| 标题 | 8英寸薄层硅外延片的均匀性控制方法 |
| 范文 | 王肖波 摘 要：作为半导体硅器件和集成电路中经常会使用的一种基础功能的材料，硅外延片的性能非常优越，是我国电子信息技术产业发展过程中经常会用到的材料。半导体器件薄层硅外延片在半导体中的应用范围非常广泛，其在半导体器件中担任的主要是电路功能。该文就8英寸薄层硅外延片的均匀性控制进行研究，希望能够在一定程度上提高8英寸薄层硅外延片的质量。 关键词：8英寸硅外延片；薄层外延；外延层厚度 中图分类号：TN304 文献标志码：A 随着近几年我国集成电路产业的飞速发展，8英寸电子计算机技术发展速度也在不断加快，在一定程度上促进了我国电子信息技术的发展。我国对8英寸集成电路的市场需求非常大，导致现在我国生产的8英寸硅外延材料经常会出现无法满足国际市场需求的情况，严重阻碍了我国电子信息市场的发展。近几年抛光片经常会出现厚度和电阻率无法控制的情况，对我国集成电路的发展造成非常大的影响。 1 工艺实验 1.1 外延设备 采用ASM公司的E2000型单片外延炉进行工艺实验。石英腔体水平放置，内置可旋转的石墨基座，基座中心和4个边缘分别有热偶进行温度探测和控制。每次生长1片，工艺气体由腔体前法兰进入，后法兰流出。 1.2 实验过程 原材料使用8英寸掺磷（P）杂质衬底作为实验用衬底，电阻率为0.00135 Ω·cm～0.0015 Ω·cm，生长用硅源为三氯氢硅（SiHCl3，简称TCS）。外延层厚度w=4.0μm，电阻率ρ=0.2Ω·cm。 2 结果与分析 2.1 外延层厚度的均匀性控制 在进行8英寸薄层外延片制备的过程中，其外延片的厚度经常会受到制作过程中生产温度和气流分布的影响。相关人员将在其制备的过程中，主要研究生长温度和气流变化对外延片本身厚度造成的影响。在进行8英寸薄层外延片制备的时候，相关人员要对不同温度和气流变化下的8英寸薄层外延片的质量进行研究，在进行实验的过程中，相关人员设定的温度一般为1 160 ℃、1 140 ℃、1 120 ℃、1 110 ℃，在进行实验的过程中，相关人员要对外延片的厚度进行严格的测试，并且在进行测试的过程中，相关人员还要设置中心点，在对其的厚度进行测量的时候，围绕着中心点对21个测量点进行测量。 相关人员在对观测点进行测量的时候，要保证器件加工的水平能够达到相关规定的标准。在对其进行测量的过程中，可以发现越靠近外延片边缘其厚度越高，这种情况导致外延片的外形呈现出“碗状”的状态，越靠近其边缘的位置温度越高并且其薄厚不均匀的程度也在不断提升，相关人员在进行器件加工时，要充分考虑温度设定的问题，在对其进行观察之后，可以发现其制备的最佳温度是1 130℃，在这个温度状态下外延厚度的分布是最均匀的。 当8英寸薄层硅外延的温度始终保持在1 130℃的时候，不仅能够有效保证外延片边缘厚度的均匀性，还能满足外延片的“碗状”要求。由于外延片在制备的过程中经常会出现温度偏低的情况，这种情况导致其在制备时经常会出现晶格缺陷，即：“雾”，在进行外延片制备时，相关人员要保证其生长条件能够满足人们的需求。 在进行8英寸薄层硅外延片制备的过程中，其H2整体体积流量越小，其边缘温度就会越低。在进行硅外延片制备的过程中，如果其边缘温度出现高于中心温度的情况，那么在进行外延片制备的过程中，其边缘的生长速率也会出现高于中心区域的情况，导致其形成“碗状”的状态。 2.2 外延层电阻率的均匀性控制 相关人员在进行单片外延片制备的过程中，采用的都是单片外延片生长系统，其在应用的过程中经常会出现自然掺杂的情况，这种情况导致其经常会出现非常严重的掺杂情况，导致外延层边缘电阻经常会出现严重下降的情况，低层衬底杂质出现非常明显的扩散和外延情况，这种情况出现的原因主要是其制备温度过高导致的，因此在进行8英寸薄层硅外延片制备的过程中，相关人员要对其电阻率的均匀性进行改善，在改善的过程中，相关人员采用的方法一般为降低其电阻率幅度、提高其电阻率等。 在对外延片进行制备的过程中，相关人员不仅要保证其在一定的温度范围内，并且还要保证其温度和电阻率在一定的范围内，其在进行生长的过程中，其温度和电阻率呈现的是正比的状态，在对其的温度进行设定的过程中，相关人员要保证其的质量流量固定为0.25 g/s，要保证其的生长温度为1 135℃，在这一条件下，其中心温度会和边缘温度出现非常严重的偏差，这种情况导致其电阻率经常会出现非常严重的边缘化趋势。 在外延片制备的过程中，相关人员要加大对温度控制的重视度，保证其温度的均匀性。10 mm电阻率和6 mm电阻率随着温度偏差的增加而逐渐增加，并且10 mm电阻率增加的幅度明显高于6 mm电阻率；3 mm电阻率则在由-20 ℃增加至-15 ℃时上升，温度偏差继续增加时，则持续下降。保持中心生长温度不变的情况下，增加温度偏差，意味着升高边缘温度，抬高边缘温度可以提高边缘10 mm和6 mm的电阻率，但是在边缘3 mm区域内，则是温度越高，电阻率越低，这是由于边缘3 mm区域更靠近重掺衬底裸露的边缘，高温下衬底杂质从裸露处逸出，进入外延层，使电阻率降低。越靠近边缘，自掺杂浓度越重，温度越高，自掺杂越重。 单片炉生长的8英寸薄层外延片的典型缺点就是受系统自掺杂的影响，在外延片边缘区域加工的器件容易发生失效现象，从而导致晶圆成品率降低。该文通过改善外延工艺，调整外延片片內厚度和电阻率分布，在公差范围内（±2%），形成中间低、边缘高的“碗状”分布，弥补系统自掺杂对边缘的影响，提升了8英寸薄层外延片的产业化良率水平。 在进行8英寸薄层外延片制备的过程中，相关人员要加大对其生长温度的重视，在其温区和体积流量不变的情况下，相关人员在对其生长速率制定的过程中，也会对其的质量流量和生长速率进行设定，在外延片制备的过程中，相关人员可以沿着半径对其进行测量。随着其生产速率的不断提升，其电阻率的位置也会随之出现变化，其电阻率最大值会随着生长速率的加快出现上升的情况， 相关人员在进行8英寸薄层外延片制备的过程中，要提高对生长速率的重视程度，随着外延片生长速率的不断提高，其电阻率不均匀的现象也会随之减少。随着8英寸薄层硅外延片生长速率的不断提升，其在进行生长的过程中受到自掺杂的影响也会随之减少。 3 结论 综上所述，在进行8英寸薄层硅外延片制备时，相关人员要加大对其厚度分布和制备温度控制的重视，对其边缘的温度进行有效控制，在对其厚度进行控制的过程中，相关人员要严格按照相关规定的标准进行。在制备的过程中，相关人员要结合先进的科学技术对现有的工艺进行创新，加大对其边缘生长速率的重视，采取有效措施缩短电阻率的过渡区，这样外延片在进行制备过程中出现不均匀现象的概率才能得到有效降低。 参考文献 [1]张志勤，袁肇耿，薛宏伟.8英寸薄层硅外延片的均匀性控制方法[J].半导体技术，2017，42（7）：531-535. [2]刘小青.8英寸薄层硅外延片工艺设计与实现[D].江苏：东南大学，2016. [3]邓雪华.高阻薄层硅外延材料研制[J].电子与封装， 2014（8）：39-41. [4]陈涛. 6英寸高均匀性P型硅外延片的工艺研究[J].电子与封装，2015（9）：36-39. |
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