ASM E2000硅外延片异常背圈现象研究与分析

ASM E2000外延炉在生产硅外延片的过程中,晶圆背面有时会出现异常背圈的现象,包括背圈大小异常、背圈形状异常、背圈偏心等。经研究发现,背圈现象只会在非二氧化硅背封的晶圆上出现。针对异常背圈的产生,进行了滑片、气流、温度、时间等相关参数的实验验证,得到背圈形成的原因及异常背圈产生的原因。晶圆经900℃烘烤60 s就会形成背圈,这是外延过程中的正常现象,但是不规则的背圈通常伴随着其他外延工艺参数的同步变差,异常背圈可以通过调整工艺参数、设备滑片、跳片以及更换石墨件来解决。

双极型晶体管用常压埋层硅外延的图形完整性研究

阐述埋层硅外延片作为当今双极型晶体管的关键战略材料,应用价值显著。但是相比常规无图案的抛光片外延,埋层硅外延制备工艺受制于外延均匀性、表面质量等参数制约,难度显著增加。基于<111>晶向的埋层硅外延将与<110>定位面垂直的方向发生图形漂移,而且反应副产物HCl会腐蚀硅片表面,图形台阶处因为取向不同,使各方向腐蚀速率不同产生图形畸变,导致光刻工艺下的对位标记无法进行。本文解释了外延生长过程中图形漂移和畸变原理,验证了生长温度、反应速率对图形漂移和畸变的影响,通过优化外延工艺参数,严格控制生产工艺,可以满足埋设层外延工艺的特殊要求,最终成功在常压状态下控制了图形漂移和畸变。

硅外延片生产中工艺缺陷——滑移线的成因分析和控制措施

滑移线是一种硅外延片生产中常见的缺陷,由于硅外延片在加热处理过程中受到不均匀的温度分布影响,导致其表面出现的一种工艺缺陷现象。结合生产设备ASM2000型号外延炉,阐述了滑移线的形成机理,通过研究衬底、基座、升降温速率、温场均匀性等对滑移线的影响,提出了针对关键影响因素的解决办法,以避免滑移线的产生、改善硅外延片的生产质量和提高硅外延片的性能。

重掺衬底对硅外延过程中系统自掺杂的影响研究

硅外延过程中,反应系统中会有掺杂杂质存在,这些杂质如果在反应过程中没有得到有效处理,进入外延层,会出现自掺杂效应,影响硅外延反应效果。反应完成之后,反应腔室内残留的掺杂杂质需要进行相应处理。常用的HCl高温刻蚀无法完全清除杂质,这些难以去除的残留物会在后续的硅外延反应中继续扩散,最终导致外延层电阻率受到干扰。这一现象被称为系统自掺杂效应,其中重掺衬底是硅外延反应过程中常见的一种掺杂剂。因此文章结合实际探究重掺衬底对硅外延过程中系统自掺杂的影响,进而依据影响提出优化建议,这对于推动硅外延反应系统优化升级有积极作用。

UHV/CVD生长亚微米薄硅外延层及其高频器件研制

为获得亚微米级的薄硅外延层,从而提高硅器件的工作频率,利用自行研制的一台新型超高真空化学气相沉积(UHV/CVD)系统生长用于高频器件的超薄外延层,该系统由气路部分、控制部分、主体部分组成,反应室本底真空可达5.0×10-8Pa,能够实现在超净环境下低温、低压外延生长.利用该系统在重掺硅衬底上成功生长出了高质量的亚微米薄硅单晶层,外延层厚度为0.1～0.5μm,掺杂浓度为1×1017cm3,过渡区非常窄,达到了制备高频器件的要求;并在此基础上制备出了高频肖特基二极管原型器件,由IV测试并经过计算,截止频率可达31GHz.

平板式外延炉大尺寸硅外延层的均匀性调控

硅外延层是在硅单晶抛光衬底上采用化学气相沉积方法生长的一层单晶硅薄膜。本实验以150 mm的大尺寸硅抛光片为衬底生长高均匀性外延层,结合傅里叶变换红外线光谱分析(FT-IR)、电阻率测试仪等测试设备对外延层电学参数进行了分析。对平板式外延炉的流场、热场与厚度、电阻率均匀性的相互作用规律进行了研究,最终制备出表面质量良好、片内和片间不均匀性小于1%的外延层。

在薄硅外延片上制备高频肖特基势垒二极管

采用超高真空化学气相沉积技术 ,在 n型重掺 Si衬底上生长了轻掺的薄硅外延层 ,利用扩展电阻和原子力显微分析对外延层进行了检验 .结果表明 ,重掺 Si衬底与薄硅外延层之间的界面过渡区陡峭 ,外延层厚度在亚微米级 ,掺杂浓度为 10 1 7cm- 3.在此外延片上制备了高频肖特基二极管的原型器件 。

8英寸薄层硅外延片的均匀性控制方法

8英寸(1英寸=2.54 cm)薄层硅外延片的不均匀性是制约晶圆芯片良率水平的瓶颈之一。研究了硅外延工艺过程中影响薄外延层厚度和电阻率均匀性的关键因素,在保证不均匀性小于3%的前提下,外延层厚度和电阻率形成中间低、边缘略高的"碗状"分布可有效提高晶圆的良率水平。通过调整生长温度和氢气体积流量可实现外延层厚度的"碗状"分布,但调整温区幅度不得超过滑移线的温度门槛值。通过提高边缘温度来提高边缘10 mm和6 mm的电阻率,同时提高生长速率以提高边缘3 mm的电阻率,获得外延层电阻率的"碗状"分布,8英寸薄层硅外延片的的边缘离散现象得到明显改善,产品良率也有由原来的94%提升至98.5%,进一步提升了8英寸薄层硅外延片产业化良率水平。

重掺As衬底上超高阻薄层硅外延片的制备

超高阻薄层硅外延片可用于制备光电探测器的二极管、瞬态电压抑制二极管等分立器件。利用E200型单片外延炉在直径为150 mm的重掺As硅单晶衬底上制备了参数可控且均匀性高的外延层。采用多次本征生长技术,在重掺As硅衬底边缘形成掺杂原子耗尽层,有效减少了重掺As硅衬底的自掺效应。同时应用低温外延技术、无HCl抛光技术,研制出超高阻薄层硅外延片,外延层电阻率为1093Ω·cm,外延层厚度为12.06μm,满足外延层厚度(12±1)μm、外延层电阻率大于1000Ω·cm的设计要求,片内电阻率不均匀性为4.36%,片内厚度不均匀性为0.5%。外延片已用于批量生产。

多孔硅外延转移技术制备以氮化硅为绝缘埋层的SOI新结构

为减少自加热效应 ,利用多孔硅外延转移技术成功地制备出一种以氮化硅为埋层的 SOI新结构 .高分辨率透射电镜和扩展电阻测试结果表明得到的 SOI新结构具有很好的结构和电学性能 ,退火后的氮化硅埋层为非晶结构 .

双层多孔硅结构上的UHV/CVD硅外延

报道了采用超高真空化学气相淀积 ( UHV/CVD)在多孔硅层上的单晶硅外延技术 .研究了两步阳极化法形成不同多孔度的双层多孔硅层及外延前对多孔硅进行长时间的低温真空预处理等工艺 .对获得的外延层作了 XRD、XTEM和扩展电阻等测量 ,测量结果表明硅外延层单晶性好 ,并和硅衬底、多孔硅层具有相同的晶向 .硅外延层为 P型 ,电阻率大于 1 0 0 Ω·cm.

120 V超快软恢复二极管用大尺寸硅外延材料工艺研究

硅外延材料具有厚度和电阻率能精确调控、结晶完整性良好的优势,能够有效降低功耗,改善击穿电压,广泛应用于半导体分立器件。外延层厚度、电阻率、均匀性、晶格质量等参数指标直接决定了所制分立器件的良率和性能。通过研究平板式外延炉的热场和流场分布对材料均匀性的调制规律,在150 mm的大尺寸硅单晶衬底上化学气相沉积了高均匀性的硅外延材料。利用原子力显微镜(AFM)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、汞探针电容-电压测试仪(Hg-CV)等测试设备分别研究了外延材料的表面形貌、平整度、微粗糙度、厚度、电阻率、均匀性等参数。最终制备的外延材料的厚度和电阻率片内标准偏差均小于2%,而且表面无雾、滑移线等缺陷。制备的高均匀性的外延材料在应用于耐压为120 V的超快软恢复二极管后,解决了边缘电压低击穿现象,显著提升了器件的产出良率。

多层硅外延中自掺杂现象研究

探讨了多层硅外延中的自掺杂现象，研究了自掺杂的产生机理，分析了工艺条件对自掺杂的影响，提出了减小自掺杂的几种方法。

用于SiGeHBT器件的UHV/CVDn^-型硅外延研究

利用超高真空化学气相淀积 (UHV/ CVD)设备 ,在掺 As n+ 型 Si衬底上生长了掺 P n- 型 Si外延层 .用扩展电阻法分析了在不同的生长温度和 PH3气体流量下生长的 Si外延层的过渡区厚度 .结果表明 ,生长温度对 n+ - Si衬底的 As外扩有明显影响 ,在 70 0℃下生长的 Si外延层的过渡区厚度为 0 .16 μm,而在 5 0 0℃下仅为 0 .0 6 μm,且杂质分布非常陡峭 .X射线双晶衍射分析表明在 70 0℃下生长的 Si外延层的质量很高 .制作的锗硅异质结晶体管(Si Ge HBT)的击穿特性很硬 ,击穿电压为 14 .5 V,在 VCB=14 .0 V下的漏电流仅为 0 .3μA;输出特性很好 ,在 VCE=5 V,IC=3m A时的放大倍数为 6

快速恢复外延二极管用150mm高均匀性硅外延材料的制备

利用PE3061D型平板式外延炉,在150mm的重掺As的硅单晶衬底上采用化学气相沉积(CVD)方法制备参数可控且高均匀性的外延层,通过聚光灯、原子力显微镜(AFM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、汞探针电容-电压测试仪(Hg CV)等测试设备分别研究了外延层的表面形貌、微粗糙度、厚度、电阻率以及均匀性参数。采用了基座浅层包硅技术、周期性滞留层杂质稀释技术、高温快速二次本征生长技术、温场流场调控技术等新型工艺技术,使外延层厚度满足(15±2%)μm,电阻率满足(15±2%)Ω·cm的设计要求,片内厚度和电阻率不均匀性达到<2%的水平。制备的硅外延材料应用于FRED的试产,击穿电压高于125V,晶圆的成品率达到90%以上,满足了120VFRED器件使用要求,实现了自主可控。

硅外延生长高频感应系统的热场仿真

应用多物理场分析工具COMSOL Multiphysics软件中的磁场和固体传热两种模块,建立了平板式外延炉反应腔体的有限元模型。结合高频感应加热的机理,分析了电磁场与热场耦合作用,重点研究了感应加热系统中线圈结构、电流密度和频率对热场分布的影响。模拟结果表明,高频感应系统呈现出明显的趋肤效应,感应电流主要集中在基座下表层,焦耳效应主要发生在涡流区,基座上部的热量来源于热传导。实验中,通过调节感应线圈横向和纵向的位置,改变了磁通密度的分布,从而决定了腔体内的热场分布。根据模拟仿真结构,对外延工艺的温度分布进行优化,实现了热场的径向温度梯度变化小于10℃,在此条件下,硅外延片电阻率的标准偏差为0.56%。

硅外延S坑缺陷的研究

用扫描电镜、透射电镜和二次离子质谱研究了硅外延片中的Ｓ坑缺陷。在Ｓ坑缺陷中观察到一种线度比通常Ｓ坑更大的浅底坑缺陷。研究表明Ｓ坑缺陷分布在３～４μｍ深的外延表面层中，其结构为位错缠结及带有杂质沉淀的缺陷团。Ｓ坑缺陷起因于金属杂质的沾污。

低功耗肖特基整流器件用200 mm高均匀性硅外延层生长工艺

200 mm硅外延片是肖特基器件的关键支撑材料,但是大尺寸硅外延层生长面临反应面积大、易受热流场扰动影响的问题,导致采用传统外延工艺始终未实现预期目标。利用Centura外延炉,在200 mm的硅单晶衬底上化学气相沉积(CVD)了结晶质量良好且高均匀性的外延层,外延层厚度不均匀性<1. 0%,电阻率不均匀性<1. 1%,无滑移线、雾等缺陷。实验利用光学显微镜、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、汞探针电容-电压测试仪(Hg-CV)等测试设备分别研究了外延层的表面形貌、厚度和电阻率等参数。通过精确调节外延炉内的热场和流场分布,结合设计附面层杂质稀释、基座浅层包硅等技术,解决了参数一致性与稳定性问题,实现了高质量200 mm的硅外延层。

200 mm超厚层IGBT用硅外延片滑移线控制

重点探究了直径200 mm超厚层硅片滑移线的影响因素以及控制方法。使用平板硅外延炉加工超厚层外延片,并使用颗粒测试仪SP1和光学干涉显微镜表征滑移线。从热应力是滑移线的主要成因出发,通过对衬底和基座背面凹槽的设计以及升温曲线的控制这三个方面改善了滑移线。结果表明,随着衬底倒角背面幅长和基座背面凹槽深度的增加,外延片的滑移线长度均呈现先减小后增大的趋势。衬底倒角最佳背面幅长为500μm,基座背面凹槽的最佳深度为0.80 mm。同时,在873 K下恒温3 min的升温工艺可以减少厚层硅外延片的滑移线。