半导体退火技术

事在人为丶

半导体材料在晶体生长和制造过程中，由于各种原因会出现缺陷、杂质、位错等结构性缺陷，导致晶格不完整，施加电场后的电导率较低。通过退火处理，可以使材料得到修复，结晶体内部重新排列，去除大部分缺陷和杂质，恢复晶格完整，提高电导率和电学性能。

上火？退火？

半导体退火工艺原理是半导体制造过程中的一项重要工艺，它可以改善半导体材料的电学性能和结构性能，提高半导体器件的性能和可靠性。退火的作用是改变半导体原子的位置，在晶体内部重新排列和疏松，使缺陷处的原子移动到缺陷内部或晶体边界，缺陷被消除或减少到最小限度。同时，退火还可以帮助调整材料禁带宽度，提高晶体品质和结晶程度，从而改善材料的电学性能。

导体退火是指将半导体材料在一定的温度下加热一段时间，然后缓慢冷却的过程。退火过程中，半导体材料的晶格结构发生改变，缺陷被修复，杂质被扩散，从而改善了半导体材料的电学性能和结构性能。

图解：
a) 不同实验条件下残余应力的释放
b) 半导体激光退火工艺（1.83 W/mm2）时测量得到的温度

2.1改善半导体的电学性能
退火过程中，材料中的缺陷得到修理，杂质原子和材料内的杙错得到排列，位于能带中动力学的载流子少，能级也就相对于更加密集。因而在退火之后，半导体材料中的电子、空穴浓度增加，载流子的迁移率增大，导电性能得到显著提高。

2.2调整材料结构
退火可以使材料内部排列更加有序，结构得到改善。例如，熔融硅在室温下慢慢冷却，片内的结构面就产生了悬崖，使局部密度增大，直至有一定数目的共价键、氢原子或缺陷原子，形成四节体，就形成了一定的结晶形态。退火后，这些局部悬崖平缓了，片内的结构面大大减少，结晶形态得到改善。

2.3消除应力
在半导体器件制造过程中，由于加工、工艺和温度等因素，晶体材料会产生一定程度的应力，若不及时消除，会影响半导体器件的电学性能。退火可以使应力消除，材料形成平衡态，缓和晶格应变，减少晶格缺陷和杂质的数量和大小，提高半导体器件的可靠性。

半导体退火工艺在半导体器件制造中有着广泛的应用。例如，在CMOS 工艺中，退火可以改善晶体管的电学性能和可靠性:在太阳能电池制造中，退火可以提高太阳能电池的转换效率:在 LED 制造中，退火可以改善 LED 的发光效率和稳定性等。

半导体退火的影响因素主要包括温度、时间、气氛、材料类型和材料状态等，其中温度是影响半导体退火效果的最重要因素。常见的退火工艺可以分为热退火、光退火、电子束退火、激光退火等多种类型，其中热退火是最常用的一种退火方式。
1、热退火：通过提高温度，在一定时间内加热材料，然后缓慢冷却。热退火是较为常用的半导体退火方式，一般需要在惰性气氛下加热，常用的惰性气体有氮气、氢气、氩气等。
2、快速热退火：快速热退火是一种突发性热退火工艺，一般使用激光或其他能量源在材料表面快速加热，然后在空气中急速冷却。快速热退火可以特别好的恢复晶体缺陷，并且可以有效调控材料的电学性能。

激光退火技术是利用脉冲激光能量控制精准、瞬时脉冲能量高的特性，经激光系统整形后，辐射晶圆背侧金属Ni与SiC间发生合金化反应，并依次生成Ni/Si化合物层、碳聚集位层以及碳空位层。其中碳空位层起到施主作用，以降低金属Ni与SiC衬底间的势垒差，使两者间由肖特基接触转化成良好的欧姆接触。
激光退火技术局域化和深度可控的优秀特性，适用于SiC减薄晶圆的退火处理，有效地克服传统高温热退火工艺的痛点。同时，其微/纳秒量级的退火升温速度，极高地保证了SiC晶圆金属-半导体界面C,Si,Ni三种元素的均匀分布，获得比传统高温热退火工艺更加稳定、均匀的欧姆接触。

产地:中国
型号: S803
特点: 室温到1250°C，应用于SiC，GaN等第三代半导体领域

简介 (Description)
S803系列自动快速退火炉，内置Robot可以自动取放片，适用于最大8英寸 (单片200mm200mm及6英寸 (单片150mm150mm) 硅片、第二代、第三代化合物材料等 (包括但不限于，确化稼，碳化硅，氮化嫁等各类衬底和外延片)，拥有出色的热源和结构设计，独有专利的温度控制系统，能更为精准进行温控操作，可视化软件平台，也实时对温度进行监控并矫正，保证工艺的稳定性和重复性。双面加热方式与单面加热相比，可以大幅减小图案加载效应，晶片上的热的均匀性将更好。多路气体配置(可定制更多)，配置真空腔体，整机通过Semi认证。设备国产化率达到90%，配件渠道丰富。
设备主要工艺应用 (Application)

快速热处理(RTP)，快速退火(RTA)，快速热氧化(RTO)，快速热氮化(RTN):
离子注入/接触退火
高温退火;
高温扩散:
金属合金；
热氧化处理

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