What is Thermal Annealing

열 어닐링(Thermal Annealing)이라고도 알려진 어닐링 공정은 반도체 제조에서 중요한 단계입니다. 실리콘 웨이퍼를 고온에 노출시켜 재료의 전기적, 기계적 특성을 향상시킵니다. 어닐링의 주요 목표는 격자 손상을 복구하고, 도펀트를 활성화하고, 필름 특성을 수정하고, 금속 규화물을 생성하는 것입니다. 어닐링 공정에 사용되는 몇 가지 일반적인 장비에는 다음과 같은 맞춤형 SiC 코팅 부품이 포함됩니다.장의사, 커버, 등 Semicorex에서 제공합니다.

어닐링 공정의 기본 원리

어닐링 공정의 기본 원리는 고온에서 열 에너지를 사용하여 재료 내의 원자를 재배열함으로써 특정한 물리적, 화학적 변화를 달성하는 것입니다. 주로 다음과 같은 측면이 포함됩니다.

1. 격자 손상 수리:

  - 이온 주입: 이온 주입 중에 고에너지 이온이 실리콘 웨이퍼에 충격을 가해 격자 구조를 손상시키고 비정질 영역을 생성합니다.

  - 어닐링 복구: 고온에서 비정질 영역 내의 원자가 재배열되어 격자 순서를 복원합니다. 이 공정에는 일반적으로 약 500°C의 온도 범위가 필요합니다.

2. 불순물 활성화:

  - Dopant migration : 어닐링 과정에서 주입된 불순물 원자가 격자간 사이트에서 격자 사이트로 이동하여 효과적으로 도핑을 생성합니다.

  - 활성화 온도: 불순물 활성화에는 일반적으로 약 950°C의 더 높은 온도가 필요합니다. 온도가 높을수록 불순물의 활성화율이 높아지지만, 온도가 너무 높으면 불순물이 과도하게 확산되어 장치 성능에 영향을 줄 수 있습니다.

3. 필름 수정:

  - 치밀화: 어닐링은 느슨한 필름을 치밀화하고 건식 또는 습식 에칭 중에 그 특성을 변경할 수 있습니다.

  - High-k 게이트 유전체: High-k 게이트 유전체 성장 후 PDA(Post Deposition Annealing)를 통해 유전 특성을 향상시키고 게이트 누설 전류를 줄이며 유전 상수를 높일 수 있습니다.

4. 금속 규화물 형성:

  - 합금상: 금속막(예: 코발트, 니켈, 티타늄)이 실리콘과 반응하여 합금을 형성합니다. 어닐링 온도 조건이 다르면 다양한 합금 상이 형성됩니다.

  - 성능 최적화: 어닐링 온도와 시간을 제어하여 접촉 저항과 본체 저항이 낮은 합금상을 얻을 수 있습니다.

다양한 유형의 어닐링 공정

1. 고온로 어닐링:

특징: 고온(보통 1000°C 이상)과 긴 어닐링 시간(수 시간)을 갖는 전통적인 어닐링 방법입니다.

애플리케이션: SOI 기판 준비 및 깊은 n웰 확산과 같이 높은 열 예산이 필요한 애플리케이션에 적합합니다.

2. 급속 열 어닐링(RTA):

특징: 급속 가열 및 냉각의 특성을 이용하여 단시간(보통 1000°C 정도의 온도, 수초)에 어닐링을 완료할 수 있습니다.

적용 분야: 매우 얕은 접합 형성에 특히 적합하며 불순물의 과도한 확산을 효과적으로 줄일 수 있으며 고급 노드 제조에 없어서는 안될 부분입니다.

3. 플래시 램프 어닐링(FLA):

특징: 고강도 플래시 램프를 사용하여 매우 짧은 시간(밀리초) 내에 실리콘 웨이퍼 표면을 가열하여 신속한 어닐링을 달성합니다.

적용 분야: 선폭이 20nm 이하인 매우 얕은 도핑 활성화에 적합하며, 높은 불순물 활성화율을 유지하면서 불순물 확산을 최소화할 수 있습니다.

4. 레이저 스파이크 어닐링(LSA):

특징: 레이저 광원을 사용하여 매우 짧은 시간(마이크로초)에 실리콘 웨이퍼 표면을 가열하여 국부적이고 고정밀 어닐링을 달성합니다.

애플리케이션: FinFET 및 HKMG(하이-k/메탈 게이트) 장치 제조와 같이 고정밀 제어가 필요한 고급 프로세스 노드에 특히 적합합니다.

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