超大规模集成电路快速热退火工艺的优化研究

论文摘要

当面对更大尺寸的硅片和更小的特征尺寸器件时,硅片上温度的微小变化,所造成的温度不均匀度,就会导致产品合格率的降低,论文提出快速热退火温度均匀性的解决方案。在阐述原理的基础上,通过ASMC制造工艺流程中应用的实例,选取不同剂量,不同能量,不同杂质离子作为工艺条件,在纯氮气的工艺气氛中进行不同温度的热退火,以寻找适合RTP(快速热退火)设备日常监控温度变化最敏感的工艺条件。生产实际中发现LPNP(横向PNP管)集电极和发射极的短路,我们分析SEM(产品截面)照片,通过模拟实验,找出LPNP集电极和发射极短路的原因,通过快速热退火工艺,治愈了损伤,提高了成品率。本论文的研究课题来源于企业的大规模生产实践,对于同类的快速热退火设备的日常监控具有参考意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 RTP快速热退火介绍
• 1.1.1 快速热退火设备介绍
• 1.1.2 RTP快速热退火用途
• 1.1.3 注入、恢复损伤及退火原理
• 1.1.3.1 离子注入工艺简介
• 1.1.3.2 注入损伤及退火原理
• 1.2 传统炉管和快速热处理工艺对比
• 1.2.1 炉管退火和 RTP快速热处理对器件电参数影响
• 第二章 快速热退火温度均匀性和温度监控探讨
• 2.1 快速热退火温度均匀性的研究
• 2.1.1 快速热退火（RTP）的热均匀性控制的重要性
• 2.1.2 优化 RTP温度均匀性的设计方案（轴对称排列灯阵列）
• 2.1.2.1 轴对称排列灯阵列的设计原则
• 2.1.2.2 最佳设计参数的计算
• 2.1.3 RTP温度均匀性的实验数据
• 2.2 快速热退火温度监控
• 2.2.1 快速热退火温度测量
• 2.2.1.1 光测高温术
• 2.2.1.2 热板法
• 2.2.1.3 直接热电偶测量法
• 2.2.2 温度控制
• 2.3 本章小结
• 第三章 不同杂质在 RTP设备控制温度区间的数据
• 3.1 工艺试验和数据分析
• 3.1.1 注入能量对方块电阻随温度变化的影响
• 3.1.2 重杂质离子砷（As75）注入的薄层电阻对温度的敏感度
• 3.1.3 轻杂质离子硼（Bll）注入的薄层电阻对温度的敏感度
• 3.2 RTP生成氧化膜和评价氧化膜的方法介绍
• 3.2.1 RTP生成氧化膜
• 3.2.2 评价氧化膜的方法
• 第四章 用 RTP解决氧化层的损伤造成的工艺问题
• 4.1 氧化层损伤造成的工艺问题
• 4.2 氧化层损伤问题的解决
• 4.2.1 LPNP管的会出现随机短路问题的实验验证
• 4.2.2 改进和解决方案
• 4.3 小结
• 第五章 结论
• 第六章 快速热退火的展望
• 参考文献
• 致谢