晶圓熱處理目的及主要制程

半導體制造過程的熱處理，指的是將矽晶圓放置在充滿氮氣（N2）或氫氣（Ar2）等惰性氣體環境中施予熱能的處理。

熱處理包括在單純的惰性氣體中摻雜微量的氧氣（O2），使產生薄薄一層氧化膜，同時進行處理；以及在單純的惰性氣體中摻雜微量的氫氣（H2），促使熱氧化膜與矽介面之間的電性安定，同時進行處理等。如圖2-10-1所示，熱處理具有各種制程及目的。

依目的分別的熱處理制程

在“布植后熱處理”中，將摻雜到矽表面附近的導電型不純物，透過熱擴散現象，使之進行再分布，借此達成不純物分布在縱斷面的需求。故此種熱處理，需控制溫度及處理時間。

在“加熱再流動（Reflow）”中，將硼或磷、或者同時以硼和磷的低熔點BPSG膜（硼磷矽化玻璃）在高溫下使呈流動態，使其在晶圓表面呈現平緩的狀態。此種熱處理，需控制BPSG內所含硼及磷的濃度、熱處理溫度、處理時間。

在“金屬矽化熱處理（矽金屬化）”中，將鎳（Ni）及矽（Si）進行熱反應，形成矽化鎳（NiSi2）。矽化錦可被堆積在M0S電晶體的閘極電極，以及源極、汲極擴散層的表面，用以降低層阻抗。

在“活性化”中，對晶圓加熱使矽晶格產生震動，讓離子注入后的導電型不純物能夠移動到正確的晶格點中，活化晶圓的電性。

在“界面安定化”中，在熱氧化膜（SiO2）與矽（Si）之間界面上的不飽和鍵，填入氫原子（H）中止之，達成電性穩定。此種熱處理使用以氮氣稀釋的氫氣（合成氣體）。在“合金化”（又稱燒結）中，為了確保金屬布線及矽之間的歐姆接點，而透過熱處理產生共晶反應。

進行熱處理的設備，如下頁所示，分成“熱處理爐（爐管）”及“燈管退火器（使用鹵素燈的RTP裝置）”兩種。燈管退火器使用紅外線燈管，以快速升降溫，適合短時間進行高溫熱處理。

審核編輯：劉清