快速热处理设备的回顾与展望

HEATS

    “RHT系列半导体快速热处理设备”是微电子所研制开发的具有自主知识产权的产品。该设备已获1项美国专利、4项中国专利、1项日本专利，1990、1991年先后获得国家发明二等奖和中国专利金奖，目前广泛应用于国内大规模集成电路、Ⅲ－V族化合物半导体、微机械的研制与生产中，1997年还获得德国CE认证，取得了进入欧共体市场的准入证。几年来，已生产销售三十多台，为国家节省外汇一千多万美元，不仅满足了国内科研院所、大专院校、生产厂家的需求，而且还出口美国等地，取得了明显的社会效益和一定的经济效益。  
    回顾这一设备的研制，首先是国家科技攻关的成果，其次还是发明者、研制者的爱国心、事业心和持之以恒争创民族品牌的结晶。  
    国家攻关项目　国际先进水平  
    制作深亚微米特征尺寸的超大规模集成电路，关键要获得极浅的PN结。改变离子注入的能量，即可控制结深。但离子注入后，采用传统的扩散炉高温长时间退火工艺，会造成注入离子的严重再扩散；只有快速热处理工艺的高温短时间退火，才能既保持离子注入原有的分布，又满足超大规模集成电路的要求。
    早在“六五”期间，钱佩信教授在德国取得优异成绩回国后，就将“离子注入退火”列入了“六五”国家科技攻关的子课题。在当时微电子所所长李志坚教授的支持下，钱佩信教授带领一批骨干，从无到有建立了一套有别于传统思路的采用射频感应加热石墨板作为红外辐射热源的快速退火实验装置。经过反复实验研究、分析测试，获得了满意的预期效果。在此基础上，发明了RHT系列半导体红外快速热处理技术和设备，采用射频感应扁平石墨方腔作为平面辐射热源，快速加热其间的半导体片。鉴于这项技术在温度均匀性、快速加热稳定性、可靠性、可重复性等方面，都优于国外当时流行的灯管式条形光源退火炉，因此申请了发明专利，进行了小批量3英寸硅片手动快速退火炉的生产。
    为了开发成自动化的快速热处理设备，这项技术又列入“七五”国家科技攻关“光退火设备”项目。在90年代初开发出第一台全自动4英寸硅片快速热处理设备，通过了电子部和国家教委主持的产品设计定型鉴定及专家验收。此后，又进行了批量生产。在“八五”期间，它又被列入“国家科技成果重点推广计划项目”。
    争创民族品牌 坚信美好未来  
    随着ULSI特征线宽的减少，用快速退火炉替代传统扩散炉工艺是必然趋势，快速热处理设备具有至少十多年的技术寿命。因此，应该靠我们自己的力量，将这一具有自主知识产权的攻关成果产业化，开发成产品，与国外灯光型设备竞争。为此，我校于1990年底与香港共同投资创办了北京华兴微电子有限公司，承担RHT设备的二次开发任务。
    国际快速热处理技术的发展非常迅速，现在不仅直径200～300毫米硅片工艺线已离不开快速热处理技术，而且还开发了快速加热锗硅外延系统。由于锗硅/硅异质结薄膜材料是新一代的硅基材料，该材料制作的高性能异质结晶体管（HBT）可替代移动通讯领域GaAs微波功率器件，具有广阔的应用前景。在国家自然科学基金和“九五”重点科技攻关计划的资助下，科研人员又利用RHT技术开发成功“红外快速加热高真空锗硅化学气相外延系统”。该系统在总体结构设计上采用内外腔、石英方腔生长室及石墨加热器，在国际上属独创，达到世界先进水平。今年1月21日，这一成果通过了教育部主持的技术鉴定。用该设备生长的直径100毫米SiGe/Si薄膜材料，已研制出性能良好的SiGe HBT。
    对于发展300毫米硅片快速退火技术，RHT设备加热腔结构所固有的温度均匀性显示出其独特的优越性。国家经贸委提出了实现该装备国产化的政策，上海和北京都已规划要新建多条超大规模集成电路生产线，这给锗硅外延炉、半导体快速热处理设备创造了很大的国内市场。我们要抓住机遇，通过市场机制，引入风险投资，开发新的RHT设备，争创民族品牌，使RHT技术与设备不仅占领国内市场，而且出口到国际市场，为国家争光，为民族争气。