快速升温系统在设计上是与传统高温灯管完全不同的。传统灯管的构造主要是有电阻式加热线圈，而且石英管的长度很长，因此可以一次同时处理超过百片的晶片以降低成本。电阻式的加热线圈一般只能有小于10℃/min的升温速度，因此不太能达到100℃/min的升温要求。快速升温系统与传统灯管不同，快速升温系统为单片晶片作业，利用白炽灯发出辐射热，传导到晶片吸收后，将晶片温度上升，而传统式灯管则是利用电阻式线圈在石英管壁加热。另外在温度测量上，传统式是利用热电偶式，这是利用材料随温度不同所引起的电压差来计算温度的方式。此种方式有几个缺点分别为：反应速率较慢、在高温工艺中时间太长容易使性能恶化，需时常做校正，另外如果不再套上石英或是碳化硅管而直接在晶背测量温度，便容易与硅产生化学反应。快速升温系统采用红外线测温计可避免直接与硅晶片接触。但此种方式一般会因晶片在工艺中出现如杂质在高温往外扩散或背面堆叠其他薄膜而影响其准确性，导致晶片与晶片间的均匀性变差。改良过后的温度测量系统可以如图7-48所示。利用热电偶高温计，配合软硬体作为高速计算及反馈，直接与晶片背面接触。热电偶式的高温计则包裹在磷化硅管鞘内，这样可以避免其本身与硅晶片及工艺中其他气体反应，及避免不同硅晶片背面条件所引发的问题如高温计不准性。
图7-48 RTA与传统炉管的比较
（a）RTA系统（b）系统炉管
快速升温系统至今未能大量使用，主要是考虑到温度的均匀性及再现性两个问题，而跟温度最有关系的是加热灯泡的选用与设计。一般常见的光源如氙灯、氩灯及钨卤灯，其中钨卤灯被广为采用。为了达到加热的均匀性，灯管可采用与晶片平行方式放置，且将加热区域再细分几个区作为加热微调。使用者可以调整加热的速率，通常可以由10～200℃/s的范围自由设定。通常市场上销售的机台大都可以达到均匀性在1%之内，而再现性可以在1.5%之内。每小时可有40片左右的作业量。另一种最新的灯泡放置方式则突破传统灯管与晶片平行的方式，是由应用材料公司发展的蜂巢式灯管结构。其中灯管是与晶片呈垂直照射，每一灯泡有其自己平行的光组件。这种系统需要较多的灯管以及较多的区域，且需要独立的温控系统，配合晶片的旋转，可以达到非常均匀的加热效果。在快速升温过程温度控制可以在22℃，而在平坦区则可有±0.5℃的均匀性表现，虽然这种结构较为复杂，但比以往典型平坦式灯泡有更好的均匀性。整个蜂巢式快速上升系统如图7-49所示。有187根灯泡在上盖。这样的系统，另一个好处是当晶片的直径越来越大时，系统的扩充性，设计较为简单，只需要加多灯泡及一些必要的修正就行。(www.xing528.com)
图7-49 改良后的温度测量系统
在前面所述的系统，一般都是在一个大气压下执行，不需要额外的抽气系统。然而在以后单片晶片的工艺中，低压快速升温系统就显得重要。图7-50是一个可以用在整合型的快速升温系统。晶片先经第一道干式清洁后，经由机械手臂送入快速升温系统做氧化层栅极（RTO）反应后，在不用真空的情形下，再由机械手臂送入RTCVD快速升温化学气相淀积系统，堆叠出多晶硅栅极。完成元件最重要的栅极工程。快速升温化学气相淀积系统可以在反应腔的适当位置，再加以真空抽气系统，将压力抽至低压，再将气体通入。目前成熟的RTCVD系统已经可以堆叠氧化层，氧化硅，及多晶硅层。配合未来单晶片的操作模式，金属层的RTCVD系统已经可以算是未来发展的趋势，相信不久的将来，12吋晶片开始采用时，一定会有相关更成熟的RTCVD系统产生。
图7-50 RT-CVD系统
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
