقة كلها موضوعة عموديًا، ويتم وضع الرقاقة أفقيًا. إنها تتميز بخصائص التوحيد الجيد داخل الرقاقة، درجة عالية من الأتمتة، وأداء النظام المستقر، والذي يمكن أن يلبي احتياجات خطوط إنتاج الدوائر المتكاملة واسعة النطاق.

يعد فرن الانتشار العمودي أحد المعدات المهمة في خط إنتاج الدوائر المتكاملة لأشباه الموصلات ويستخدم أيضًا بشكل شائع في العمليات ذات الصلة في مجالات أجهزة الطاقة الإلكترونية (IGBT) وما إلى ذلك.

ينطبق فرن الانتشار العمودي على عمليات الأكسدة مثل أكسدة الأكسجين الجاف، وأكسدة تخليق الهيدروجين والأكسجين، وأكسدة أوكسينيتريد السيليكون، وعمليات نمو الأغشية الرقيقة مثل ثاني أكسيد السيليكون، والبولي سيليكون، ونيتريد السيليكون (Si3N4)، وترسيب الطبقة الذرية.

كما أنه يستخدم بشكل شائع في عمليات التلدين بدرجة الحرارة العالية وتليين النحاس وسبائك. فيما يتعلق بعملية الانتشار، تُستخدم أحيانًا أفران الانتشار الرأسي أيضًا في عمليات المنشطات الثقيلة.

3.2 معدات التلدين السريع

معدات المعالجة الحرارية السريعة (RTP) عبارة عن معدات معالجة حرارية أحادية الرقاقة يمكنها رفع درجة حرارة الرقاقة بسرعة إلى درجة الحرارة المطلوبة للعملية (200-1300 درجة مئوية) ويمكن تبريدها بسرعة. معدل التدفئة/التبريد بشكل عام هو 20-250 درجة مئوية/ثانية.

بالإضافة إلى مجموعة واسعة من مصادر الطاقة ووقت التلدين، تتمتع معدات RTP أيضًا بأداء عملية ممتاز آخر، مثل التحكم الممتاز في الميزانية الحرارية وتحسين تجانس السطح (خاصة بالنسبة للرقائق كبيرة الحجم)، وإصلاح تلف الرقاقة الناتج عن زرع الأيونات، و يمكن لغرف متعددة تشغيل خطوات عملية مختلفة في وقت واحد.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن لمعدات RTP تحويل وضبط غازات المعالجة بمرونة وسرعة، بحيث يمكن إكمال عمليات المعالجة الحرارية المتعددة في نفس عملية المعالجة الحرارية.

تُستخدم معدات RTP بشكل شائع في التلدين الحراري السريع (RTA). بعد زرع الأيونات، تكون هناك حاجة إلى معدات RTP لإصلاح الأضرار الناجمة عن زرع الأيونات، وتنشيط البروتونات المخدرة ومنع انتشار الشوائب بشكل فعال.

بشكل عام، تبلغ درجة الحرارة اللازمة لإصلاح عيوب الشبكة حوالي 500 درجة مئوية، بينما تكون درجة الحرارة اللازمة لتنشيط الذرات المخدرة 950 درجة مئوية. يرتبط تنشيط الشوائب بالوقت ودرجة الحرارة. كلما زاد الوقت وارتفعت درجة الحرارة، تم تنشيط الشوائب بشكل كامل، ولكنها لا تساعد على منع انتشار الشوائب.

نظرًا لأن معدات RTP تتميز بخصائص الارتفاع/الانخفاض السريع في درجة الحرارة والمدة القصيرة، فإن عملية التلدين بعد زرع الأيونات يمكن أن تحقق اختيار المعلمة الأمثل بين إصلاح عيوب الشبكة وتنشيط الشوائب وتثبيط انتشار الشوائب.

تنقسم هيئة الطرق والمواصلات بشكل أساسي إلى الفئات الأربع التالية:

(1)سبايك التلدين

ما يميزه هو أنه يركز على عملية التسخين/التبريد السريعة، ولكن في الأساس ليس لديه عملية الحفاظ على الحرارة. يبقى التلدين عند نقطة درجة الحرارة المرتفعة لفترة قصيرة جدًا، وتتمثل مهمته الرئيسية في تنشيط عناصر المنشطات.

في التطبيقات الفعلية، تبدأ الرقاقة في التسخين بسرعة من نقطة درجة حرارة احتياطية ثابتة معينة وتبرد على الفور بعد الوصول إلى نقطة درجة الحرارة المستهدفة.

نظرًا لأن وقت الصيانة عند نقطة درجة الحرارة المستهدفة (أي نقطة درجة حرارة الذروة) قصير جدًا، فإن عملية التلدين يمكن أن تزيد من درجة تنشيط الشوائب وتقليل درجة انتشار الشوائب، مع الحصول على خصائص إصلاح التلدين الجيدة للعيوب، مما يؤدي إلى أعلى جودة الترابط وتيار التسرب أقل.

يتم استخدام التلدين سبايك على نطاق واسع في عمليات الوصلات الضحلة للغاية بعد 65 نانومتر. تشتمل معلمات عملية التلدين المتصاعد بشكل أساسي على درجة حرارة الذروة ووقت الذروة واختلاف درجة الحرارة ومقاومة الرقاقة بعد العملية.

كلما كانت مدة الإقامة في الذروة أقصر، كلما كان ذلك أفضل. ويعتمد ذلك بشكل أساسي على معدل التسخين/التبريد لنظام التحكم في درجة الحرارة، ولكن في بعض الأحيان يكون لجو غاز العملية المحدد تأثير معين عليه.

على سبيل المثال، يحتوي الهيليوم على حجم ذري صغير ومعدل انتشار سريع، مما يفضي إلى نقل الحرارة السريع والموحد ويمكن أن يقلل من عرض الذروة أو وقت الذروة. ولذلك، يتم اختيار الهيليوم في بعض الأحيان للمساعدة في التدفئة والتبريد.

(2)التلدين بالمصباح

يتم استخدام تكنولوجيا التلدين بالمصباح على نطاق واسع. تستخدم مصابيح الهالوجين بشكل عام كمصادر حرارة التلدين السريع. يمكن أن تلبي معدلات التسخين/التبريد العالية والتحكم الدقيق في درجة الحرارة متطلبات عمليات التصنيع التي تزيد عن 65 نانومتر.

ومع ذلك، لا يمكنها تلبية المتطلبات الصارمة لعملية 45 نانومتر بشكل كامل (بعد عملية 45 نانومتر، عند حدوث اتصال النيكل والسيليكون لـ LSI المنطقي، يجب تسخين الرقاقة بسرعة من 200 درجة مئوية إلى أكثر من 1000 درجة مئوية خلال أجزاء من الثانية، لذا فإن التلدين بالليزر مطلوب بشكل عام).

(3)التلدين بالليزر

التلدين بالليزر هو عملية استخدام الليزر مباشرة لزيادة درجة حرارة سطح الرقاقة بسرعة حتى تكون كافية لإذابة بلورة السيليكون، مما يجعلها نشطة للغاية.

مزايا التلدين بالليزر هي التسخين السريع للغاية والتحكم الحساس. لا يتطلب تسخين الفتيل ولا توجد في الأساس أي مشاكل مع تأخر درجة الحرارة وعمر الفتيل.

ومع ذلك، من وجهة نظر فنية، فإن التلدين بالليزر به مشاكل تسرب التيار وعيب البقايا، والتي سيكون لها أيضًا تأثير معين على أداء الجهاز.

(4)التلدين بالفلاش

التلدين الفلاشي عبارة عن تقنية التلدين التي تستخدم إشعاعًا عالي الكثافة لإجراء التلدين المتصاعد على الرقاقات عند درجة حرارة مسبقة محددة.

يتم تسخين الرقاقة إلى 600-800 درجة مئوية، ومن ثم يتم استخدام إشعاع عالي الكثافة لتشعيع النبض لفترة قصيرة. عندما تصل درجة حرارة الذروة للرقاقة إلى درجة حرارة التلدين المطلوبة، يتم إيقاف الإشعاع على الفور.

يتم استخدام معدات RTP بشكل متزايد في تصنيع الدوائر المتكاملة المتقدمة.

بالإضافة إلى استخدامها على نطاق واسع في عمليات RTA، بدأ أيضًا استخدام معدات RTP في الأكسدة الحرارية السريعة، والنتردة الحرارية السريعة، والانتشار الحراري السريع، وترسيب البخار الكيميائي السريع، بالإضافة إلى توليد مبيدات السيليكات المعدنية والعمليات الفوقي.

———————————————————————————————————————————— ——

يمكن أن توفر Semiceraأجزاء الجرافيت,شعر ناعم/صلب,أجزاء كربيد السيليكون,أجزاء كربيد السيليكون CVD، والأجزاء المغلفة بـ SiC/TaCمع عملية أشباه الموصلات الكاملة في 30 يومًا.

إذا كنت مهتمًا بمنتجات أشباه الموصلات المذكورة أعلاه،من فضلك لا تتردد في الاتصال بنا في المرة الأولى.

هاتف: +86-13373889683

واتساب: +86-15957878134

Email: sales01@semi-cera.com