①热退火工艺简介：热退火（Anneal）是一种在集成电路制造过程中广泛应用的热处理技术，适用工艺包括和离子注入工艺结合使用以实现晶圆掺杂、金属薄膜沉积后金属硅化物烧结、晶圆表面改性（氧化、氮化）等。

集成电路前道芯片制造工艺热处理流程分析

离子注入过程中，高能掺杂物离子如硼（B）、磷（P）等对晶圆表面的硅晶体结构造成破坏。为了满足最终芯片性能要求，在离子注入后必须利用加热退火工艺对晶格的损伤进行修复，使其恢复单晶结构并激活掺杂物，当掺杂原子在单晶晶格位置时，才能有效提供电子或空穴作为传导电流的主要载流子。在高温热退火工艺中，掺杂原子快速移动，并寻找停留在自由能最低的单晶晶格位置，从而对离子注入后的单晶结构进行了修复，掺杂离子得以激活并改变晶圆导电性质。

热退火修复促进晶格重组示意图

②热处理设备工艺及行业发展趋势：20世纪90年代之前，高温炉管广泛用于离子注入后的退火处理。高温炉管退火采用批量处理方式，通常在充满氮气和氧气的环境下于850℃-1000℃的高温范围内加热晶圆，加热持续时间通常为30分钟以上，晶圆需缓慢推进或拉出高温炉以避免出现弯曲。

高温炉退火技术的热积存效应和退火过程中的掺杂物扩散问题为其主要技术短板，随着器件特征尺寸的缩小，集成电路芯片晶体管结面深度逐渐变浅，对离子注入后的退火工艺提出了更高的要求，必须通过降低热退火工艺时间以降低热预算。为满足集成电路制造中超浅结的要求，包括先进尖峰退火、激光/闪光毫秒退火在内的单晶圆快速热退火技术应运而生。

尖峰退火是温度高峰时间很短的快速热处理过程，温度高峰持续时间通常在1-2秒，该技术采用高峰值温度以最大限度激活掺杂物，并快速升降温度以控制掺杂扩散程度。相比传统高温炉管和普通快速热退火技术，尖峰退火技术大大降低了掺杂原子扩散程度，因此在90纳米以下技术节点制造流程中有着更加重要的应用。

中金企信国际咨询公布的《2022-2028年中国快速热处理设备行业市场调查及投资战略预测报告》

尖峰退火技术温度控制示意图

激光/闪光毫秒退火技术通过激光/电弧闪光灯等超高能量光源快速加热硅晶圆，使其表面达到临界融化点温度，由于硅的高导热性，硅片表面在最高退火温度仅保持几毫秒后便会快速降温冷却。激光/闪光毫秒退火技术可以在离子注入后以最小扩散程度激活掺杂原子，目前已被广泛用于32纳米以下逻辑芯片的先进工艺技术节点，并开始在先进10纳米DRAM动态随机存取存储器技术开发中应用。

近年来，先进尖峰退火、激光/闪光毫秒退火在内的快速热处理技术越来越受到集成电路制造厂商的关注。随着集成电路性能不断提高的要求，快速热退火技术在晶圆加工/集成电路制造中的竞争优势越来越明显：相比普通炉管退火设备几小时的加热时长，快速热退火设备只需几秒甚至几毫秒便可使晶圆上升至所需温度，总体热预算较低，可以更好地提高晶圆的性能，满足先进集成电路制造的需求。

中金企信国际咨询公布的《2022-2028年中国半导体热处理设备行业市场发展现状研究及投资战略咨询报告》

近年来，半导体热处理设备市场规模保持平稳增长。根据中金企信统计数据，2020年全球热处理设备市场规模合计15.37亿美元，其中快速热处理设备市场规模为7.19亿美元，氧化/扩散设备市场规模约5.52亿美元，栅极堆叠（GateStack）设备市场规模为2.66亿美元。下游对于半导体产品性能需求的不断提升，将对上游热处理设备市场产生拉动效应，在此趋势下，快速热处理设备预计将获得更大的发展空间，2025年快速热处理设备市场规模有望达到9.37亿美元。

全球热处理设备市场规模分析

数据统计：中金企信国际咨询