瑶光半导体：以激光退火技术引领第三代半导体产业新突破

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【概要描述】瑶光第3代激光退火产品成功研发后，将实现生产效率的大幅跃升。

在半导体器件的制造过程中，为了在硅片中形成特定的掺杂，在制造过程中需要进行多次离子注入工艺。在离子输入过程中，杂质离子的轰击会对晶圆中的硅原子造成一定程度的晶格损伤，导致杂质离子不能位于正确的晶格位置而不能具有应有的电活性。因此，需要对晶圆进行热处理，以修复晶格，激活杂质离子的电活性。这种热处理工艺就称为退火。

常见的退火工艺

炉管退火：晶圆放置在一个特制的封闭的长管形炉膛内。这个炉膛通常由耐高温的材料如石英制成。管炉的周围包裹着电阻丝，可以通过电阻加热将炉膛加热，精确测量和控制炉膛内的温度，确保温度分布均匀并达到所需的退火温度。

快速热退火（Rapid Thermal Annealing, RTA）：与传统的炉管退火相比，RTA以其迅速升温和冷却的能力而著称。RTA通过使用强大的光源，如卤素灯等，将光聚焦在晶圆上，迅速将晶圆加热到所需温度，这一阶段可能只需几秒到几十秒的时间。晶圆在所需温度下维持保温很短的时间，又迅速冷却到室温。

激光退火：激光退火是使用集中的激光束将材料局部加热至极高温度。特定波长和功率的激光束经过透镜聚焦并扫描在目标表面，进行局部瞬间加热。

在半导体产业的前沿领域，随着第三代半导体材料碳化硅（SiC）材料的逐步渗透和技术节点的快速缩小，要充分发挥SiC材料的性能，形成良好的欧姆接触，实现局部加热和精确控制，在先进制程（5nm及以下）和大尺寸晶圆（8/12英寸）的制造中，激光退火（LSA）取代传统热退火（RTA）是技术演进的必然选择。

传统热退火局限性

传统制备SiC晶圆欧姆接触的方法是高温热退火，温度较高（通常超过1000°C），退火时间较长（数小时），传统高温热退火在实际应用中存在诸多不足。

退火精度与局域化能力不足，传统高温热退火（RTA）采用整体加热方式，退火范围不可控且深度难以精准调节，无法满足先进制程中纳米级器件对 “局域化退火” 的需求。例如在 SiC 晶圆欧姆接触制备中，传统工艺会导致衬底与金属电极间发生侵蚀，破坏界面形貌均匀性，而先进制程要求金属 - 半导体界面的元素分布误差需控制在纳米量级，传统工艺难以达标。

热损伤与材料性能衰减，传统退火升温速度慢（分钟级），热传导深度大，会对晶圆整体产生长时间热影响，尤其在大尺寸晶圆（如 8 英寸）中，边缘与中心的温度梯度差异显著，易导致衬底晶格畸变、杂质扩散失控，进而影响器件电学性能。SiC 材料宽禁带特性对热稳定性要求极高，传统工艺的热损伤会直接降低击穿电场强度。

工艺兼容性差，先进制程中常涉及多层薄膜堆叠与复杂器件结构，传统热退火的全局加热会对非退火区域的薄膜（如栅氧化层、低k介质层）造成损伤，导致器件漏电或可靠性下降。

激光退火优势

激光退火在精确控制、快速加热、低热预算、高激活效率、超浅结制造和复杂结构处理等方面具有显著优势。

激光退火技术利用脉冲激光能量控制精准、瞬时脉冲能量高的特性，能够实现局域化和深度可控的退火效果。通过激光系统整形后，辐射晶圆背侧金属与SiC间发生合金化反应，生成特定的化合物层和碳空位层，从而降低金属与SiC衬底间的势垒差，将肖特基接触转化为良好的欧姆接触。

激光退火可在微秒到纳秒级时间内将材料加热到高温，随后迅速冷却。这种快速加热方式能够有效限制掺杂剂的扩散，降低短沟道效应，同时避免长时间高温对晶圆造成的损伤。

激光退火具有低热预算的特性，能够在短时间内完成退火，减少热对晶圆整体结构的影响；激光退火技术能够实现更高的杂质激活效率和更精确的温度控制，特别适用于先进制程中的离子注入修复、超浅结形成等工艺。

瑶光半导体激光退火解决方案

为了解决市场痛点，瑶光半导体积极探索激光退火应用方案，凭借多年技术优势及行业经验，自主研发推出SiC晶圆激光退火设备，填补了国内在激光退火领域的空白。

瑶光半导体的激光退火设备ES500系列，采用了波长更短的紫外光，使得退火的精确度提高了10倍，极大地提升了产品的良率并降低了生产成本。

（一）技术优势

高效率，最高可达12UPH 控制系统延时为行业标准0.6%，加工效率是同类型2倍+。

高良率，交付产品经过产线反复测试得出良率达到99%。

高精度，行业中率先采用动态激光能量监测技术，圆心视觉校准。激光能量密度91%，能量误差≤0.01J/cm2，位置误差≤1μm。

高智能，自主开发ETA RTOS 瑶光实时控制系统，最低30微秒超低延时，由源头带来超高控制精度，同时实现全自动极简操作。

（二）技术创新

瑶光半导体的激光退火设备在技术上进行了多项创新。首先，设备具备双退火模式，能够实现局部或全局退火，并开发了路径优化算法，以满足不同工艺需求。其次，设备配备了激光自动对焦技术与高速光闸装置，解决了因晶圆厚度不同导致的激光聚焦问题，进一步提高了退火精度。此外，设备还采用了保护气体填充及匀化技术，提高了退火区域的气体保护效果，确保退火过程的稳定性和一致性。

（三）加工效果

经过产线测试，通过对晶圆背面退火，不同能量密度激光退火工艺IV曲线比对数据。电极从肖特基接触变成欧姆接触，电阻由200kΩ降低至2-3Ω。

瑶光半导体总经理王涛透露，目前，企业的研发团队正在全力攻坚 SiC 激光退火设备的第3代产品。第3代产品成功研发后，将实现生产效率的大幅跃升。从取片到晶圆完成激光退火，当前产品一小时内对晶圆的吞吐量为6片，而第3代产品将有望实现一小时12片的吞吐量，这一飞跃将进一步提升瑶光半导体在行业内的竞争力，为客户创造更大的价值。

在半导体制造技术不断追求卓越的征程中，瑶光半导体凭借其在激光退火技术领域的深厚积累与持续创新，成为了行业的引领者。其先进的激光退火设备，不仅满足了市场对高品质、高效率半导体制造的迫切需求，更为推动我国半导体制造技术的进步贡献了重要力量。瑶光半导体将继续秉持创新精神，不断攀登技术高峰，为半导体行业带来更多的惊喜与突破，书写更加辉煌的篇章。

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