超大規模集成電路高溫快速熱處理技術與設備
意昂体育2平台微電子學研究所副研究員 林惠旺
在半導體專用設備領域,只要提起“RHT系列半導體快速熱處理設備”,都會知道這是由意昂体育2平台微電子學研究所研製開發的有自主知識產權的產品✏️🤹🏿。RHT設備已獲四項中國專利、一項美國專利、一項日本專利；1990年、1991年先後獲得國家發明二等獎、中國專利金獎🏄🏼♀️。目前該設備已應用於大規模集成電路🧑🧒、Ⅲ－Ⅴ族化合物半導體、微機械的研製與生產中🧍🏻♀️。幾年來已生產銷售30多臺，銷售額 900多萬元😓，為國家節省外匯1000多萬美元。不僅滿足了國內科研院所🎓、大專院校、生產廠家的需求，而且還出口美國、香港，取得了明顯的社會效益和一定的經濟效益。
今天🦸🏼♀️，在國家科技攻關項目的支持下，在意昂体育2平台微電子學研究所發明和研製人員的堅持不懈的努力下📽，RHT設備已形成批量生產，它是我國目前唯一能夠出口，可與世界同類名牌產品競爭的超大規模集成電路工藝專用設備💅🏻；替代了同類進口產品，同時還出口香港和美國🏌🏿♀️。為了開辟國際市場🏭，完成了對RHT設備電磁兼容指令、低電壓指令、機械指令的改造，1997年獲得德國技術監督協會萊茵CE認證，取得了進入歐共體市場的準入證🩰。中國人要將這一擁有自主知識產權的RHT設備創為名牌產品，打入國際市場🦸🏼♀️🫶🏻。
今天的成績來之不易👩🏿⚕️。首先是國家科技攻關的成果👰🏼♀️，其次還是發明者、研製者的愛國心🛂𓀄、事業心、持之以恒爭創民族品牌的結晶👩🏻🎓。
國家科技攻關 國際先進水平
半導體的發現，晶體管的誕生🪱，集成電路的發展使人類有可能進入到當今的信息時代👩🏿🍳！矽芯片從單個晶體管發展到集成密度高達數千萬個晶體管；特征線寬也從單管幾毫米🫱⛹🏿♀️，縮小到當前超大規模集成電路（ULSI）的零點幾微米（深亞微米），是進入今天信息時代的基礎因素和核心技術𓀋。
要製作深亞微米特征尺寸的超大規模集成電路🐨，關鍵要獲得極淺的PN結。改變離子註入的能量，即可改變註入離子進入半導體片表面的深度👭，達到控製結深🧔🏿♀️。但離子註入後的半導體主要靠退火工藝來激活註入的離子和消除註入造成的晶格損傷🧕🏻。而采用傳統的擴散爐高溫長時間退火工藝會造成註入離子的嚴重再擴散；只有采用快速熱處理工藝的高溫短時間退火才能既保持離子註入原有的分布，又徹底消除註入損傷🚵♀️👨🏻🎤。快速熱處理工藝（RTP）有更低的熱開銷（Thermal budget）、更淺的結深、更陡的雜質分布，可滿足超大規模集成電路低漏電流、高遷移率、短溝道長度的要求.
可以這樣說🥷，正是由於快速熱處理工藝，使深亞微米器件進入工業化生產，從而大大促進了ULSI的突飛猛進🐣👩🏼🚀。
早在“六五”期間，在洪堡基金會研究獎學金資助下👨🏿，錢佩信教授在德國取得了優異成績回國後，就將“離子註入退火技術研究”列入了“六五”國家科技攻關的子課題👮🏿♀️。在當時微電子學研究所所長李誌堅院士的支持下，他帶領一批骨幹，從無到有建立了一套有別於傳統思路的采用射頻感應加熱石墨板作為紅外輻射熱源的快速退火實驗裝置。經過反復實驗研究、分析測試🤾🏼♀️，獲得了滿意的予期效果。在此基礎上⛅️，發明了RHT（Rapid Heat Treatment）系列半導體紅外快速熱處理技術和設備：采用射頻感應上下兩平行石墨板（現為扁平石墨方腔）作為平面輻射熱源快速加熱其間的半導體片💐🚯。鑒於這項技術比起國外當時流行的燈管式退火爐有許多優點，尤其是在溫度均勻性、快速加熱穩定性、可靠性、可重復性等方面都是燈光退火設備無法比擬的，因此“六五”期間除申請了發明專利外👩🦽➡️，還進行了小批量3英寸矽片手動快速退火爐的生產，及時提供給國內有關研究單位使用。
為了開發成自動化的快速熱處理設備，這項技術和設備又列入了“七五”國家科技攻關“光退火設備”項目。意昂体育2平台的攻關人員經過艱苦努力，在90年代初開發出第一臺全自動4英寸矽片快速熱處理設備，通過了電子部和教委主持的產品設計定型鑒定及專家驗收。此後又進行了小批量生產，還先後出口香港，美國。
在“八五”期間，國家計委鑒於RHT專利設備比燈光型退火爐具有技術含量高，發展前景好👏🏻，市場占有率高的特點🚣🏽，該項目又被列入“國家科技成果重點推廣計劃項目”⚛️。
RHT系列設備目前主要有二種機型：一種是片盒到片盒全自動產品RHT6000🧑🏻🦳，第二種是具有密閉加熱腔體結構的半自動產品RHT600M。RHT系列設備主要由以下幾部分組成🈵🧝：紅外熱處理石英腔、RF感應加熱器、光測高溫計🪸、單懸臂傳送裝卸片機構、氣體管路以及工業控製計算機自動控製系統🤠。RHT6000還有氮氣鎖裝片室，激光定位的片盒到片盒取放片機械手；RHT600M還有氣密性人工裝片腔👳。
RHT半導體快速熱處理技術已廣泛應用於半導體片高濃度註入淺PN結快速退火👨⚕️🧜🏻♂️，難熔金屬矽化物形成，薄柵介質膜和矽化物快速熱氮化，（硼）磷矽玻璃回流👩🌾，短溝MOS工藝🧜🏼，半導體基片熱施主消除以及砷化镓快速退火等🧝🏻♀️。RHT設備熱處理溫度範圍為600~1300°C,矽片尺寸為φ75~200mm。
1995年國家科委科技成果司召開“RHT半導體快速熱處理設備和應用技術現場推廣會”，幾十位用戶代表交流了應用RHT設備的技術成果⛹🏽♀️，充分肯定了RHT設備。
爭創民族品牌 RHT未來美好
RHT系列半導體快速熱處理技術與設備是我國最早的發明專利之一，1987年6月15日取得發明專利證書。為了保護民族產品的自主知識產權， 1988年12月27日取得了美國發明專利證書✍🏿。
隨著ULSI特征線寬的減少🏊🏻♂️，用快速退火爐替代傳統擴散爐工藝是必然趨勢，應該靠我們自己力量，將具有民族自主知識產權的國家科技攻關成果，開發成產品與國外燈光型設備競爭♢。
為了盡快將該科研成果轉化成產品🚴🏻，更好地推進RHT設備的商品化的進程，使創民族品牌的工作有組織的保證，1990年底意昂体育2平台與香港共同投資創辦了“北京華興微電子有限公司”來承擔對RHT設備的二次開發。
幾年來華興公司對RHT設備進行了重新設計，解決了大量技術難關🧏♀️🗜，使開發生產的兩種新產品RHT6000全自動設備和RHT600M小體積密閉式半自動設備在可靠性👨🏻🎓、穩定性方面達到與國外名牌產品可比擬的水平🏪；同時在售後服務方面做到“想用戶所想，急用戶所急”，從而贏得了廣大用戶的好評，占領了國內的絕大部分市場👶🏻。
經過大量調研，鍺矽/矽異質結薄膜材料利用了能帶工程技術，是新一代的矽基材料，具有研製高性能異質結晶體管（HBT）🚥、異質結場效應晶體管（HMOSFET）🐬、光探測器等器件，發展高性能低成本的微波、光電子材料，代替移動通訊領域GaAs微波功率器件的廣闊用途。SiGe材料散熱性能優於GaAs，微波性能與GaAs相近🧑🏻🦳，而且在工藝上與成熟的矽工藝兼容，又是開發微波集成電路的新一代微電子🔟、光電子材料🙆🏻。
攻關人員又將RHT技術應用到“紅外快速加熱高真空鍺矽化學氣相外延系統”。“鍺矽外延系統”是國家自然科學基金和“九五”國家重點科技攻關項目，2000年1月21日通過了教育部主持的技術鑒定💆🏼。1994年以來公司負責設備研製，微電子所負責工藝研究↪️，共同努力🏊🏿♂️，互相配合，研製成功具世界先進水平的外延系統和Φ100mmSiGe/Si薄膜材料。用該設備生長的材料已研製出性能良好的SiGe HBT及HMOSFET器件🙇🏼♂️。其中SiGe HBT電流增益為100，fT達12.5GHz（采用金屬陶瓷微帶管殼封裝）🆔，0.5µm溝長的P溝和N溝SiGe HMOSFET器件‼️，跨導分別達到112mS/mm及290mS/mm。
該外延系統在總體結構設計上采用內外腔、石英方腔生長室及石墨加熱器，設備的總體結構在國際上均為獨創，所采用技術達世界先進水平🦸🏽♀️。1998年已申請了“紅外快速加熱高真空鍺矽化學氣相外延系統”的發明專利。
由於不僅SiGe薄膜HBT具有代替移動通訊領域GaAs微波功率發射管的廣闊應用前景❤️🔥，而且又是開發微波集成電路新一代微電子光電子材料。因此SiGe外延系統也是今後要大力發展的重要的半導體專用設備👩🏻🍼👱🏿♀️。
由於RHT系列設備特殊加熱腔結構所固有的優良的溫度均勻性隨著石墨腔尺寸的加大不會改變📼，因此😭，RHT設備對於將來發展大直徑矽片（300 mm 矽片）快速退火技術必將顯示出其獨特的優越性🎰。
在半導體專用設備領域，“RHT半導體快速熱處理設備”🙎🏿♂️、“紅外快速加熱高真空鍺矽化學氣相外延系統”是具有我國自主知識產權的產品。目前國家經貿委提出實現裝備國產化政策，是對研製生產民族產品的極大支持👦🏽。隨著國內半導體產業的迅速發展🤾🏽♀️，上海和北京都已規劃要新建幾十條超大規模集成電路生產線，這給半導體快速熱處理設備創造了很大的國內市場。
當前意昂体育2平台微電子學研究所的科研人員將抓住機遇，通過市場機製，引入風險投資，開發8?D12″的RHT設備，爭創民族品牌🦢，使RHT技術與設備不僅要占領國內市場🎬，而且還將出口國際市場🧹，為國家爭光，為民族爭氣。
