快速热处理用在什么地方

快速热处理（Rapid thermal processing, RTP）是将晶片快速加热到设定温度,进行短时间快速热处理的方法,热处理时间通常小于1~2分钟。过去几年间,RTP已逐渐成为先进半导体制造必不可少的一项工艺,用于氧化、退火、金属硅化物的形成和快速热化学沉积。

RTP系统采用辐射热源对晶片进行一片一片的加热,温度测量和控制通过高温计完成。而之前传统热处理工艺采用的是批处理式高温炉,一大批晶片在同一炉管中同时受热。批处理高温炉的使用仍然很广泛,它更加适合于处理时间相对较长（超过10分钟）的热处理过程。

RTP技术的使用范围很广。它可以快速升至工艺要求的温度（200~1300℃）,并快速冷却,通常升（降）温速度为20~250℃/秒此外,RTP还可以出色地控制工艺气体。因此,RTP可以在一个程式（recipe）中完成复杂的多阶段热处理工艺。RTP快速升温、短时间快速处理的能力很重要,因为先进半导体制造要求尽可能缩短热处理时间、限制杂质扩散程度。用RTP取代慢速热处理工艺还可以大大缩短生长周期,因此对于良率提升阶段来说RTP技术特别有价值。

RTP系统有多种加热结构、热源和温度控制方法。其中,利用多排卤化钨灯对晶片进行加热是最常用的方法,因为它提供的热源易控制、方便、有效、加热速度快。RTP系统中,热源直接面对晶片表面,而不是象批处理高温炉一样对晶片边缘进行加热。因此,RTP系统处理大直径晶片时不会影响工艺处理的均匀性和升（降）温速度。通常,RTP系统还有晶片旋转功能,使热处理均匀性更佳。

目前最先进的RTP系统可以将晶片表面的温度分布精确控制在3s<2℃的范围内。然而,晶片表面的器件分布图形（pattern）会给温度带来一些影响和限制。因为RTP系统加热晶片时采用的是辐射性热源,温度会受到光学性质的影响。随着器件尺寸的不断微缩和对工艺处理均匀性的要求变得更加苛刻,如何优化加热结构、减小“图形效应”已成为一个重要的研究领域。解决“图形效应”的办法有很多,包括减少晶片表面入射能量的双面加热方法,以及采用与晶片温度接近的热源对有图形的一面进行照射的方法。

RTP的另一关键因素是温度的测量和控制。图1为采用高温计控制的RTP系统示意图,高温计测量的是晶片背面温度。早期的RTP系统有重复性差的问题,因为晶片背面涂层不同时,光谱发射率会有所变化,从而导致温度读数错误。现在的RTP系统含有复杂的发射率校正系统,热处理重复性很好。

RTP的一个重要应用是活化离子注入杂质,形成超薄结合。这一工艺要求热处理系统具有快速升温和冷却功能,因为离子注入后,必须将晶片加热到约1050°C进行高温退火,除去离子注入引起的损伤,并活化注入的杂质,同时必须缩短高温处理时间,尽可能减少杂质离子的扩散。为此,人们又开发了尖峰退火（spike-anneal）方法,使晶片可以快速升温然后立即冷却。

RTP的另一重要应用是形成金属硅化物。在这项工艺中,金属薄膜通过与源极、漏极和栅极区域的硅反应,形成金属硅化物。在先进的逻辑工艺中,常用金属为Co,目前正在为65nm工艺开发Ni。金属硅化物生成工艺通常在500℃以下进行,晶片必须放置在有高纯度气体保护的环境中加热,因为金属薄膜对氧化反应很敏感。对于该工艺来说,RTP系统是非常理想的。因为RTP的反应器体积较小,很容易通入高纯度气体进行净化,形成非常洁净的反应环境。

RTP在氧化反应中的作用也逐渐变得重要起来。由于RTP可以使用多种气体在高温下进行快速热处理,因此可以精确控制工艺条件,生成性能优异的氧化膜。RTP生成的氧化膜通常用于栅极介电材料、氧化膜和浅沟道隔离（STI）垫层。在气体中通蒸汽为RTP开创了新的应用领域。例如,使用富含H2的蒸汽对含W的栅极叠层结构进行选择性的氧化,这一应用已引起先进DRAM技术的特别关注。

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