“RTP”一词并不指代单一的特定温度。 相反，快速热处理（RTP）是一种半导体制造技术，涉及将晶圆加热到非常高的温度，通常超过1,000°C (1832°F)，持续时间极短，通常只有几秒钟。确切的温度会根据特定的工艺步骤（例如，注入退火、硅化物形成或氧化）进行精确控制和定制。
关键的见解不在于温度本身，而在于极端热量和短暂时间的组合。RTP在短时间内提供巨大的热预算，从而在晶圆中实现特定的物理变化，同时防止长时间加热可能发生的掺杂剂扩散等不良副作用。
RTP在芯片制造中的作用
什么是“热预算”？
在半导体制造中，热预算是晶圆在其整个制造过程中所暴露的总热能。它是温度和时间的函数。
每个高温步骤都会“消耗”一部分此预算。超过总预算可能导致缺陷并破坏芯片上的微观结构。
传统炉的缺点
传统的批次炉会同时加热数百片晶圆，时间通常长达30分钟或更久。
虽然对某些步骤有效，但这种长时间加热会导致明显的掺杂剂扩散。掺杂剂是为控制硅的电学特性而有意添加到硅中的杂质。如果它们移动或扩散过多，产生的晶体管将无法正常工作，尤其是在现代芯片的小尺寸下。
为什么RTP是解决方案
在不扩散的情况下激活注入
掺杂剂被注入到硅晶圆后，它们以电不活性的状态存在于晶格中并引起结构损伤。需要加热来修复这种损伤并“激活”掺杂剂。
RTP提供短暂而强烈的热量冲击。这足以修复晶格并激活掺杂剂，但时间太短，以至于它们不会从预定位置显著扩散。这个过程通常被称为快速热退火（RTA）。
形成硅化物
RTP也用于形成硅化物，这是一种高导电性的金属和硅的化合物。它们用于为晶体管的源极、漏极和栅极创建低电阻接触点。
该过程涉及沉积一层薄薄的金属（如钛或钴），然后使用精确的RTP循环。热量引起化学反应，仅在金属接触硅的地方形成硅化物，确保了出色的电气连接。
理解权衡
单片晶圆处理
与一次处理多片晶圆的批次炉不同，RTP系统一次处理一片晶圆。这导致吞吐量较低，使得按晶圆计算的成本更高、耗时更长。
温度均匀性至关重要
在几秒钟内将晶圆从20°C加热到1000°C以上再降回来的过程带来了巨大的工程挑战。晶圆上任何温度不均匀都可能导致应力，从而导致翘曲或称为“滑移位错”的晶体缺陷，从而破坏器件。现代RTP系统使用复杂的灯阵和高温计阵列来确保几度以内的均匀性。
如何为RTP选择温度
RTP步骤的具体温度和时间并非任意选择。它们是根据所需的物理结果精心挑选的。
- 用于注入退火： 目标是达到足够高的温度（例如1050°C）来激活掺杂剂，但时间要短（例如1-2秒），以使扩散可忽略不计。
- 用于硅化物形成： 这通常涉及在较低温度下（例如600-800°C）进行两步RTP过程，以控制化学反应并形成所需的硅化物相。
- 用于氧化： RTP可用于在高温下（例如1100°C）生长极薄、高质量的氧化层。短时间允许对厚度进行纳米级的控制。
理解RTP在于认识到战略性地利用短时间的高热来解决关键的制造挑战。
总结表：
| RTP工艺步骤 | 典型温度范围 | 主要目的 |
|---|---|---|
| 注入退火 (RTA) | 1000°C - 1100°C | 在扩散最小的情况下激活掺杂剂 |
| 硅化物形成 | 600°C - 800°C | 形成低电阻率的电接触点 |
| 氧化 | 高达约1100°C | 生长超薄、高质量的氧化层 |
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