硅外延片過(guò)渡區(qū)控制研究

馮麗華

摘 要：主要對(duì)硅外延工藝中影響外延材料過(guò)渡區(qū)的因素進(jìn)行了分析。從外延材料用襯底、HCl前拋光、趕氣時(shí)間和對(duì)外延材料過(guò)渡區(qū)影響方面進(jìn)行了重點(diǎn)研究，并采用不同襯底材料、工藝條件進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，總結(jié)了制備外延材料時(shí)在過(guò)渡區(qū)控制影響的規(guī)律。

關(guān)鍵詞：硅外延；擴(kuò)展電阻

1 引言

硅在高頻領(lǐng)域的應(yīng)用受到硅外延工藝的限制，高性能的器件對(duì)外延片的質(zhì)量有更高的要求。要求片內(nèi)一致性要高，過(guò)渡區(qū)要窄。材料是器件的基礎(chǔ)，因此，生長(zhǎng)出高質(zhì)量的外延層成了制作高性能器件的關(guān)鍵。但硅外延片加工過(guò)程中過(guò)渡區(qū)會(huì)表現(xiàn)的寬度不一致，導(dǎo)致耐壓存在差別。本文從幾個(gè)方面過(guò)渡區(qū)的控制及改善進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)深入分析。

2 實(shí)驗(yàn)分析

2.1 實(shí)驗(yàn)

2.1.1 不同襯底電阻率區(qū)間對(duì)過(guò)渡區(qū)的影響

外延時(shí)使用兩種不同電阻率區(qū)間襯底，具體工藝參數(shù)見(jiàn)表1。

對(duì)比可見(jiàn)，高電阻率襯底外延后過(guò)渡區(qū)寬度2.9μm，低電阻率襯底過(guò)渡區(qū)寬度3.1μm。

高電阻率襯底電阻率比低電阻率襯底過(guò)渡區(qū)要窄。

2.1.2 HCl前拋光工藝對(duì)過(guò)渡區(qū)的影響

HCl氣體用于在外延沉積之前蝕刻硅表面和去除表面損傷。

外延時(shí)使用兩種流量HCl進(jìn)行前拋光處理，具體工藝參數(shù)見(jiàn)表2.

對(duì)比可見(jiàn)，HCl前拋光流量為2slm時(shí)，外延后樣品過(guò)渡區(qū)寬度3.5μm，而當(dāng)前拋光流量改為1slm時(shí)，SRP分析過(guò)渡區(qū)寬度為3.1μm，降低HCl流量要有利于外延后材料過(guò)渡區(qū)的控制。

2.1.3 趕氣時(shí)間對(duì)過(guò)渡區(qū)的影響

外延時(shí)使用兩種趕氣，具體工藝參數(shù)見(jiàn)表3。

當(dāng)拋光后趕氣時(shí)間為3分鐘時(shí)，外延后樣品過(guò)渡區(qū)寬度3.5μm，而當(dāng)趕氣時(shí)間改為8分鐘時(shí)，SRP分析過(guò)渡區(qū)寬度為2.5μm，由此可見(jiàn)增加本征后趕氣時(shí)間在很大程度上可以降低過(guò)渡區(qū)寬度。

3 結(jié)論

硅外延生長(zhǎng)過(guò)程中由于受到自摻雜和生長(zhǎng)系統(tǒng)內(nèi)雜質(zhì)的影響，外延層過(guò)渡區(qū)表現(xiàn)的寬度不一致，為了產(chǎn)品電性的一致性，我們對(duì)過(guò)渡區(qū)通過(guò)以下幾個(gè)方面進(jìn)行控制，控制襯底電阻率區(qū)間、HCl前拋光流量及本征后趕氣時(shí)間，通過(guò)以上手段的實(shí)施，硅外延過(guò)渡區(qū)滿足了8英寸器件的材料指標(biāo)要求，外延片出貨量大幅度增加，提升了國(guó)產(chǎn)硅外延材料的產(chǎn)業(yè)化水平。

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