퍼니스 어닐링·RTA·레이저 어닐링의 차이: 가열 시간·확산·활성화·용도 비교
이온 주입 뒤에는 웨이퍼를 어닐링해 결정 손상을 회복시키고, 도펀트를 격자 자리에 놓아 전기적으로 활성화합니다(활성화). 하지만 웨이퍼가 뜨거운 시간이 길수록 도펀트가 확산해 접합이 깊어집니다. 퍼니스 어닐링은 많은 웨이퍼를 노 안에서 수십 분에서 수 시간 함께 가열합니다. RTA(급속 열 어닐링)는 램프로 웨이퍼를 한 장씩 몇 초만 가열하며, 최고 온도에서 거의 유지하지 않는 스파이크 어닐링도 같은 계열입니다. 레이저 어닐링과 플래시 램프 어닐링은 웨이퍼 표면 부근의 얇은 층만 밀리초 이하로 가열합니다. 가열이 짧을수록 확산이 적으므로, 트랜지스터가 미세해지면서 공정은 더 짧은 어닐링으로 옮겨 왔습니다.
| 비교 항목 | 퍼니스 어닐링 | RTA·스파이크 어닐링 | 레이저·플래시 램프 어닐링 |
|---|---|---|---|
| 가열 시간 | 수십 분~수 시간 | 수 초~수십 초. 스파이크 어닐링에서는 최고 온도 부근의 시간이 대략 1~2초 | 밀리초 이하. 방식에 따라 플래시 램프는 보통 밀리초 정도, 레이저는 밀리초에서 나노초까지 |
| 승온 속도 | 느림. 보통 분당 수 °C~십수 °C 정도 | 빠름. 보통 초당 수십~수백 °C | 표면만 극히 빠르게 가열되고, 열이 웨이퍼 안으로 빠져나가며 빠르게 식습니다 |
| 처리 단위 | 많은 웨이퍼를 한 번에(배치식) | 한 장씩(매엽식) | 한 장씩. 플래시 램프는 전면을 한 번에 가열하고, 레이저는 빔을 주사합니다 |
| 가열 영역 | 노 안의 모든 웨이퍼가 거의 균일한 온도가 됩니다 | 웨이퍼의 두께 전체가 거의 같은 온도가 됩니다 | 표면 부근의 얇은 층만 최고 온도에 도달합니다. 벌크는 더 낮은 온도(플래시 램프에서는 예열 온도)에 머물며 히트 싱크 역할을 합니다 |
| 열 예산 | 큼 | 중간. 퍼니스 어닐링보다 훨씬 작음 | 매우 작음 |
| 도펀트 확산 | 큼. 접합이 깊어지고 과도 증속 확산(TED)의 영향이 큽니다 | 억제됩니다. 얕은 접합이 가능하지만 약간의 확산은 남습니다 | 거의 없습니다. 주입한 그대로의 프로파일이 대부분 유지됩니다 |
| 활성화 | 그 온도의 고용도가 대략 상한입니다. 온도를 올리면 확산도 늘어납니다 | 고온을 쓸 수 있으므로 활성화율이 높습니다 | 극히 짧은 시간의 매우 높은 온도로 활성화율이 높습니다. 평형 고용도를 넘는 준안정 활성화도 가능하지만, 이후의 열 공정에서 일부가 비활성화되기 쉽습니다 |
| 결정 결함의 회복 | 시간이 길어 회복시키기 쉽습니다 | 대부분의 결함을 회복시킵니다 | 시간이 너무 짧아 결함이 남을 수 있습니다. 스파이크 어닐링과 조합하는 경우가 많습니다 |
| 대표 용도 | 웰의 드라이브인, 막의 치밀화, 비교적 저온의 포밍 가스 어닐링 등. 같은 형식의 노는 열산화와 LPCVD에도 쓰입니다 | 소스/드레인 활성화, 실리사이드 형성, 얇은 산화막 성장과 질화 | 첨단 로직의 얕은 소스/드레인과 익스텐션 영역의 활성화(스파이크 어닐링과 조합), 아래층을 가열하면 안 되는 공정(IGBT의 이면 등) |
수치는 대략적인 자릿수 기준이며, 공정 세대와 제품에 따라 달라져요.