1. סקירה כללית
חימום, המכונה גם עיבוד תרמי, מתייחס להליכי ייצור הפועלים בטמפרטורות גבוהות, בדרך כלל גבוהות מנקודת ההיתוך של אלומיניום.
תהליך החימום מתבצע בדרך כלל בתנור בטמפרטורה גבוהה וכולל תהליכים עיקריים כגון חמצון, דיפוזיה של טומאה וחישול לתיקון פגמי גביש בייצור מוליכים למחצה.
חמצון: זהו תהליך שבו רקיקת סיליקון מונחת באווירה של חומרים מחמצנים כגון חמצן או אדי מים לטיפול בחום בטמפרטורה גבוהה, הגורמת לתגובה כימית על פני פרוסת הסיליקון ליצור סרט תחמוצת.
דיפוזיה של טומאה: מתייחס לשימוש בעקרונות דיפוזיה תרמית בתנאי טמפרטורה גבוהים להחדרת יסודות טומאה למצע הסיליקון בהתאם לדרישות התהליך, כך שתהיה לו פיזור ריכוז ספציפי, ובכך משנה את התכונות החשמליות של חומר הסיליקון.
חישול מתייחס לתהליך חימום פרוסות הסיליקון לאחר השתלת יונים כדי לתקן את פגמי הסריג הנגרמים מהשתלת יונים.
ישנם שלושה סוגים בסיסיים של ציוד המשמשים לחמצון/דיפוזיה/חישול:
- תנור אופקי;
- תנור אנכי;
- תנור חימום מהיר: ציוד מהיר לטיפול בחום
תהליכי טיפול בחום מסורתיים משתמשים בעיקר בטיפול ארוך טווח בטמפרטורה גבוהה כדי למנוע נזקים הנגרמים מהשתלת יונים, אך החסרונות שלו הם הסרת פגמים לא מלאה ויעילות הפעלה נמוכה של זיהומים מושתלים.
בנוסף, בשל טמפרטורת החישול הגבוהה והזמן הארוך, סביר להניח שתתרחש פיזור מחדש של זיהומים, מה שיגרום לכמות גדולה של זיהומים להתפזר ולא לעמוד בדרישות של צמתים רדודים וחלוקת זיהומים צרה.
חישול תרמי מהיר של פרוסות מושתלות יונים באמצעות ציוד לעיבוד תרמי מהיר (RTP) היא שיטת טיפול בחום המחממת את כל הפרוסה לטמפרטורה מסוימת (בדרך כלל 400-1300 מעלות צלזיוס) בזמן קצר מאוד.
בהשוואה לחיתוך חימום בתנור, יש לו את היתרונות של פחות תקציב תרמי, טווח קטן יותר של תנועת טומאה באזור הסימום, פחות זיהום וזמן עיבוד קצר יותר.
תהליך החישול התרמי המהיר יכול להשתמש במגוון מקורות אנרגיה, וטווח זמן החישול הוא רחב מאוד (מ-100 עד 10-9 שניות, כגון חישול מנורות, חישול לייזר וכו'). זה יכול להפעיל לחלוטין זיהומים תוך דיכוי יעיל של חלוקה מחדש של הטומאה. כיום הוא נמצא בשימוש נרחב בתהליכי ייצור מעגלים משולבים מתקדמים עם קוטר פרוסות גדול מ-200 מ"מ.
2. תהליך חימום שני
2.1 תהליך חמצון
בתהליך ייצור המעגל המשולב, קיימות שתי שיטות ליצירת סרטי תחמוצת סיליקון: חמצון תרמי ותצהיר.
תהליך החמצון מתייחס לתהליך של יצירת SiO2 על פני השטח של פרוסות סיליקון על ידי חמצון תרמי. הסרט SiO2 שנוצר על ידי חמצון תרמי נמצא בשימוש נרחב בתהליך ייצור המעגלים המשולבים בשל תכונות הבידוד החשמלי המעולות שלו והיתכנות התהליך.
היישומים החשובים ביותר שלו הם כדלקמן:
- הגן על מכשירים מפני שריטות וזיהום;
- הגבלת בידוד השדה של נשאים טעונים (פסיבציית פני השטח);
- חומרים דיאלקטריים בתחמוצת שער או מבנים של תאי אחסון;
- מיסוך שתל בסימום;
- שכבה דיאלקטרית בין שכבות מוליכות מתכת.
(1)הגנה ובידוד המכשיר
SiO2 הגדל על פני השטח של רקיק (פליקת סיליקון) יכול לשמש כשכבת מחסום יעילה לבידוד ולהגן על מכשירים רגישים בתוך הסיליקון.
מכיוון ש-SiO2 הוא חומר קשיח ולא נקבובי (צפוף), ניתן להשתמש בו כדי לבודד ביעילות מכשירים פעילים על פני הסיליקון. שכבת SiO2 הקשה תגן על פרוסת הסיליקון מפני שריטות ונזקים שעלולים להתרחש במהלך תהליך הייצור.
(2)פסיביות פני השטח
פסיבציה של פני השטח יתרון מרכזי של SiO2 שגדל תרמית הוא שהוא יכול להפחית את צפיפות מצב פני השטח של סיליקון על ידי הגבלת הקשרים המשתלשלים שלו, אפקט המכונה פסיבציה של פני השטח.
זה מונע התדרדרות חשמלית ומפחית את נתיב זרם הדליפה הנגרם על ידי לחות, יונים או מזהמים חיצוניים אחרים. שכבת SiO2 הקשה מגנה על Si מפני שריטות ונזקי תהליך שעלולים להתרחש במהלך פוסט הייצור.
שכבת SiO2 הגדלה על משטח ה-Si יכולה לקשור את המזהמים הפעילים חשמלית (זיהום יון נייד) על משטח ה-Si. הפסיביות חשובה גם לשליטה בזרם הדליפה של התקני צומת וגידול תחמוצות שערים יציבות.
כשכבת פסיבציה איכותית, לשכבת התחמוצת דרישות איכות כגון עובי אחיד, ללא חורים וחללים.
גורם נוסף בשימוש בשכבת תחמוצת כשכבת פסיבציה משטח Si הוא עובי שכבת התחמוצת. שכבת התחמוצת חייבת להיות עבה מספיק כדי למנוע משכבת המתכת להיטען עקב הצטברות מטען על פני הסיליקון, דבר הדומה למאפייני אחסון המטען והתמוטטות של קבלים רגילים.
ל-SiO2 יש גם מקדם התפשטות תרמית דומה מאוד ל-Si. פרוסות סיליקון מתרחבות במהלך תהליכים בטמפרטורה גבוהה ומתכווצות במהלך הקירור.
SiO2 מתרחב או מתכווץ בקצב קרוב מאוד לזה של Si, מה שממזער את העיוות של פרוסת הסיליקון במהלך התהליך התרמי. זה גם ימנע את ההפרדה של סרט התחמוצת ממשטח הסיליקון עקב מתח הסרט.
(3)דיאלקטרי של תחמוצת שער
עבור מבנה תחמוצת השער הנפוץ והחשוב ביותר בטכנולוגיית MOS, שכבת תחמוצת דקה במיוחד משמשת כחומר הדיאלקטרי. מכיוון שלשכבת תחמוצת השער ול-Si שמתחתיו יש מאפיינים של איכות ויציבות גבוהה, שכבת תחמוצת השער מתקבלת בדרך כלל על ידי צמיחה תרמית.
ל-SiO2 חוזק דיאלקטרי גבוה (107V/m) והתנגדות גבוהה (כ-1017Ω·cm).
המפתח לאמינות של מכשירי MOS הוא שלמות שכבת תחמוצת השער. מבנה השער במכשירי MOS שולט בזרימת הזרם. מכיוון שהתחמוצת הזו היא הבסיס לתפקוד של שבבים המבוססים על טכנולוגיית אפקט שדה,
לכן, איכות גבוהה, אחידות עובי הסרט מעולה והיעדר זיהומים הם הדרישות הבסיסיות שלו. כל זיהום שעלול לפגוע בתפקוד מבנה תחמוצת השער חייב להיות בשליטה קפדנית.
(4)מחסום סמים
SiO2 יכול לשמש כשכבת מיסוך יעילה לסימום סלקטיבי של משטח סיליקון. ברגע שנוצרת שכבת תחמוצת על משטח הסיליקון, ה-SiO2 בחלק השקוף של המסכה נחרט ליצירת חלון שדרכו חומר הסימון יכול להיכנס לפרוסת הסיליקון.
כאשר אין חלונות, תחמוצת יכולה להגן על משטח הסיליקון ולמנוע זיהומים להתפזר, ובכך לאפשר השתלת זיהומים סלקטיבית.
דופטנטים נעים לאט ב- SiO2 בהשוואה ל- Si, כך שרק שכבת תחמוצת דקה נחוצה כדי לחסום את הדופנטים (שימו לב שקצב זה תלוי בטמפרטורה).
ניתן להשתמש בשכבת תחמוצת דקה (למשל בעובי 150 Å) באזורים בהם נדרשת השתלת יונים, אשר ניתן להשתמש בה כדי למזער נזקים למשטח הסיליקון.
זה גם מאפשר שליטה טובה יותר בעומק הצומת במהלך השתלת זיהומים על ידי הפחתת אפקט התקשור. לאחר ההשתלה, ניתן להסיר את התחמוצת באופן סלקטיבי עם חומצה הידרופלואורית כדי להפוך את משטח הסיליקון לשטוח שוב.
(5)שכבה דיאלקטרית בין שכבות מתכת
SiO2 אינו מוליך חשמל בתנאים רגילים, ולכן הוא מבודד יעיל בין שכבות מתכת בשבבים. SiO2 יכול למנוע קצרים בין שכבת המתכת העליונה לשכבת המתכת התחתונה, בדיוק כמו שהמבודד על החוט יכול למנוע קצרים.
דרישת האיכות לתחמוצת היא שהוא נקי מחורים וחללים. לעתים קרובות הוא מסומם כדי להשיג נזילות יעילה יותר, שיכולה למזער טוב יותר את פיזור הזיהום. זה מתקבל בדרך כלל על ידי שקיעת אדים כימית ולא צמיחה תרמית.
בהתאם לגז התגובה, תהליך החמצון מחולק בדרך כלל ל:
- חמצון חמצן יבש: Si + O2 → SiO2;
- חמצון חמצן רטוב: 2H2O (אדי מים) + Si→SiO2+2H2;
- חמצון מסומם בכלור: גז כלור, כגון מימן כלורי (HCl), דיכלורואתילן DCE (C2H2Cl2) או נגזרותיו, מתווסף לחמצן כדי לשפר את קצב החמצון ואת איכות שכבת התחמוצת.
(1)תהליך חמצון חמצן יבש: מולקולות החמצן בגז התגובה מתפזרות דרך שכבת התחמוצת שכבר נוצרה, מגיעות לממשק בין SiO2 ל-Si, מגיבות עם Si, ואז יוצרות שכבת SiO2.
ל-SiO2 שהוכן על ידי חמצון חמצן יבש יש מבנה צפוף, עובי אחיד, יכולת מיסוך חזקה להזרקה ודיפוזיה וחזרה גבוהה של תהליך. החיסרון שלו הוא שקצב הצמיחה איטי.
שיטה זו משמשת בדרך כלל עבור חמצון באיכות גבוהה, כגון חמצון דיאלקטרי שער, חמצון שכבת חיץ דקה, או להתחלת חמצון וסיום חמצון במהלך חמצון שכבת חיץ עבה.
(2)תהליך חמצון חמצן רטוב: ניתן לשאת אדי מים ישירות בחמצן, או שניתן להשיגם בתגובה של מימן וחמצן. ניתן לשנות את קצב החמצון על ידי התאמת יחס הלחץ החלקי של מימן או אדי מים לחמצן.
שימו לב שכדי להבטיח בטיחות, היחס בין מימן לחמצן לא יעלה על 1.88:1. חמצון חמצן רטוב נובע מנוכחות חמצן וגם אדי מים בגז התגובה, ואדי מים יתפרקו לתחמוצת מימן (HO) בטמפרטורות גבוהות.
קצב הדיפוזיה של תחמוצת מימן בתחמוצת סיליקון מהיר בהרבה מזה של חמצן, ולכן קצב חמצון החמצן הרטוב גבוה בערך בסדר גודל אחד מקצב חמצון החמצן היבש.
(3)תהליך חמצון מסומם בכלור: בנוסף לחמצן מסורתי יבש וחמצן רטוב, ניתן להוסיף לחמצן גז כלור, כגון מימן כלורי (HCl), דיכלורואתילן DCE (C2H2Cl2) או נגזרותיו, כדי לשפר את קצב החמצון ואיכות שכבת התחמוצת .
הסיבה העיקרית לעלייה בקצב החמצון היא שכאשר מוסיפים כלור לצורך חמצון, לא רק שהמגיב מכיל אדי מים שיכולים להאיץ את החמצון, אלא גם כלור מצטבר ליד הממשק בין Si ל- SiO2. בנוכחות חמצן, תרכובות כלורוסיליקון מומרות בקלות לתחמוצת סיליקון, שיכולה לזרז חמצון.
הסיבה העיקרית לשיפור איכות שכבת התחמוצת היא שאטומי הכלור בשכבת התחמוצת יכולים לטהר את פעילות יוני הנתרן, ובכך להפחית את פגמי החמצון הנגרמים כתוצאה מזיהום יוני הנתרן של ציוד וחומרי גלם בתהליך. לכן, סימום כלור מעורב ברוב תהליכי חמצון חמצן יבש.
2.2 תהליך דיפוזיה
דיפוזיה מסורתית מתייחסת להעברת חומרים מאזורים בעלי ריכוז גבוה לאזורים בעלי ריכוז נמוך יותר עד לפיזורם שווה. תהליך הדיפוזיה עוקב אחר חוק פיק. דיפוזיה יכולה להתרחש בין שני חומרים או יותר, והפרשי הריכוז והטמפרטורה בין אזורים שונים מניעים את התפלגות החומרים למצב שיווי משקל אחיד.
אחת התכונות החשובות ביותר של חומרים מוליכים למחצה היא שניתן להתאים את המוליכות שלהם על ידי הוספת סוגים או ריכוזים שונים של חומרים דומים. בייצור מעגלים משולבים, תהליך זה מושג בדרך כלל באמצעות תהליכי סימום או דיפוזיה.
בהתאם למטרות התכנון, חומרים מוליכים למחצה כגון סיליקון, גרמניום או תרכובות III-V יכולים להשיג שתי תכונות מוליכים למחצה שונות, מסוג N או מסוג P, על ידי סימום עם זיהומים תורם או זיהומים מקבל.
סימום מוליכים למחצה מתבצע בעיקר בשתי שיטות: דיפוזיה או השתלת יונים, כל אחת עם מאפיינים משלה:
סימום דיפוזיה הוא פחות יקר, אך לא ניתן לשלוט במדויק על הריכוז והעומק של חומר הסימום;
בעוד שהשתלת יונים יקרה יחסית, היא מאפשרת בקרה מדויקת על פרופילי ריכוז החומרים.
לפני שנות ה-70, גודל התכונה של גרפיקה של מעגלים משולבים היה בסדר גודל של 10 מיקרומטר, ובדרך כלל נעשה שימוש בטכנולוגיית דיפוזיה תרמית מסורתית לסימום.
תהליך הדיפוזיה משמש בעיקר לשינוי חומרים מוליכים למחצה. על ידי פיזור חומרים שונים לחומרים מוליכים למחצה, ניתן לשנות את המוליכות שלהם ותכונות פיזיקליות אחרות.
לדוגמה, על ידי פיזור היסוד התלת ערכי בורון לסיליקון, נוצר מוליך למחצה מסוג P; על ידי סימום אלמנטים מחומשים זרחן או ארסן, נוצר מוליך למחצה מסוג N. כאשר מוליך למחצה מסוג P עם יותר חורים בא במגע עם מוליך למחצה מסוג N עם יותר אלקטרונים, נוצר צומת PN.
ככל שגדלים של תכונה מתכווצים, תהליך הדיפוזיה האיזוטרופי מאפשר לדיפנטים להתפזר לצד השני של שכבת תחמוצת המגן, ולגרום לקצרים בין אזורים סמוכים.
למעט כמה שימושים מיוחדים (כגון דיפוזיה ארוכת טווח ליצירת אזורים עמידים במתח גבוה בפיזור אחיד), תהליך הדיפוזיה הוחלף בהדרגה בהשתלת יונים.
עם זאת, בדור הטכנולוגיה מתחת ל-10 ננומטר, מכיוון שגודל ה-Fin במכשיר תלת-ממדי סנפיר-שדה-אפקט טרנזיסטור (FinFET) קטן מאוד, השתלת יונים תפגע במבנה הזעיר שלו. השימוש בתהליך דיפוזיה של מקור מוצק עשוי לפתור בעיה זו.
2.3 תהליך השפלה
תהליך החישול נקרא גם חישול תרמי. התהליך הוא למקם את פרוסת הסיליקון בסביבה בטמפרטורה גבוהה למשך פרק זמן מסוים כדי לשנות את המבנה המיקרו על פני השטח או בתוך פרוסת הסיליקון כדי להשיג מטרת תהליך ספציפי.
הפרמטרים הקריטיים ביותר בתהליך החישול הם טמפרטורה וזמן. ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר והזמן ארוך יותר, כך התקציב התרמי גבוה יותר.
בתהליך ייצור המעגלים המשולבים בפועל, התקציב התרמי נשלט בקפדנות. אם יש מספר תהליכי חישול בזרימת התהליך, התקציב התרמי יכול להתבטא כסופרפוזיציה של טיפולי חום מרובים.
עם זאת, עם מזעור צמתי התהליך, התקציב התרמי המותר בכל התהליך הולך וקטן, כלומר, הטמפרטורה של התהליך התרמי בטמפרטורה גבוהה הופכת נמוכה יותר והזמן מתקצר.
בדרך כלל, תהליך החישול משולב עם השתלת יונים, שקיעת סרט דק, היווצרות סיליקיד מתכת ותהליכים נוספים. הנפוץ ביותר הוא חישול תרמי לאחר השתלת יונים.
השתלת יונים תשפיע על אטומי המצע, תגרום להם להתנתק ממבנה הסריג המקורי ולפגוע בסריג המצע. חישול תרמי יכול לתקן את נזקי הסריג הנגרמים מהשתלת יונים ויכול גם להעביר את אטומי הטומאה המושתלים ממרווחי הסריג לאתרי הסריג, ובכך להפעיל אותם.
הטמפרטורה הנדרשת לתיקון נזקי הסריג היא כ-500 מעלות צלזיוס, והטמפרטורה הנדרשת להפעלת טומאה היא כ-950 מעלות צלזיוס. בתיאוריה, ככל שזמן החישול ארוך יותר וככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, כך קצב ההפעלה של זיהומים גבוה יותר, אך תקציב תרמי גבוה מדי יוביל לפיזור מוגזם של זיהומים, מה שהופך את התהליך לבלתי נשלט ובסופו של דבר גורם לפגיעה בביצועי המכשיר והמעגל.
לכן, עם התפתחות טכנולוגיית הייצור, חישול תנור מסורתי לטווח ארוך הוחלף בהדרגה בחישול תרמי מהיר (RTA).
בתהליך הייצור, כמה סרטים ספציפיים צריכים לעבור תהליך חישול תרמי לאחר שקיעה כדי לשנות תכונות פיזיקליות או כימיות מסוימות של הסרט. לדוגמה, סרט רופף הופך צפוף, משנה את קצב התחריט היבש או הרטוב שלו;
תהליך חישול נפוץ נוסף מתרחש במהלך היווצרות סיליקיד מתכת. סרטי מתכת כגון קובלט, ניקל, טיטניום וכו' ניתזים על פני השטח של פרוסת הסיליקון, ולאחר חישול תרמי מהיר בטמפרטורה נמוכה יחסית, המתכת והסיליקון יכולים ליצור סגסוגת.
מתכות מסוימות יוצרות שלבי סגסוגת שונים בתנאי טמפרטורה שונים. בדרך כלל, יש לקוות ליצור שלב סגסוגת עם התנגדות מגע נמוכה יותר ועמידות הגוף במהלך התהליך.
על פי דרישות תקציב תרמי שונות, תהליך החישול מחולק לחישול תנור בטמפרטורה גבוהה וחישול תרמי מהיר.
- חישול צינורות תנור בטמפרטורה גבוהה:
זוהי שיטת חישול מסורתית עם טמפרטורה גבוהה, זמן חישול ארוך ותקציב גבוה.
בכמה תהליכים מיוחדים, כגון טכנולוגיית בידוד הזרקת חמצן להכנת מצעי SOI ותהליכי דיפוזיה של באר עמוק, הוא נמצא בשימוש נרחב. תהליכים כאלה דורשים בדרך כלל תקציב תרמי גבוה יותר כדי להשיג סריג מושלם או פיזור אחיד של טומאה.
- חישול תרמי מהיר:
זהו תהליך של עיבוד פרוסות סיליקון על ידי חימום/קירור מהיר במיוחד והשהייה קצרה בטמפרטורת היעד, הנקרא לפעמים גם עיבוד תרמי מהיר (RTP).
בתהליך של יצירת צמתים רדודים במיוחד, חישול תרמי מהיר משיג אופטימיזציה של פשרה בין תיקון פגמי סריג, הפעלת זיהומים ומזעור פיזור הטומאה, והוא הכרחי בתהליך הייצור של צמתים בטכנולוגיה מתקדמת.
תהליך עליית/ירידה בטמפרטורה והשהייה הקצרה בטמפרטורת היעד מהווים יחד את התקציב התרמי של חישול תרמי מהיר.
לחישול תרמי מהיר מסורתי יש טמפרטורה של כ-1000 מעלות צלזיוס ולוקח שניות. בשנים האחרונות, הדרישות לחישול תרמי מהיר הלכו והחמירו, והתפתחו בהדרגה חישול הבזק, חישול ספייק וחישול לייזר, כאשר זמני החישול מגיעים לאלפיות שניות, ואף נוטים להתפתח לקראת מיקרו-שניות ותת-מיקרו-שניות.
3 . שלושה ציוד תהליך חימום
3.1 ציוד דיפוזיה וחמצון
תהליך הדיפוזיה משתמש בעיקר בעקרון של דיפוזיה תרמית בתנאי טמפרטורה גבוהים (בדרך כלל 900-1200℃) כדי לשלב יסודות זיהומים במצע הסיליקון בעומק הנדרש כדי לתת לו פיזור ריכוז מסוים, על מנת לשנות את התכונות החשמליות של חומר ויוצרים מבנה התקן מוליכים למחצה.
בטכנולוגיית מעגלים משולבים סיליקון, תהליך הדיפוזיה משמש לייצור חיבורי PN או רכיבים כגון נגדים, קבלים, חיווט חיבור, דיודות וטרנזיסטורים במעגלים משולבים, ומשמש גם לבידוד בין רכיבים.
עקב חוסר היכולת לשלוט במדויק על חלוקת ריכוז הסימום, תהליך הדיפוזיה הוחלף בהדרגה בתהליך הסימום של השתלת יונים בייצור מעגלים משולבים בקוטר פרוסות של 200 מ"מ ומעלה, אך עדיין נעשה שימוש בכמות קטנה בכבדים. תהליכי סימום.
ציוד דיפוזיה מסורתי הוא בעיקר תנורי דיפוזיה אופקיים, ויש גם מספר קטן של תנורי דיפוזיה אנכיים.
תנור דיפוזיה אופקי:
זהו ציוד לטיפול בחום בשימוש נרחב בתהליך הדיפוזיה של מעגלים משולבים עם קוטר רקיק קטן מ-200 מ"מ. המאפיינים שלו הם שגוף תנור החימום, צינור התגובה וסירת הקוורץ הנושאת פרוסות ממוקמים כולם אופקית, כך שיש לו את מאפייני התהליך של אחידות טובה בין פרוסות.
זה לא רק אחד מהציוד הקדמי החשוב בקו הייצור של המעגלים המשולבים, אלא גם בשימוש נרחב בדיפוזיה, חמצון, חישול, סגסוגת ותהליכים אחרים בתעשיות כגון מכשירים בדידים, מכשירים אלקטרוניים כוח, התקנים אופטו-אלקטרוניים וסיבים אופטיים .
תנור דיפוזיה אנכי:
מתייחס בדרך כלל לציוד לטיפול בחום אצווה המשמש בתהליך המעגל המשולב עבור פרוסות בקוטר של 200 מ"מ ו-300 מ"מ, הידוע בדרך כלל בתור תנור אנכי.
המאפיינים המבניים של תנור הדיפוזיה האנכי הם שגוף תנור החימום, צינור התגובה וסירת הקוורץ הנושאת את הפרוסה ממוקמים כולם אנכית, והרקיק ממוקם אופקית. יש לו מאפיינים של אחידות טובה בתוך הרקיק, רמה גבוהה של אוטומציה וביצועי מערכת יציבים, שיכולים לענות על הצרכים של קווי ייצור של מעגלים משולבים בקנה מידה גדול.
תנור הדיפוזיה האנכי הוא אחד הציוד החשוב בקו הייצור של מעגלים משולבים מוליכים למחצה והוא נפוץ גם בתהליכים קשורים בתחומי מכשירי חשמל אלקטרוניים (IGBT) וכן הלאה.
תנור הדיפוזיה האנכי ישים לתהליכי חמצון כגון חמצון חמצן יבש, חמצון סינתזת מימן-חמצן, חמצון סיליקון אוקסיניטריד ותהליכי צמיחת סרט דק כגון דו תחמוצת הסיליקון, פוליסיליקון, סיליקון ניטריד (Si3N4) ותצהיר שכבה אטומית.
הוא משמש גם בדרך כלל בתהליכי חישול בטמפרטורה גבוהה, חישול נחושת וסגסוגת. מבחינת תהליך הדיפוזיה, תנורי דיפוזיה אנכיים משמשים לעתים גם בתהליכי סימום כבדים.
3.2 ציוד חישול מהיר
ציוד לעיבוד תרמי מהיר (RTP) הוא ציוד לטיפול בחום של רקיק אחד שיכול להעלות במהירות את הטמפרטורה של הפרוסה לטמפרטורה הנדרשת בתהליך (200-1300 מעלות צלזיוס) ויכול לקרר אותו במהירות. קצב החימום/קירור הוא בדרך כלל 20-250°C/s.
בנוסף למגוון רחב של מקורות אנרגיה וזמן חישול, לציוד RTP יש גם ביצועי תהליכים מצוינים נוספים, כגון בקרת תקציב תרמית מעולה ואחידות פני שטח טובה יותר (במיוחד עבור פרוסות בגודל גדול), תיקון נזקי פרוסות הנגרמים על ידי השתלת יונים, וכן תאים מרובים יכולים להפעיל שלבי תהליך שונים בו זמנית.
בנוסף, ציוד RTP יכול להמיר ולהתאים גזי תהליך בצורה גמישה ומהירה, כך שניתן להשלים מספר תהליכי טיפול בחום באותו תהליך טיפול בחום.
ציוד RTP משמש לרוב בחישול תרמי מהיר (RTA). לאחר השתלת יונים, יש צורך בציוד RTP כדי לתקן את הנזק שנגרם מהשתלת יונים, להפעיל פרוטונים מסוממים ולעכב ביעילות את דיפוזיה של זיהומים.
באופן כללי, הטמפרטורה לתיקון פגמי סריג היא כ-500 מעלות צלזיוס, בעוד ש-950 מעלות צלזיוס נדרשת להפעלת אטומים מסוממים. ההפעלה של זיהומים קשורה לזמן ולטמפרטורה. ככל שהזמן ארוך יותר וככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, הזיהומים מופעלים בצורה מלאה יותר, אבל זה לא תורם לעיכוב דיפוזיה של זיהומים.
מכיוון שלציוד ה-RTP יש את המאפיינים של עליית/ירידה מהירה של טמפרטורה ומשך זמן קצר, תהליך החישול לאחר השתלת יונים יכול להשיג את בחירת הפרמטרים האופטימלית בין תיקון פגמי הסריג, הפעלת זיהומים ועיכוב דיפוזיה של זיהומים.
RTA מחולק בעיקר לארבע הקטגוריות הבאות:
(1)חישול ספייק
המאפיין שלו הוא שהוא מתמקד בתהליך החימום/קירור המהיר, אך בעצם אין לו תהליך שימור חום. חישול השפיץ נשאר בנקודת הטמפרטורה הגבוהה לזמן קצר מאוד, ותפקידו העיקרי הוא להפעיל את אלמנטי הסימום.
ביישומים בפועל, הפרוסה מתחילה להתחמם במהירות מנקודת טמפרטורת המתנה יציבה מסוימת ומתקררת מיד לאחר הגעה לנקודת טמפרטורת היעד.
מאחר וזמן התחזוקה בנקודת טמפרטורת היעד (כלומר, נקודת טמפרטורת השיא) הוא קצר מאוד, תהליך החישול יכול למקסם את מידת הפעלת הטומאה ולמזער את מידת דיפוזיית הטומאה, תוך שהוא בעל מאפייני תיקון חישול פגמים טובים, וכתוצאה מכך גבוה יותר. איכות מליטה וזרם דליפה נמוך יותר.
חישול ספייק נמצא בשימוש נרחב בתהליכי צומת רדודים במיוחד לאחר 65 ננומטר. פרמטרי התהליך של חישול ספייק כוללים בעיקר טמפרטורת שיא, זמן שהייה שיא, סטיית טמפרטורה ועמידות פרוסות לאחר התהליך.
ככל שזמן השיא קצר יותר, כך ייטב. זה תלוי בעיקר בקצב החימום/קירור של מערכת בקרת הטמפרטורה, אבל לאווירת גז התהליך הנבחר יש לפעמים גם השפעה מסוימת עליה.
לדוגמה, להליום יש נפח אטומי קטן וקצב דיפוזיה מהיר, מה שמסייע להעברת חום מהירה ואחידה ויכול להפחית את רוחב השיא או את זמן השהייה. לכן, הליום נבחר לפעמים כדי לסייע בחימום וקירור.
(2)חישול מנורה
טכנולוגיית חישול מנורה נמצאת בשימוש נרחב. מנורות הלוגן משמשות בדרך כלל כמקורות חום חישול מהיר. קצבי החימום/קירור הגבוהים שלהם ובקרת הטמפרטורה המדויקת שלהם יכולים לעמוד בדרישות של תהליכי ייצור מעל 65 ננומטר.
עם זאת, הוא אינו יכול לעמוד במלואו בדרישות המחמירות של תהליך ה-45 ננומטר (לאחר תהליך ה-45 ננומטר, כאשר מתרחש מגע ניקל-סיליקון של ה-LSI הלוגי, יש לחמם את הפרוסה במהירות מ-200 מעלות צלזיוס למעל 1000 מעלות צלזיוס תוך אלפיות שניות, כך שבדרך כלל נדרש חישול בלייזר).
(3)חישול בלייזר
חישול בלייזר הוא תהליך של שימוש ישיר בלייזר כדי להעלות במהירות את הטמפרטורה של פני השטח של הפרוסה עד שהיא מספיקה כדי להמיס את גביש הסיליקון, מה שהופך אותו להפעלה גבוהה.
היתרונות של חישול בלייזר הם חימום מהיר במיוחד ובקרה רגישה. זה לא מצריך חימום נימה ובעצם אין בעיות עם פיגור טמפרטורה וחיי נימה.
עם זאת, מנקודת מבט טכנית, לחישול לייזר יש בעיות זרם דליפה ופגמים בשאריות, אשר ישפיעו גם על ביצועי המכשיר.
(4)חישול הבזק
חישול הבזק היא טכנולוגיית חישול המשתמשת בקרינה בעוצמה גבוהה כדי לבצע חישול ספייק על פרוסות בטמפרטורת חימום מראש ספציפית.
הפרוסה מחוממת מראש ל-600-800 מעלות צלזיוס, ולאחר מכן משתמשים בקרינה בעוצמה גבוהה להקרנת פעימה קצרה. כאשר טמפרטורת השיא של הפרוסה מגיעה לטמפרטורת החישול הנדרשת, הקרינה נכבית מיד.
ציוד RTP נמצא בשימוש יותר ויותר בייצור מעגלים משולבים מתקדמים.
בנוסף לשימוש נרחב בתהליכי RTA, ציוד RTP החל לשמש גם בחמצון תרמי מהיר, ניטרידציה תרמית מהירה, דיפוזיה תרמית מהירה, שקיעת אדים כימית מהירה, כמו גם ייצור סיליקיד מתכת ותהליכים אפיטקסיאליים.
———————————————————————————————————————————————— ——
Semicera יכול לספקחלקי גרפיט,לבד רך/נוקשה,חלקי סיליקון קרביד,חלקי סיליקון קרביד CVD, וחלקים מצופים SiC/TaCעם תהליך מוליכים למחצה מלא תוך 30 יום.
אם אתה מעוניין במוצרי המוליכים למחצה לעיל,אנא אל תהסס לפנות אלינו בפעם הראשונה.
טל': +86-13373889683
WhatsApp: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
זמן פרסום: 27 באוגוסט 2024