반도체 열 역학 및 조절된 가열 기술

반도체 열 역학 및 조절된 가열 기술
고온에 대한 반도체 격자의 기본 반응은 프로세스 데이터에서 전도도가 예상보다 빠르게 증가하는 것으로 나타나거나 열 단계 이후 장치 누설 전류가 상승하는 경우 강조됩니다. 가열은 예측 가능하지만 민감한 방식으로 운송 특성을 수정하고 온도 수치를 변경하는 것 외에도 새로운 전자 상태를 생성합니다.
열에너지를 흡수한 후 가전자대에 있던 전자는 전도대로 이동하여 그 흔적에 정공을 남깁니다. 결과적으로 전자와 정공 농도의 곱은 기하급수적으로 증가합니다. 전도도는 각 유형의 캐리어에 대한 이동도와 농도의 곱의 합과 관련되어 있으므로 전도도가 더 높은 전체 결과입니다. 격자 상수가 증가하고 포논 상호 작용으로 밴드가 넓어짐에 따라 밴드갭도 동시에 감소합니다. 산란 증가로 인해 캐리어 이동도가 감소하지만 일반적으로 농도 증가가 이보다 더 크기 때문에 고유 및 약하게 도핑된 재료에서 볼 수 있는 잘 알려진 음의 온도 저항 계수가 발생합니다.-
동일한 메커니즘이 기기 작동 중에 자체적으로 강화될 수 있습니다-. 접합 온도가 높을수록 더 많은 전류가 허용되어 유효 저항이 낮아져 더 많은 열이 발생합니다. 전류 제한이 없으면 도펀트가 확산되고 연결이 돌이킬 수 없을 정도로 손상되는 지점까지 온도가 상승할 수 있습니다. 통제할 수 없는 극단 현상을 주의 깊게 피하면서 제조 절차에서는 결정 손상 어닐링 또는 주입된 불순물 활성화와 같은 이러한 현상의 제어된 버전을 의도적으로 활용합니다.
카트리지 히터는 제조 과정에서 여러 가지 기능을 수행합니다. 웨이퍼는 진공 어닐링로의 카트리지 히터 어레이를 사용하여 고진공 하에서 필요한 온도로 가열됩니다. 필름 접착을 위한 목표 및 기판 온도를 유지하려면 스퍼터링 시스템에 카트리지 히터가 필요합니다. 카트리지 히터는 포토레지스트 베이킹 플레이트 및 포장 금형에 사용되어 경화 공정 중 표면 온도를 일정하게 유지합니다. 카트리지 히터의 소형 버전은 번인 및 특성화에 필요한 열 조건을 생성하기 위해 테스트 장비에 사용됩니다.
현장 관찰을 통해 두 가지 실질적인 한계가 지속적으로 강조되었습니다. 첫째, 카트리지 히터와 장착 구멍이 기계적으로 단단히 맞아야 합니다. 아주 작은 공극이라도 히터를 열적으로 격리하고 내부 온도를 지정된 값보다 훨씬 높게 높입니다. 둘째, 와트 밀도는 주변 구조의 열 전도성에 의해 결정된 범위 내에서 유지되어야 합니다. 이를 과도하게 사용하면 히터 수명을 단축시키고 웨이퍼 전체에 온도 불규칙성을 유발하는 핫스팟이 발생합니다. 남은 유기물이나 입자로 인해 수율이 낮아지는 것을 방지하기 위해 클린룸 환경의 카트리지 히터는 엄격한 가스 방출 요구 사항도 준수해야 합니다.
피복 합금을 화학적 환경에 맞추고, 보관 후 절연 내력을 확인하고, 먼 거리가 아닌 공정 표면에 가까운 온도를 모니터링하는 폐쇄형 루프 컨트롤러와 히터를 일치시키는 것도 적절한 선택의 또 다른 측면입니다. 카트리지 히터는 이러한 예방 조치를 취하면 대량 생산에 필요한 안정성을-제공합니다.
반도체를 가열하면 본질적으로 캐리어 밀도가 증가하고 밴드갭이 감소하며, 확인하지 않으면 열 폭주가 발생할 수 있습니다. 신뢰할 수 있는 결과를 얻으려면 일관되고 균일하게 열을 전달하는 능력이 필수적입니다. 다양한 형상, 진공 수준 또는 주기 주파수를 가진 프로세스 도구의 열 설계는 전력 공급, 폼 팩터 및 재료 순도 측면에서 각 응용 분야의 요구 사항에 맞게 적절하게 수정되어야 합니다.