陶林
现在，半导体工业正处在一个新的转折点：掺杂杂质的分布轮廓正在向纳米水平靠近，其分布会严重影响器件性能。这就要求我们能够将杂质扩散和活化程度控制在前所未有的水平上，包括提高活化程度和减小热预算等要求。
“栅极堆栈结构、衬底材料和接合形成方法都会出现新的变化。”AppliedMaterials前段产品部副总裁兼总经理RandhirThakur说，“以上各领域都会出现新材料、新工艺、新产品开发或者新结构。如果应变硅、提升源极和SiON的工艺整合能够继续推动每年17%的性能增长速度，我们就会延迟对高k材料的需求。
一、栅极和高k电介质
传统的氧化硅/标准掺杂（有时是离子注入）多晶硅栅极结构已经逐步过渡到金属硅化物、然后是氮化氧化物结构。“65nm工艺将开始使用高k电介质。”Thakur说，“那时，芯片制造商将会考虑使用金属栅极或高度掺杂的电极取代多晶硅电极。事实上，逻辑产品供应商已经开始讨论金属栅极的问题了。从栅极堆栈的角度来看，使用金属栅极已经是非常明显的趋势了。”
现在已经出现了一些新材料的变化，例如高k电介质和金属栅极。看起来它们将同时被采用，甚至有人认为没有两者互相配合就不可能根本解决问题。“问题是这一技术尚未完善，还不能正常工作。”Dip说，“高k电介质在硅表面的电学响应非常复杂，而且电介质变薄会降低MOSFET通道迁移率。因此，使电介质继续变薄或采用高k电介质可能都是行不通的。如果你想消除漏电流，你就必须提高功耗，将驱动电流提高到合适的水平。但是高k电介质的很多优点就发挥不出来了。”高k电介质仍然是遥远的梦想。高k电介质成为未来技术的可能性越来越小。一些领先的IDM公司准备采用新颖的应变层技术。现在，他们生产的所有晶体管都采用氮化氧化硅作为栅极电介质，他们准备通过应变层技术--而不是高k电介质--进一步改善其性能。
高k电介质时代一定会到来。“我们可能要晚些时候才会采用高k电介质，也许是第一代45nm工艺。工艺进步已经赋予“微缩”自身的特定含义。回顾过去的发展，你会发现你的目的不是缩小空间和尺寸，而是通过微缩提高性能。缩小空间和尺寸只是方法而已。完全通过尺寸微缩提高性能的时代基本上已经结束了。性能改善要通过其它方法来实现，例如更加精巧的设计、SOI、应变层、3D器件等。但是这些方法都还存在各自的问题。至于热处理，我们会通过反应器的开发和优化继续改善现有传统材料的性能，使之更加容易控制、适用范围更广、热预算更小、成本更低、更适合与先进器件进行整合。
二、拓展RTP使用范围
Mattson的目标集中在两项RTP技术上——特别是超浅接合的形成。“我们需要很浅的接合和很高的活化程度。”Timans说，“今天可供选择的技术是高温尖峰退火技术，它具有目前最大的杂质活化程度和最小的扩散程度以及很好的缺陷退火修复特性，形成的接合质量较高、漏电流较低。一直到65nm工艺这一技术都会非常重要——它能在尽量减小扩散的同时确保较高的活化程度。在先进器件时代，提高活化程度和控制扩散这对矛盾的取舍会变得越来越困难。”先进器件——特别是逻辑产品--将会采用NiSi技术制造。然而，NiSi带来了更加复杂的问题，特别是它要求RTP设备能够进行低温控制。
Ni的工艺处理温度比钴低，因此拓展RTP使用范围时温度测量和控制是最令人感兴趣的问题。“我们的用户希望能够在RTP设备中保持金属硅化工艺。”Axcelis公司Hebb说，“但是还需要能够进行低温测量和控制。为了拓宽工艺适用范围，现在的发展方向是如何将RTP温度控制在250℃内。”
温度降低时，物体发射的辐射强度会按指数下降。由于低温时晶片不能发射足够能量，因此采用高温计测量和控制温度比较困难。“光的干扰是另外一个问题。加热源发出的光也会传到高温计，然而我们需要测量的却是晶片发射出来的辐射或光。”加热源温度越高，情况就越糟糕。
用热墙代替灯管进行加热会有所帮助。“我们已经推出了具有250℃温度控制能力、可用于NiSi开发的系统。”Hebb说。“用户可以采用一步工艺对NiSi进行退火，而钴一直使用两步工艺。虽然理论上镍可以采用一步工艺进行处理，但是两步工艺具有自己的优点。我们发现采用两步退火工艺（第一步低于300℃）确实会有一些正面结果。”
三、激光处理
为了使接合深度不断变浅，传统的尖峰退火方法将成为过时的技术。几年前，人们认为激光退火是形成浅接合的最佳解决办法。“激光退火的好处是不需要用灯丝进行加热。你可以利用激光快速提高温度，直至足够熔化硅晶体，从而使其高度活化。”Mehta说，“然而，从大批量生产的角度来看，这一技术还存在关键的整合问题。从技术角度来看，也存在漏电流和残留物缺陷问题，它们都会对晶体管性能造成影响。尽管该领域的研究工作仍然很活跃，但是将激光加热技术进行整合用于形成USJ是不太可行的。
人们还尝试了动态表面退火技术，即工作温度低于硅晶体熔点的激光处理工艺。该技术有望成为一种先进的尖峰退火技术。闪光退火是另外一种选择，它是RTP尖峰退火技术的延伸。闪光退火时，晶片首先被加热到适当的温度，大约为600-800℃，然后用高强度辐射进行很短时间脉冲的辐照，使晶片达到所需高温。一旦温度峰值达到要求，系统就会立即关闭辐射。
器件制造商将不得不采用一些替代技术。不管是器件结构、材料、杂质种类的改变还是综合以上各种方法，其目的就是为了不断改善接合特性，提高晶体管性能。
四、控制晶片加工处理温度均匀性面临的挑战
反应器内部的梯度性热分布将不利于精确控制晶片加工处理所要求的温度分布均匀性。通常，简化的做法是在系统内部对某些部件进行优化，达到改善系统整体性能的目的。通过个别部件的优化和计算机流体动力学模型对系统进行模拟分析是实现晶片温度均匀性精确控制的常用手段。也就是说，经验丰富的分析师可以根据假设，通过计算机模型软件例如Ansys（有限元分析）和CFD（计算机流体动力学分析），使某些部件例如加热板的控制更加精确。
然而，即使这些单个部件的精确度控制得很好，实际上也很难使晶片加工处理时达到同样的精确度，使导致系统不能达到预期性能，工艺成品率和重复性无法让人满意。为了缩小单个部件和系统性能之间的差距，进行模型分析时很有必要用反应器的实际情况和信息代替标准的假设条件。其中，关键信息包括能够影响反应器系统的各种因素，包括加热器、晶片、反应器侧壁、支撑系统、基座、反应器进出端口、检测仪器和方法、反应器外部物理和热环境变化、流体种类和流速等等。这些信息可以使分析师更加精确地评估各种因素的影响，包括表面光洁度、边缘损耗、自由对流或辐射（取决于反应器是否是真空系统）。最终设计出来的加热和控制平台中，各部件可以互相配合，达到最佳综合性能，而不是单个部件的最佳表现。