¿Dónde se utiliza el tratamiento térmico rápido?
El sistema RTP utiliza una fuente de calor radiante para calentar las obleas una a una, y la medición y control de la temperatura se completa mediante un pirómetro. En el pasado, los procesos tradicionales de tratamiento térmico utilizaban hornos discontinuos de alta temperatura, donde se calentaba una gran cantidad de obleas simultáneamente en el mismo tubo del horno. Los hornos intermitentes de alta temperatura todavía se utilizan ampliamente y son más adecuados para procesos de tratamiento térmico con tiempos de procesamiento relativamente largos (más de 10 minutos).
La tecnología RTP es ampliamente utilizada. Puede alcanzar rápidamente la temperatura requerida por el proceso (200~1300℃) y enfriarse rápidamente, generalmente a una velocidad de 20~250℃/s. Además, RTP también puede controlar bien el gas de proceso; Por lo tanto, RTP puede completar procesos complejos de tratamiento térmico de múltiples etapas en una sola receta. La capacidad del RTP para calentarse y procesarse rápidamente en poco tiempo es muy importante porque la fabricación avanzada de semiconductores requiere que el tiempo de tratamiento térmico se acorte tanto como sea posible y se limite el grado de difusión de impurezas. Reemplazar el lento proceso de tratamiento térmico con RTP también puede acortar en gran medida el ciclo de crecimiento, por lo que la tecnología RTP es particularmente valiosa para la etapa de mejora del rendimiento.
Los sistemas RTP tienen muchas estructuras de calefacción, fuentes de calor y métodos de control de temperatura. Entre ellos, el uso de múltiples filas de lámparas de haluro de tungsteno para calentar la oblea es el método más utilizado, porque la fuente de calor que proporciona es fácil de controlar, conveniente, efectiva y rápida. En un sistema RTP, la fuente de calor mira directamente a la superficie de la oblea, en lugar de calentar el borde de la oblea como en un horno discontinuo de alta temperatura. Por lo tanto, cuando el sistema RTP procesa obleas de gran diámetro, no afectará la uniformidad ni la velocidad de calentamiento (enfriamiento) del proceso. Generalmente, el sistema RTP también tiene una función de rotación de la oblea, lo que mejora la uniformidad del tratamiento térmico.
El sistema RTP más avanzado puede controlar con precisión la distribución de temperatura en la superficie de la oblea en 3 s
Otro factor clave de RTP es la medición y el control de la temperatura. La Figura 1 es un diagrama esquemático de un sistema RTP controlado por un pirómetro que mide la temperatura en la parte posterior de la oblea. Los primeros sistemas RTP adolecían de una repetibilidad deficiente porque la emisividad espectral cambiaba cuando la parte posterior de la oblea se recubría de manera diferente, lo que generaba lecturas de temperatura erróneas. El sistema RTP actual incluye un complejo sistema de corrección de emisividad y la repetibilidad del tratamiento térmico es muy buena.
Una aplicación importante de RTP es activar la implantación iónica de impurezas para formar enlaces ultrafinos. Este proceso requiere que el sistema de tratamiento térmico tenga funciones rápidas de calentamiento y enfriamiento, porque después de la implantación de iones, la oblea debe calentarse a aproximadamente 1050 °C para el recocido a alta temperatura para eliminar el daño causado por la implantación de iones y activar las impurezas implantadas. Al mismo tiempo, se debe acortar el tiempo de procesamiento a alta temperatura, minimizando la difusión de iones de impurezas. Con este fin, se desarrolló un método de recocido de púas que permite calentar rápidamente la oblea y luego enfriarla inmediatamente.
Otra aplicación importante del RTP es la formación de siliciuros metálicos. Durante este proceso, la película metálica reacciona con el silicio en las regiones de fuente, drenaje y compuerta para formar siliciuro metálico. En procesos lógicos avanzados, un metal comúnmente utilizado es el cobalto y se está desarrollando níquel para el proceso de 65 nm. El proceso de formación de siliciuro metálico generalmente se realiza por debajo de 500 °C y la oblea debe calentarse en un ambiente protegido con gas de alta pureza porque la película metálica es muy sensible a las reacciones de oxidación. Los sistemas RTP son ideales para este proceso. Dado que el reactor RTP es pequeño, es fácil pasar gas de alta pureza para la purificación, formando un entorno de reacción muy limpio.
El RTP juega un papel cada vez más importante en las reacciones de oxidación. Debido a que RTP puede utilizar una variedad de gases para un tratamiento térmico rápido y a alta temperatura, las condiciones del proceso se pueden controlar con precisión para generar una película de óxido con un rendimiento excelente. Las películas de óxido producidas por RTP se utilizan comúnmente en materiales dieléctricos de compuertas, películas de óxido y almohadillas de aislamiento de zanjas poco profundas (STI). El vapor de agua en los gases abre un nuevo campo de aplicación para el RTP. Por ejemplo, la oxidación selectiva de estructuras de pilas de compuertas que contienen tungsteno con vapor rico en H2 ha atraído especial atención en la tecnología DRAM avanzada.