晶格缺陷熱處理和吸雜_圖文

1、 上海矽裕電子科技有限公司 TEL假設(shè)硅片中的氧濃度適當(dāng)，且氧的分布均勻，那么通過一系列的穩(wěn)定循環(huán)處理就可在硅片 中實(shí)現(xiàn)內(nèi)部吸雜（圖.24）。這樣一個(gè)“高溫低溫高溫”循環(huán)步驟具體為： 步驟1：形成浸蝕區(qū)通過一個(gè)高溫的處理來減少硅片表面附近的氧濃度。 步驟2：SiOx群的集結(jié)通過一個(gè)低溫的處理來實(shí)現(xiàn)SiOx沉積的均勻集結(jié)。 步驟3：沉積的生長和吸雜通過一個(gè)高溫的處理來讓步驟2中的SiOx沉積生長，生長的 結(jié)果是形成位錯(cuò)環(huán)，這便是所需要的吸雜點(diǎn)。 在第一步里，接近表面且氧含量比形成沉積所要求的小的區(qū)域（浸蝕區(qū)）形成。這樣便能防止 36 真空吸筆 真空吸筆理片機(jī) 理片機(jī)倒

2、片機(jī) 倒片機(jī)金屬片架 金屬片架取舟器石英舟/ 取舟器石英舟/取舟器 取舟器外延石英鐘罩 外延石英鐘罩定制工具 定制工具凈花及防靜電用品 上海矽裕電子科技有限公司 TEL沉積或它們衍生的位錯(cuò)環(huán)在這個(gè)區(qū)域里形成，因?yàn)樗鼈兡軌蚺c有源器件的結(jié)交叉或在接近器件 表面出被施雜。通過一個(gè)高溫的步驟去使硅片形成浸蝕區(qū)，因?yàn)檫@使硅片上下表面的氧向外擴(kuò) 散，從而使氧濃度減少到這個(gè)溫度下溶解度所限定的濃度附近。VLSI工藝要求浸蝕區(qū)的深度必 須超過最深的結(jié)的結(jié)深加上它周圍空間電荷區(qū)厚度所形成的深度。因?yàn)楹谋M區(qū)的厚度依賴于硅 片的電阻率和器件的最大工作電壓，所以制備在相同電阻率襯底上的不同

3、的器件可能需要不同 的浸蝕區(qū)深度，因此，一個(gè)重要的問題必須被回答：設(shè)計(jì)和工藝能容許的浸蝕區(qū)有多厚？沒有 簡捷的方法來決定這個(gè)厚度，測試它的電路必須被制備在不同氧含量的初始硅片上，然后測試 這些電路，再通過分解和腐蝕去決定浸蝕區(qū)的深度和沉積密度。據(jù)報(bào)道，110012000C的溫度 下處理30240分鐘產(chǎn)生的浸蝕區(qū)深度為1040µm。圖.25展示不同溫度和初始氧濃度下的向 外擴(kuò)散深度。注意到，如果把N2或Ar通入浸蝕環(huán)境，則可以采用高的浸蝕溫度（12000C）從 而避免形成坑洞。 在第二步里，通過一個(gè)較低溫度（6008000C）的處理去使硅體內(nèi)間隙的氧原子形成第三 步里沉積和吸雜所需要的

4、晶胞核。如果硅片被長時(shí)間的（464小時(shí)）放在6508000C的環(huán)境 里，則過飽和的氧原子（間隙位）能擴(kuò)散并集結(jié)成小的群（詳見體缺陷部分）。注意，若溫度 大于9500C，則幾乎不出現(xiàn)均勻集結(jié)，所以，在第一步里應(yīng)使溫度大于9500C，以防止在硅片表 面附近形成群。 在這一步里形成了大量的相對較小的氧原子群，對一定的溫度和時(shí)間，群的數(shù)目依賴于氧的含 量，并隨初始氧濃度增大而增大。盡管初始硅片中氧的含量是決定氧原子群密度的重要參數(shù)， 37 真空吸筆 真空吸筆理片機(jī) 理片機(jī)倒片機(jī) 倒片機(jī)金屬片架 金屬片架取舟器石英舟/ 取舟器石英舟/取舟器 取舟器外延石英鐘罩 外延石英鐘罩定制工具 定制工具凈花及防靜電

5、用品 上海矽裕電子科技有限公司 TEL但在CZ硅中控制氧的濃度是很困難的，圖.26展示了一個(gè)初始氧濃度為15ppma的硅片在8000C 時(shí)的集結(jié)率和氧原子群的最后的半徑。如果是在溫度范圍低的一端（約6500C）的溫度下形成 集結(jié)，則要實(shí)現(xiàn)一定濃度的足夠大小的群，需要一個(gè)明顯較長的退火時(shí)間（1664小時(shí)）。要 能在這一步里采用 6500C 的溫度，又使整個(gè)集結(jié)時(shí)間減少，那么就要采用溫度傾斜的方法 （rampingupofthetemperature）。如果隨著溫度的變化，臨界半徑R0的變化率小于退火中群的 生長率，這種方法就能使群的形成率增大，也就是說，當(dāng)一個(gè)正在生長

6、的群達(dá)到一個(gè)更高的溫 度時(shí)，它將生長的足夠的快去超過這個(gè)溫度時(shí)的臨界半徑R0。 如果超越步驟2的溫度范圍，那么，群生長成大到足以產(chǎn)生體內(nèi)所要求位錯(cuò)的沉積的時(shí)間是 很長的。因此，一但群已經(jīng)生長到超過一個(gè)較高溫下的臨界半徑R0的大小時(shí)，重新加上一個(gè)溫 度能在較短時(shí)間內(nèi)使群生長成更大的沉積，如果集結(jié)過程的溫度傾斜技術(shù)被采用，最后的溫度 可以是第三步里所需的溫度。 在第三步里，硅片被加熱到高溫（90012500C）狀態(tài)并持續(xù)一段時(shí)間（416小時(shí)）。在 這個(gè)溫度下，第二步里形成的足夠尺寸（即大于R0）的群將生長（即半徑從3050Å長到500 1000Å），這種生長是由晶體中的間隙氧原

7、子擴(kuò)散到SiOx群中產(chǎn)生的，并且這些氧原子將埃 沉積表面與硅發(fā)生反應(yīng)，因?yàn)槊恳粋€(gè)SiO2分子的生成都會引起體膨脹，所以通過產(chǎn)生硅自間隙 來調(diào)節(jié)這個(gè)膨脹，只有當(dāng)釋放自間隙仍不能完全解除這一膨脹時(shí)才會發(fā)生體積的變化。沉積也 能產(chǎn)生應(yīng)力場，這個(gè)應(yīng)力場可以產(chǎn)生棱柱形位錯(cuò)環(huán)。 由沉積釋放的自間隙也能形成位錯(cuò)環(huán)的內(nèi)容已經(jīng)在體缺陷部分里講過了。位錯(cuò)環(huán)包含一個(gè) 通過吸收沉積生長過程中釋放的自間隙而生長的外來層錯(cuò)，各種機(jī)理形成的位錯(cuò)都能作為吸收 快速擴(kuò)散雜質(zhì)的吸雜點(diǎn)。 最后形成的沉積的大小對硅片翹曲的抑制也有作用。Kishino認(rèn)為隨著沉積大小的增長，硅 片的翹曲也會增大（圖.23a）。這個(gè)數(shù)據(jù)及其它的都說明步

8、驟3中熱處理使沉積大于2000Å不會 對生產(chǎn)的成品率造成什么影響。事實(shí)上，有幾個(gè)報(bào)道已經(jīng)指出最好的硅片是那些緩慢的、均勻 的在整個(gè)硅片內(nèi)形成沉積的片子（尤其是有好的徑向均勻性），而且這些小的沉積都帶有沉積 引發(fā)的缺陷的復(fù)合體。考慮到硅片的應(yīng)力，已經(jīng)使內(nèi)部吸雜的大部分使用者遠(yuǎn)離那些含氧量過 高（即大于19ppma）的硅片，而選用含量中等（即1519ppma）的硅片。 38 真空吸筆 真空吸筆理片機(jī) 理片機(jī)倒片機(jī) 倒片機(jī)金屬片架 金屬片架取舟器石英舟/ 取舟器石英舟/取舟器 取舟器外延石英鐘罩 外延石英鐘罩定制工具 定制工具凈花及防靜電用品 上海矽裕電子科技有限公司 TEL:021-51

9、385583 吸雜的概括 吸雜的概括 實(shí)現(xiàn)高成品率VLSI生產(chǎn)需要有效的吸雜。我們已經(jīng)描述了各種吸雜方法，包括外來的和內(nèi) 在的。在實(shí)際應(yīng)用中，這些方法的配合使用是更有效的。事實(shí)上，保守的吸雜方法就是在一個(gè) 過程中慎重的使用多種吸雜方法。外來的背面吸雜方法和內(nèi)在的吸雜方法可以同時(shí)使用。因?yàn)?典型的CZ硅片本身含有適當(dāng)濃度（1519ppma）的氧。所以，許多過程中都使用了內(nèi)在吸雜 的方法。當(dāng)?shù)蜏毓に嚮蚩焖贌崽幚慝@得更廣泛的應(yīng)用時(shí)，內(nèi)在吸雜方法便是不可缺少的。低溫 熱循環(huán)處理將要求使用那種吸雜點(diǎn)更接近有源器件區(qū)的吸雜方法。 然而，內(nèi)部吸雜的方法不能做到在相關(guān)過程中氧數(shù)量的嚴(yán)格控制，要做到這一點(diǎn)是很復(fù)雜 的。因此，一些工藝工程師趨向于完全放棄內(nèi)在吸雜的方法，他們要求使用間隙氧含量低于生 產(chǎn)沉積所需濃度的CZ硅片。如果有足夠的信任去相信一種其它的吸雜方法可以在整個(gè)工藝中保 持有效的作用，那么放棄內(nèi)在吸雜可能是可行的。如果這種方法不能被明確的鑒定，工藝便會 沒有足夠的保證。有一點(diǎn)也是重要的，那就是存在于有源器件區(qū)的晶體