快速退火炉系统设计与实现

论文摘要

快速退火炉是现代大规模集成电路生产工艺过程中的关键装备。主要用于离子注入后杂质的激活、浅结制作、生长高质量的氧化膜层和金属硅化物合金形成等工艺。随着集成电路工艺技术的飞速发展,开展快速退火炉系统的技术研究,对国内开发和研究具有自主知识产权的快速退火炉装备,有着十分重要的理论意义和工程应用价值。本文针对现代半导体器件退火工艺对快速退火炉系统的技术要求,在综合分析国内外各种快速退火炉系统技术基础上,通过深入的分析研究,设计了系统总体技术方案。拟定采用灯光辐射型热源装置,上下两排成正交的灯管组对位于其中间的半导体硅片进行直接加热实现温度的快速上升,以单点测温作为温度测量的解决方案作为系统总体方案。根据热传导基本理论,以实现系统总体技术指标作为已知参数计算得到系统所需要的热功率,在此基础上实现热源与反应腔体、冷却系统、送气系统等部件的设计。通过分析影响硅片表面温度边缘效应的因素,提出灯管分区及分区控制的设计方案,实现硅片表面温度的均匀性；通过非接触式温度测量原理的分析,完成光学高温计选型、测温方案以及温度校准设计,实现温度的精确测量,基于系统模型的温度控制器设计保证了温度控制的精度与稳定度；在分析硅片传送功能性要求的基础上,完成传送系统流程设计,实现了系统传片效率与传片的高可靠性；控制系统功能性设计、总体架构以及主控制程序流程图设计实现整机的全自动化,保证系统具有自动化水平高、控制和管理功能强大、操作简便、可靠性高等特点,能很好地适应快速退火炉系统对自动控制的要求。试验结果表明,本文所设计的快速退火炉系统可以满足半导体快速退火工艺对设备的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究背景及意义
• 1.1.1 硅片快速热处理工艺概述
• 1.1.2 快速退火炉系统概述
• 1.1.3 课题研究意义
• 1.2 快速退火炉系统的国内外研究概况及发展趋势
• 1.2.1 快速退火炉系统的发展历程
• 1.2.2 快速退火炉系统的国内外研究现状
• 1.2.3 快速退火炉系统的发展趋势
• 1.3 论文的研究内容与安排
• 1.4 本章小结
• 第二章 快速退火炉系统方案设计
• 2.1 热源方案分析
• 2.1.1 可供选择的两种热源方案分析
• 2.1.2 灯光加热型热源设计方案的确定
• 2.2 温度测量方案分析
• 2.2.1 温度测量方案选择分析
• 2.2.2 温度测量设计方案的确定
• 2.3 系统总体方案设计及主要技术指标
• 2.4 本章小结
• 第三章 快速退火炉关键系统与部件设计
• 3.1 快速退火炉系统加热功率设计
• 3.1.1 快速退火炉系统热设计概述
• 3.1.2 热设计理论计算
• 3.2 高强度光源和反应腔体设计
• 3.2.1 卤钨素灯功率密度计算
• 3.2.2 加热灯管的功率分配及分区
• 3.2.3 反应腔体设计
• 3.3 温度测量与温度控制器设计
• 3.3.1 非接触式温度测量原理及测温元件选择
• 3.3.2 温度校正原理
• 3.3.3 温度控制硬件设计
• 3.3.4 温度控制器设计
• 3.4 硅片传送系统设计
• 3.4.1 硅片传送系统的功能性设计
• 3.4.2 硅片传送系统控制流程设计
• 3.5 自动控制系统设计
• 3.5.1 自动控制系统功能设计
• 3.5.2 主控制系统总体架构设计
• 3.5.3 主控制程序流程图设计
• 3.6 本章小结
• 第四章 快速退火炉辅助系统设计
• 4.1 冷却系统设计
• 4.2 工艺送气系统设计
• 4.3 气动系统设计
• 4.4 防颗粒污染设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 快速退火炉系统的实验研究
• 5.1 主要设备及实验测试仪器的工作原理
• 5.2 设备调试及工艺实验
• 5.2.1 温度控制器实验与分析
• 5.2.2 退火炉系统均匀性指标调试
• 5.2.3 退火温度与退火时间对薄层电阻的影响
• 5.2.4 均匀性实验测试
• 5.3 实验结论
• 5.4 本章小结
• 第六章 研究结论与展望
• 6.1 研究结论
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 作者在学期间取得的相关科研成果
• 附录A 在学期间获得的专利
• 附录B 在学期间科研成果获奖情况