快速退火炉

简介：快速退火炉是利用卤素红外灯做为热源，通过极快的升温速率，将晶圆或者材料在极短的时间内加热到300℃-1200℃，从而消除晶圆或者材料内部的一些缺陷，改善产品性能。快速退火炉采用先进的微电脑控制系统，采用PID闭环控制温度，可以达到极高的控温精度和温度均匀性，并且可配置真空腔体，也可根据用户工艺需求配置多路气体。行业背景：快速退火炉是现代大规模集成电路生产工艺过程中的关键设备。随着集成电路技术飞速发展，开展快速退火炉系统的创新研发对国内开发和研究具有自主知识产权的快速退火炉设备具有十分重大的战略意义和应用价值。目前快速退火炉的供应商主要集中在欧、美和台湾地区，大陆地区还没有可替代产品，市场都由进口设备主导，设备国产化亟待新的创新和突破。随着近两年中美贸易战的影响，国家越来越重视科技的创新发展与内需增长，政府出台了很多相关的产业政策，对于国产快速退火炉设备在相关行业产线上的占比提出了一定要求，给国内的半导体设备厂商带来了巨大机遇，预测未来几年时间国内退火炉设备市场会有快速的内需增长需求。技术特点：快速退火炉（芯片热处理设备）广泛应用在IC晶圆、LED晶圆、MEMS、化合物半导体和功率器件等多种芯片产品的生产。和欧姆接触快速合金、离子注入退火、氧化物生长、消除应力和致密化等工艺当中，通过快速热处理以改善晶体结构和光电性能，具有技术指标高、工艺复杂、专用性强的特点。一般参数：名称数值最高温度1200摄氏度升温速率150摄氏度/秒降温速率200摄氏度/分钟（1000摄氏度→300摄氏度）温度精度±0.5摄氏度温控均匀性≤0.5%设定温度加热方式红外卤素灯，顶部加热真空度10mTorr以下工艺应用：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；金属合金；热氧化处理；高温退火；高温扩散。应用领域：化合物合金（砷化镓、氮化物，碳化硅等）；多晶硅退火；太阳能电池片退火；IC晶圆；功率器件；MEMS；LED晶圆。设备说明：快速退火炉主要由真空腔室、加热室、进气系统、真空系统、温度控制系统、气冷系统、水冷系统等几部分组成。真空腔室：真空腔室是快速退火炉的工作空间，晶圆在这里进行快速热处理。加热室：加热室以多个红外灯管为加热元件，以耐高温合金为框架、高纯石英为主体。进气系统：真空腔室尾部有进气孔，精确控制的进气量用来满足一些特殊工艺的气体需求。真空系统：在真空泵和真空腔室之间装有高真空电磁阀，可以有效确保腔室真空度，同时避免气体倒灌污染腔室内的被处理工件。温度控制系统：温度控制系统由温度传感器、温度控制器、电力调整器、可编程控制器、PC及各种传感器等组成。气冷系统：真空腔室的冷却是通过进气系统向腔室内充入惰性气体，来加速冷却被热处理的工件，满足工艺使用要求。水冷系统：水冷系统主要包括真空腔室、加热室、各部位密封圈的冷却用水。硬件更换：1.加热灯管更换：加热灯管超过使用寿命或无法点亮时需进行更换。加热灯管的使用寿命为3000小时，高温状态下会降低其使用寿命。2.真空泵油更换：在使用过程中，请每季度固定观察1次真空油表，当油表显示油量低于1/3时请添加真空泵润滑油到油表一半以上。3.热电偶更换：当热电偶测温不正常或者损坏时需进行更换。热电偶的正常使用寿命为3个月，随环境因素降低其寿命。4.O型圈的更换：O型圈表面有明显破损或者无法气密时需进行更换，其寿命受外力以及温度因素影响。保养周期：项目检查周期零件或耗材加热灯管周IR灯管托盘表面擦拭周碳化硅材质热电偶固定状态周石英板清理季度O型圈检查更换季度真空泵油季度MR100M导向轴承季度使用润滑油产品推荐：全自动12英寸多腔体快速退火炉RTP设备规格:全自动操作模式，机械手臂自动上片取片；多腔体生产模式，单个腔体适应于 2英寸-12英寸 晶圆或者最大支持 300mmx300mm 样品；退火温度范围 300℃-1300℃；升温速率 ≦100℃/sec(裸片)；温度均匀性 ≦±1%；真空腔体（可选配常压腔体或正压腔体）；冷却方式包括水冷和氮气吹扫；MFC控制，3-5路制程气体。半自动12英寸快速退火炉RTP设备规格:适应于 2英寸-12英寸 晶圆或者最大支持 300mmx300mm 样品；退火温度范围 300℃-1300℃；升温速率 ≦100℃/sec(裸片)；温度均匀性 ≦±1%；真空腔体（可选配常压腔体或正压腔体）；冷却方式包括水冷和氮气吹扫；MFC控制，3-5路制程气体。桌上型4英寸快速退火炉RTP设备规格:桌上型小型快速退火炉；适应于 2英寸-4英寸 晶圆或者最大支持 100mmx100mm 样品；退火温度范围 300℃-1200℃；升温速率 ≦100℃/sec(裸片)；温度均匀性 ≦±1%；常压腔体（可选配真空腔体）；冷却方式包括水冷和氮气吹扫；MFC控制，1-4路制程气体。快速退火炉，RTA，RTP，合金炉，RTO，快速退火炉RTP，国产快速退火炉，自主研发，快速退火工艺，半导体设备，芯片退火设备

在半导体制造中，快速热处理(RTP)被认为是半导体制程的一个重要步骤。因为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。需要通过RTP快速退火炉进行退火处理，可以使材料得到修复，结晶体内部重新排列，可以消除硅片中的应力，激活或迁移杂质，使沉积或生长的薄膜更加致密化，并修复硅片加工中的离子注入损伤。RTP快速退火炉通常还用于离子注入退火、ITO镀膜后快速退火、氧化物和氮化物生长等应用。桌面型快速退火炉-RTP-Table-6RTP-Table-6为桌面型6英寸晶圆快速退火炉，使用上下两层红外卤素灯管 作为热源加热，内部石英腔体保温隔热，腔体外壳为水冷铝合金，使得制品加热均匀，且表面温度低。6英寸晶圆快速退火炉采用PID控制，系统能快速调节红外卤素灯管的输出功率，控温更加精准。桌面型快速退火炉的功能特点①极快的升温速率：RTP快速退火炉的裸片升温速率是150℃/s，大大缩短了热处理时间。②精确的温度控制：配备高精度的温度传感器和控制系统，确保温度的精确性和稳定性。③多样化的气氛选项：支持多种气体气氛，如氮气、氩气等，满足不同材料的热处理需求。④紧凑的桌面式设计：适合实验室和小型生产环境，节省空间，便于移动和部署。除了以上功能特点，在半导体制造的快速热退火工艺步骤中，测量晶圆的温度是关键。如果测量不准确，可能会出现过热和温度分布不均匀的情况，这两者都会影响工艺的效果。因此，晟鼎桌面型快速退火炉配置测温系统，硅片在升温、恒温及降温过程中精确地获取晶圆表面温度数据，误差范围控制在±1℃以内。桌面型快速退火炉的应用1. 晶体结构优化：在加热阶段，高温有助于晶体结构的再排列。这可以消除晶格缺陷，提高晶体的有序性，从而改善半导体材料的电子传导性能。2. 杂质去除：高温RTP快速退火可以促使杂质从半导体晶体中扩散出去，减少杂质的浓度。这有助于提高半导体器件的电子特性，减少杂质引起的能级或电子散射。3. 衬底去除：在CMOS工艺中，快速退火炉可用于去除衬底材料，如氧化硅或氮化硅，以形成超薄SOI（硅层上绝缘体）器件。4. 应力消除：高温退火还有助于减轻半导体器件中的内部应力，从而降低了晶体缺陷的形成，提高了材料的稳定性和可靠性。

半导体快速退火炉（RTP）是一种特殊的加热设备，能够在短时间内将半导体材料迅速加热到高温，并通过快速冷却的方式使其达到非常高的温度梯度。快速退火炉在半导体材料制造中广泛应用，如CMOS器件后端制程、GaN薄膜制备、SiC材料晶体生长以及抛光后退火等。一、快速退火炉的原理半导体快速退火炉通过高功率的电热元件，如加热电阻来产生高温。在快速退火炉中，通常采用氢气或氮气作为气氛保护，以防止半导体材料表面氧化和污染。半导体材料在高温下快速退火后，会重新结晶和再结晶，从而使晶体缺陷减少，改善半导体的电学性能，提高设备的可靠性和使用寿命。1.1快速退火（RTA）与传统退火相比，快速退火具有更高的加热和冷却速度。通过快速加热和冷却，可以缩短退火时间，提高生产效率。1.2快速热处理（RTP）热处理是半导体制造中的一项关键技术，它可以改变材料的微观结构和性能。在热处理过程中，材料被加热到高温，然后进行保温和冷却。这个过程中，材料内部的原子会发生重新排列，从而改变材料的物理、化学和机械性质。二、半导体退火炉的应用领域1.封装工艺在封装工艺中，快速退火炉主要用于引线的切割和组装。引线经过切割和组装后，可能会产生内应力，影响封装的稳定性和可靠性。通过快速退火处理，可以消除引线内的应力，提高封装的稳定性和可靠性，保证产品的使用寿命。2.CMOS器件后端制程在CMOS器件后端制程中，快速退火炉可用于修复制程中产生的损伤和缺陷，增强器件的电学性能。通过快速退火处理，可以减少CMOS器件中的氧化物陷阱电荷和界面态密度，提高器件的可靠性和寿命。3.GaN薄膜制备GaN是一种重要的宽禁带半导体材料，具有优异的光电性能和稳定性。在GaN薄膜制备过程中，快速退火炉可用于提高薄膜的结晶质量和表面平滑度。通过快速退火处理，可以消除薄膜中的应力，减少缺陷，提高GaN薄膜的光电性能和稳定性。4.SiC材料晶体生长SiC是一种具有高热导率、高击穿电压、高饱和电子速度等优良特性的宽禁带半导体材料。在SiC材料晶体生长过程中，快速退火炉可用于提高晶体生长的质量和尺寸，减少缺陷和氧化。通过快速退火处理，可以消除晶体中的应力，提高SiC材料的晶体品质和性能。5.抛光后退火在半导体材料抛光后，表面会产生损伤和缺陷，影响设备的性能。快速退火炉可用于抛光后的迅速修复损伤和缺陷，使表面更加平滑，提高设备的性能。通过快速退火处理，可以减少表面粗糙度，消除应力，提高材料的电学性能和可靠性。