外延层缺陷及其减少方法--

减少外延层缺陷的方法
一、仔细地抛光、清洗硅衬底，做到表面光洁度好、清洁、无划痕和损 伤、无沾污。
二、采用超纯石墨基座，最好采用CVD涂覆碳化硅的石墨基座，以减少 来源于基座的金属杂质影响。
六、对外延用衬底C和O含量进行控制。 氧、碳、氢、氮是硅中研究最多的四种非金属元素。对于氧、碳 杂质，通常的做法是控制硅中氧含量，降低碳含量。一般的IC 工艺仍 然使用间隙氧含量在8～28ppm的硅衬底。此外，氧沉淀一直是令人 瞩目的研究课题。使用磁场控制直拉单晶中氧含量的实验还在继续， 实验证明，采用cusp 磁场可有效地控制硅单晶中的氧，对改善 200mm 以上的大直径单晶的均匀性具有实际意义。在IC工艺中，氧 沉淀对金属杂质的内吸除（IG）是有益的，IG 可延长少子寿命并提高 器件成品率。由于电路的设计线宽不断减小，氧浓度及其轴向和径向 均匀性的精确控制，在硅单晶的生长工艺中显得更为重要。 七、可用内吸除法或激光吸除法形成衬底表面洁净区（近乎无缺陷、无 有害杂质），然后再生长外延。
九、要减少金属杂质对外延片的沾污,首先要对各种沾污源进行控制和防 护。例如选用低金属含量的衬底;加强衬底硅片的清洗,经常对外延基 座和反应室进行ＨＣｌ高温处理等。 另外可以使用杂质吸除技术。目前在硅外延生产中常用的吸除技 术是:(1)增强吸杂技术;在衬底背面淀积多晶硅,再在外面淀积ＳｉＯ2 。以这样的衬底生产的外延片称为增强吸杂外延片。对于这种外延片, 多晶硅和ＳｉＯ2起背封作用降低了气相自掺杂。多晶硅层因其晶粒 间界对金属杂质起吸除作用,多晶硅也促进了硅片体内的氧沉淀生长, 起内吸除作用即形成增强吸除功能 。 (2)背面软损伤吸杂:它是通过喷浆在衬底背面形成软机械损伤,在外 延过程中,利用这种机械损伤来吸杂。研究显示,在外延过程中,背面软 损伤诱生出来半环形位错起吸杂作用。这种半环形位错一端起自软损 伤,另一端绕过半环又回到背面,因此它不是延伸缺陷,不会影响硅外延 层上的器件。
外延层缺陷及其 减少方法
2008,11,14
硅片工艺流程的检查技术经历了重大的改变。特征尺寸不断缩小，现在 缩小到0.25um以下。同时，在硅片上的芯片密度不断增加。每一步都 决定着成功还是失败的关键问题：沾污、结深、薄膜的质量等。另外， 新材料和工艺的引入都会带来芯片失效的新问题。测量对于描绘硅片的 特性与检查其成品率非常关键。 为了维持良好的工艺生产能力并提高器件的特性，硅片制造厂已提高了 对工艺参数的控制，并减少了在制造中缺陷的来源。
但在层错内部，晶格仍然是完整的。由错配的晶核为起源的层错， 并不一定沿着三个（111）面发展到表面，即在表面并不都成三角形 ，在某些情况下，层错周围的正常生长可以抢先占据上面的自由空间 ，因而使得层错不能充分发育。于是表现在层错的腐蚀图型不是完整 的三角形，而可能是一条直线，或者是一鱼。
外延层缺陷这样：背面离子注入Ar衬底，在低 温500-600度后高温1000-1100度两阶段退火，可减少外延层点缺陷。
吸杂技术是一种降低表面金属沾污的重要手段,根据吸杂中心引入 的位置可以分为内吸杂和外吸杂. 外吸杂技术是利用背损伤、多晶硅 沉积,磷扩散等处理在硅片背面引入缺陷中心,而内吸杂是通过热处理 在硅片内引入氧沉淀及其周围形成的高应力区作为吸杂中心. 传统内吸杂技术是高2低2高三步退火技术,利用热处理在硅片内部 2 2 , 形成氧沉淀及其衍生缺陷作为吸杂中心,同时在表层形成无缺陷的洁净 区,在洁净区上制造器件有源区. 该工艺的热预算较高,工艺实施时受硅 片内初始间隙氧浓度限制较大,所以在应用中受到一定局限。
五、衬底堆垛层错延伸。(图中5）
半导体外延层的缺陷会降低器件的性能。例如，缺陷会降低迁移率和增 加漏电流。外延层的缺陷可以归纳为5种： （1）从衬底来的缺陷。这些缺陷从衬底传到外延层，要在无位错缺陷的 半导体衬底。 （2）从界面来的缺陷。在衬底和外延层的界面的氧化层沉淀或任何形式 的污染物都可能形成方向失配的聚集或包含堆垛层错的结核。为了避免 此类缺陷，衬底的表面需彻底的清洁。 （3）沉淀或位错环。其形成是因为过饱和的掺杂剂或其他杂质造成的。 3 含有极高有意、无意的掺杂剂浓度或其他杂质的外延层极易有此缺陷。 （4）小角晶界和孪晶。在生长时，任何不当方位的外延薄膜的区域都可 能会相遇结合而形成这些缺陷。 （5）刃位错。是在两个晶格常数布匹配半导体的异质外延中形成的。如 果两者的晶格均很硬，它们将保持原有的晶格间距，界面将会含有错配 或刃位错的错误键结的原子行。刃位错亦可在形变层厚度大于临界厚度 时形成。
二、层错 一个完整的晶体可以理解为许多平行晶面以一定方式堆积而成。当这 种正常的堆积方式被破坏时，使在晶体中造成一层缺陷。在外延生长 过程中，由于衬底上某处，或者在抛光过程中产生的微痕，或者有颗 粒、氧化物，或者在清洗过程留下的污点等会使该处原子的正常排列 遭受破坏。而在外延过程中使这种错排逐渐传播，直到晶体表面，成 为区域性缺陷。 层错可分本征层错和非本征层错。本征层错是指抽出一层的情况，即 按照ABCA-CABC……（指抽出B层）排列。非本征层错是指插入一 层的情况，即按照ABCACBCABC……（指插入C层）。 当在一个晶面上同时形成许多晶核时，它们大多数不可能错配，错 配只发生在很少的晶核上。而且随着外延层的生长逐渐扩大，最终沿 着三个（111）面发育成一倒立四面体。 由于此四面体是错配的晶核发育成，因此在它与正常生长的晶体的 界面两侧，原子是失配的。也就是说，晶格的完整性在这些界面附近 受到破坏。
一、存在于衬底中并连续延伸到外延层中的线位错。(图中1）
二、在衬底表面杂质产生外延层堆垛层错的成核。此外衬底表面残存的 氧化物、吸取的碳氢化合物也导致堆垛层错。 (图中2）
三、外延工艺引起的外延层析出杂质。(图中3）
四、与工艺有关或或与表面加工（抛光面划痕、损伤）、碳沾污等有关 ，形成的表面锥体缺陷（如角锥体、三棱锥体、圆锥体、小丘）或其 他生长体。 (图中4）