- RTP NEDİR VE UYGULAMA ALANLARI NELERDİR?
Yarı iletken üretiminde önemli bir teknik olan hızlı ısıl işlem, yüksek yoğunluklu lambalar veya lazerler kullanılarak silikon levhanın daha hızlı işlenmesini sağlar. Bu işlemlerde termal şoktan kaçınmak için alttaş dikkatlice soğutulur.
Dopant aktivasyonu, termal oksidasyon, metal yeniden akışı ve kimyasal buhar biriktirme, yarı iletken üretiminde kullanılan hızlı termal süreçlerin örnekleridir.
Hızlı Isıl İşlem (RTP), orijinal olarak iyon implant tavlaması için geliştirilmiştir. İyon implantasyonu sırasında dopantlar substrata doğrudan yüksek enerjili iyon bombardımanı yoluyla implante edilir. Bu işlem yapılırken yüksek enerjili iyonların substratın atomlarıyla çarpışması, substratın malzeme yapısında değişikliklere ve hasarlara neden olur. İyon implantasyonundan sonra substratın yapısını eski haline getirmek için malzemeye tavlama ısıl işlemi uygulanır.
Başlangıçta bu işlem için geliştirilmiş olmasına rağmen, oksidasyon, silisit oluşturma, kimyasal buhar biriktirme gibi uygulamaları içerecek şekilde genişlemiştir. Ayrıca uygulama alanı, kafes ara yüzünü veya stres gevşemesini iyileştirmek için elementlerin, bileşiklerin veya alaşımların kristalografik fazını değiştirmek gibi gelişmiş uygulamaları da içermektedir(https://photonexport.com/rapid-thermal-processing/).
RTP, ortalama 20 200°C/sn rampa oranları ve iyi gaz ortam kontrolü ile 200 ile 1300°C arasında değişen proses sıcaklıklarına kadar hızlı ısıtma ve soğutmaya izin veren dinamik bir teknolojidir ve tek bir proses tarifiyle karmaşık çok aşamalı proseslerin oluşturulmasına izin verir.
1.1 Yerleşik reaksiyon prosesleri
İlk işlem türü, yerleşik reaksiyon olarak bilinir; burada, ekstra harici malzeme olmadan alttaşın içinde veya üzerinde halihazırda mevcut malzemelerin yapısını etkilemek için ısı kullanılır. Bunlar tipik yerleşik reaksiyonların uygulamalarıdır: İmplant tavlaması, Dopantların difüzyonu, Ohmik temas tavlaması, Polimerlerin termal tavlaması, Yoğunlaştırma ve kristalizasyon.
1.2 Yüzey etkileşimi prosesleri
İkinci tip işlem, ısının, alttaş yüzeyinin üzerine dağıtılan gazlar tarafından değiştirildiği yüzey etkileşimidir. İki kategori arasındaki fark, ısıtma işlemi sırasında reaktif gaz formundaki malzemenin girmesidir. Bunlar yüzey etkileşimi proseslerine örnektir: Oksidasyon, Silikon karbonizasyon, Selenizasyon, Nitrürleme.
Son Hızlı Isıl İşlem (RTP) türü, Hızlı Termal Kimyasal Buhar Biriktirme İşlemidir (RTCVD).
Hızlı Termal Kimyasal Buhar Biriktirme İşlemlerinin (RTCVD) biriktirme prosedürleri, Kimyasal Buhar Biriktirme’ye (CVD) dayanmaktadır. CVD’de gazlar, ince bir tabaka oluşturmak için ısıtılmış substratın yüzeyi ile reaksiyona girer. Isı, fotonlar ve plazma kimyasal süreci yönlendirir.
Yarı iletken endüstrisinde, daha gelişmiş sonuçlar elde etmek için darbeli teknolojiler kullanılabilir. PVD HIPIMS (yüksek voltaj enerjisi – kW·cm-2 düzeninde ~100 µs uzunluğunda), ultra kısa darbeli lazer (femtosaniye lazerler) ve şimdi de RTP.
2. DARBE MODUNDA TAVLAMA
Vakum altında çalışma kapasitesi, azaltılmış basınç, ikincil vakum ve geniş bir sıcaklık aralığı ile Annealsys, hızlı tavlama fırınlarının özelliklerini geliştirmiştir.
Annealsys, termal olarak hassas substratlar üzerinde biriktirilen katmanları tavlamak için müşteri taleplerine yanıt olarak darbeli bir tavlama modu yaratmıştır.
Annealsys’in sıcaklık kontrolörü, 10 ms’lik zamansal hassasiyetle bir tepe güç profilinin oluşturulmasına izin verir. İşlem açık döngüde yapılmasına rağmen, özellikle ışıklara güç sağlamak için tasarlanmış güç dönüştürücüler, dikkate değer bir tutarlılık sağlar. Bu işlem, bu tavlama modunun yıllarca üretimde kullanılmasına olanak sağlar.
Aşağıdaki güç darbesi parametreleri yapılandırılabilir: Rampa süresi, Başlangıç güç seviyesi, Darbenin yavaşlaması, Rampanın sonunda darbenin yüksek gücü.
Bu, bir arka plan sıcaklığının (örneğin, 400°C) ayarlanmasına ve bu sıcaklıktan başlayarak bir güç darbesinin üretilmesine izin verir. Pirometre sonunda darbeleri kontrol edebilir.
Darbelerin gücünü ve süresini kontrol etmek, darbe enerjisini darbe başına 5 ila 100 Joule arasında kontrol etmenizi sağlar. Sistem, darbelerin gücünün ve enerjisinin son derece hassas bir şekilde ayarlanmasını sağlar.
Güç darbe enerjisi, flaş lambaları kullanan hızlı tavlama sistemindekiyle aynı seviyeye ayarlanır.
Ön ısıtma sıcaklığı, makine sıcaklık aralığında ±1°C hassasiyetle kontrol edilebilir.
Ayrıca, Annealsys soğuk duvarlı fırın teknolojisi kullanılarak substrat üst tarafından ısıtılırken, arka tarafından soğutulabilir. Bu işlem substratın, ön ve arka yüzeyleri arasında birkaç yüz derecelik bir gradyan oluşturabilir. Aşağıdaki çizimde gösterilmiştir.
1 ile 2 saniye arasında değişen görev döngüsü ile darbeler oluşturmak mümkündür. Dalga boyları görünür bölgeden 4 µm’ye kadar değişir. Lambaların özel güç dönüştürücüler aracılığıyla güçlerinin kontrol edilebilmesi sayesinde, yüksek derecede tekrarlanabilirlik sağlar ve tutarlı pozlama homojenliği elde edilir. Annealsys RTP sistemi, standart kuvars pimlere takılan substratların yanı sıra, bir susceptor üzerine kurulu daha küçük parçaları da tavlayabilir. Annealsys, laboratuvarında demo olarak örnekleriniz üzerinde tavlama yapabilir.