一、晶圆退火工艺基本概念

定义‌：退火工艺，又称热退火（Thermal Annealing），是将晶圆放置在较高温度环境中一定的时间，以改变其微观结构，达到特定工艺目的的过程。

关键参数‌：温度和时间是退火工艺中的两个关键参数，温度越高、时间越长，热预算越高。

二、晶圆退火工艺的应用

应用‌：通常与离子注入、薄膜沉积、金属硅化物的形成等工艺结合，最常见的是离子注入后的热退火。

离子注入退火目的‌：修复离子注入时造成的晶格损伤，使注入的杂质原子从晶格间隙移动到晶格格点上，从而激活。

三、Si片常见退火工艺的方法

高温炉退火‌

特点‌：传统退火方式，加热至800-1000℃，保持30min。

优点‌：Si原子和杂质原子能重新进入晶格位置。

缺点‌：可能导致杂质过度扩散，影响器件性能。

应用‌：深阱扩散等工艺，需要更多热预算来获得相对完美的晶格或均匀掺杂分布。

快速热退火（RTA）‌

特点‌：使用极快的升温速度和在目标温度下短暂的持续时间对晶圆进行处理。

优点‌：可以对晶格进行修复、激活，同时抑制杂质过度扩散。控制浅结注入的结深最有效的方式。

应用‌：广泛应用于现代集成电路制造中，以减少瞬时增强扩散。

四、SiC的热退火问题

高剂量注入问题‌：SiC在高剂量注入后，晶格损伤严重，需要极高温度退火才能获得想要的晶格修复率和高的激活率。

表面恶化问题‌：退火过程中可能导致SiC表面恶化，如Si的析出导致石墨化和粗糙化。

改善措施‌：在退火过程中加入纯Ar气氛中加入SiH4或在SiC表面引入一些Si材料，或选择SiO2、Si3N4、AlN和C等覆盖材料来抑制表面原子迁移。

五、退火工艺的发展趋势

传统高温炉退火逐渐被取代‌：随着制造工艺的发展，传统高温炉退火已经逐渐被快速热退火所取代。

RTA的优势‌：RTA可以减少瞬时增强扩散，提高器件性能。

瞬时增强扩散：是指离子注入晶圆中杂质扩散系数大幅度增加，它源于离子注入过程中引入的大量过剩点缺陷。只要热处理的时间足够短，更高温度下的热退火就可以减少瞬时增强扩散。

六、总结

退火工艺是集成电路制造中的重要环节，其关键参数为温度和时间。高温炉退火和快速热退火是两种主要的退火方法，各有优缺点。随着制造工艺的发展，RTA快速热退火逐渐成为主流。