集成电路制造里的快速热处理（RTP）工艺

快速热处理（RTP）设备是一种单片热处理设备，可以将晶圆的温度快速升至工艺所需温度（200-1300℃），并且能够快速降温，升/降温度速率微20-250℃。除了能源种类多，退火时间范围宽，RTP设备还具有其他优良的工艺性能，如极佳的热预算和更好的表面均匀性，尤其对大尺寸的晶圆片。修复离子注入后的损伤，多个腔体可以同时运行不同的工艺过程。

此外，RTP设备还可以灵活、快速地转换和调节工艺气体，使得在问一个热处理过程中可以完成多段热处理工艺。离子注入完成后，需要用 RTP 设备修复离子注入产生的损伤，激活掺杂质子并有效抑制杂质扩散。

一般而言，修复晶格缺陷的温度约为500℃，而激活掺杂原子则需要950℃。杂质的激活与时间和温度有关，时间越长，温度越高，则杂质的激活越充分，但不利于杂质扩散的抑制。因 RTP 设备具有快速升／降温、持续时间短的特点，使得离子注入后的退火工艺能够在晶格缺陷修复、激活杂质和抑制杂质扩散这三者之间实现参数的最优化选择。 RTA 主要分为如下4类：

1）尖峰退火（ Spike Annealing )：其特点是注重快速升／降温过程，但基本没有保温过程。尖峰退火在高温点滞留时间很短，其主要作用是激活掺杂元素。在实际应用中，晶圆片由某一稳定待机温度点开始快速升温，到达目标温度点后立即降温。由于在目标温度点（即尖峰温度点）的维持时间很短，因此使该退火过程能够实现杂质活化程度最大化和杂质扩散程度最小化，同时具有良好的缺陷退火修复特性，形成的接合质量较高，漏电流较低。尖峰退火在65nm之后的超浅结工艺中得到广泛应用。

2）灯退火（ Lamp Annealing )：灯退火技术的应用比较广泛，一般采用卤素灯作为快速退火热源，其很高的升／降温速率和精确的温度控制可以满足65nm以上的制造工艺的要求，但不能完全满足45nm工艺的苛刻要求（45nm工艺之后逻辑 LSI 的镍硅接触时，需要在毫秒内将晶圆片从200℃快速加热到1000℃以上，因此一般需要采用激光退火方式）。

3）激光退火（ Laser Annealing )：激光退火是直接利用激光快速提高晶圆片层的温度，直至足够熔化硅晶体，从而使其高度活化。激光退火的优势是升温伏、控制灵敏，不需要用灯丝进行加热，基本不存在温度滞后和灯丝寿命的问题。但从技术角度来看，激光退火存在漏电流和残留物缺陷问题，对器件性能也会造成一定的影响。

4）闪光退火（ Flash Annealing )：闪光退火是一种利用高强度辐射对特定预热温度下的晶圆片进行尖峰退火的退火技术。晶圆片的预热温度为600-800℃。之后采用高强度辐射进行短时间脉冲照射，当晶圆片温度峰值达到所需退火温度时，立即关闭辐射。

RTP设备的核心技术主要包括反应腔室（包括热源）设计、温度测量技术和温度控制技术。在 RTP 设备中，热量多数借助辐射的方式传导至晶圆片上。目前使用的辐射能源主要有卤素灯、电弧灯和传统电阻式热源。由于卤素灯的价格和使用时限均比较低，因而使用较为广泛。

在温度测量技术方面， RTP 设备中晶圆片温度的精确测量对温度控制效果工艺成品率具有决定性的影响。通常，在 RTP 设备中的温度测量是依靠热电偶与高温计来实现的。热电偶属于接触式传感器，无法直接用于工艺中，但它能表征真实、可靠的温度信号，因此热电偶通常用于校正其他的温度传感器；而工艺过程中的温度测量，则基本依赖非接触式的传感器（如高温计等）来实现。

在温度控制技术方面，良好的温度控制系统设计首先取决于对控制对象认知的程度。依据充分的实验数据，建立合理、准确的 RTP 温度过程控制的数学模型，是一项非常重要的工作。该数学模型往往十分复杂，并不适宜作为控制器设计的系统模型，通常要将其简化，抽取最具代表性的部分。

博视广达的快速退火炉，通过独有研发温控技术和软件协同工作，在成熟制程工艺体系里的温控均匀度、重复性、精度上已经达到先进水平，为业界专家称赞。目前已经成功替代了不少半导体厂家所追求的二手进口产品。

RTP 设备在先进集成电路制造领域的应用越来越广泛。除了大量应用于 RTA 工艺以外， RTP 设备也开始应用于快速热氧化、快速热氮化、快速热扩散、快速化学气相沉积，以及金属硅化物生成、外延工艺。