退火工艺 Thermal Annealing介绍

很多朋友对退火工艺，Thermal，Annealing介绍不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

退火工艺又称热退火，是将硅片置于一定时间的高温环境中，使硅片表面或内部的微结构发生变化，以达到特定的工艺目的。退火工艺最关键的参数是温度和时间。温度越高，时间越长，热预算越高。在实际的集成电路制造过程中，热预算是严格控制的。

如果工艺流程中有多步退火工艺，热预算可以表示为多次热处理的叠加，即

DT(eff)=DT(1) DT(2).DT(n)

随着工艺节点的小型化，整个工艺中允许的热预算越来越少，即高温热工艺的温度变低，时间变短。通常，退火工艺与其他工艺(如离子注入、薄膜沉积、金属硅化物形成等)相结合。)，而最常见的就是离子注入后的热退火。离子注入会撞击衬底原子，使其脱离原来的晶格结构，从而对衬底晶格造成损伤。

热退火可以修复离子注入造成的晶格损伤，使注入的杂质原子从晶格间隙向晶格点移动，从而激活它们。晶格损伤修复所需的温度约为500，杂质活化所需的温度约为950.

理论上，退火时间越长，温度越高，杂质的激活率越高，但过多的热预算会导致杂质过度扩散，使工艺不可控，造成最终器件和电路性能下降。因此，随着制造技术的发展，传统的长时间炉管退火逐渐被快速热退火(RTA)所取代。在制造过程中，一些特定的薄膜在沉积后需要进行热退火，以改变薄膜的一些物理或化学特性。

例如，松散的膜变得致密，在干蚀刻或湿蚀刻期间改变其速度；或者在高介电常数栅介质生长后进行沉积后退火(PDA ),以改善高介电常数栅介质的特性，降低栅漏电流，提高介电常数。更经常使用的另一种退火工艺出现在形成金属硅化物的工艺中。钴、镍、钛等金属薄膜。溅射到硅片表面，经过低温快速热退火后，金属与硅形成合金。

一些金属在不同的温度下形成不同的合金相，因此通常希望在工艺中形成具有低接触电阻和体电阻的合金相。如上所述，根据热预算要求的不同，退火工艺可分为高温炉管退火和快速热退火。高温炉管退火是一种传统的退火方法，温度高，退火时间长，热预算高。

它广泛应用于一些特殊的工艺中，如氧注入隔离法制备SOI衬底(SIMOX)和深n阱的扩散驱入工艺。通常，这种工艺需要高热预算以获得完美的晶格或均匀的杂质分布。

快速热退火是以极快的温度上升/下降和在目标温度的短暂停留来处理硅片，有时称为快速热处理(RTP)。在形成超浅结的过程中，快速热退火实现了晶格缺陷修复、杂质激活和杂质扩散最小化之间的折衷，这在先进技术节点的制造过程中是必不可少的。加热/冷却过程和目标温度的短暂停留一起构成了快速热退火的热预算。

传统的快速热退火温度在1000左右，时间在秒量级。

近年来，对其要求越来越严格，逐渐发展出闪光灯退火(Fla)、尖峰退火(ISA)和激光尖峰退火(ISA)。退火时间已经达到毫秒级，甚至有微秒和亚微秒级的趋势。激光退火最独特的优点是空间上的局部性和时间上的短暂性。激光光源的能量用于将晶片表面快速加热到临界熔点温度。

由于硅的高热导率，硅片表面可以在大约0。1ns。激光退火系统可以在离子注入后以最小的杂质扩散激活掺杂剂离子，并已用于45纳米以下的工艺技术节点。激光退火系统可以与峰值退火系统一起使用，以达到最佳效果。

审核编辑：李倩

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