硅外延层电阻率测量值一致性研究

外延层电阻率是外延片的重要特征参数之一。如何准确地测量外延层电阻率，以满足器件研制的需要，是检测人员所关注的一个重要课题，对目前常用的几种外延层电阻率测量方法进行了比较，指出了其各自的优缺点，讨论了测量中存在的问题，针对这些问题，采取了相应的措施，试验和分析结果表明，几种测试 方法的结果获得了相当好的一致性，测量相对误差可控制在５％以内，能够满足现有器件对外延片电阻率精度的要求。     

p型硅外延层电阻率的控制

计算表明，ｐ型硅外延层的电阻率对其生长速度和生长温度的变化都是十分敏感的。为了保证ｐ型硅外延片的电阻率具有良好的可控性和重现性，除了充分抑制重掺硼衬底的自掺杂作用外，还需十分严格地控制硅外延片的生长温度和速度。     

用高频电容法测量P／P外延层电阻率

高频电容法是测量P／P~+外延层电阻率的一种简单易行的新方法。这种方法，直接利用同质均匀掺杂外延层电阻率ρ与空间电荷电容Cs（势垒电容）平万的倒数关系，通过测量势垒电容Cs，直接得到P／P~+外延层的电阻率ρ。从而实现对P／P~+外延片的生产第艺过程，进行监控测试。这种方法，不但测试过程简单，而且，不损伤外延层。它既可以在国外仪器上完成，又可以在国内仪器上完成，适用于我国一般IC单位。在国外仪器上，测量范围为2．20×10~(－4)Ω·cm～1．95×10~5Ω·cm，测量误差为±0．02％：在国内仪器上，电阻率测量范围为1．0×10~(－3)Ω·cm～1．0×10~5Ω·cm，测量误差为±2％。     

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。     

高浓度硅外延纵向电阻率分布研究

研究了桶式N型外延中发现的波浪形貌纵向电阻率分布现象,分析和验证了可能的影响因素(温度、生长速率、转速、挂件、掺杂浓度),得到如下结论,波浪形貌的纵向电阻率分布是在高掺杂浓度时因桶式基座面气流干扰产生的现象,且该现象通过基座面尺寸的调整可以消除.     

微分C—V法和C—V法测量硅外延层杂质纵向分布的指数模型

提出了n/n~+或p/p~+硅外延层电荷密度ρ随x~(n-2)方式变化的正、负指数分布模型。导出了微分C—V法和C—V法杂质浓度纵向分布公式;也导出了两方法的耗尽层宽度公式。引入了n参数[logC—log(V_p—V)直线的斜率负倒数],可免去ASTMF419和SJl551—79逐点测量的麻烦,并使数据处理更为精确。还给出了硅外延层中杂质浓度纵向分布的规律。     

沟槽式肖特基用高均匀性硅外延支撑层高速生长工艺研究

作为沟槽式肖特基芯片的关键支撑层,硅外延层的性质对芯片性能构成重要影响。系统探索了新式高速外延生长工艺制备硅外延层的方法。通过干涉显微镜、FT-IR、Hg-CV对硅外延层性质进行表征。研究了高速外延生长条件下的厚度均匀性、电阻率均匀性、表面完整性与外延反应流场、热场的作用规律。研究结果表明,通过基座高度的调制、加热功率的分配、预先基座包硅、本征覆盖层生长等综合手段解决了外延层边缘参数控制问题,并实现了最高6.6μm/min的生长速率。     

硅结构中载流子浓度纵向分布的自动测量

本文叙述了通过自动电化学C-V剖面图技术,在宽的掺杂和深度范围内,载流子浓度纵向分布的测量。用电化学C-V剖面图技术,可以对扩散层、离子注入层和外延层这样的硅结构,进行自动的载流子浓度纵向分布描绘。它具有操作简便、分辨率高、以及能测高浓度而深度不受限制的优点。     

硅外延层中的杂质

主掺杂质、固态外扩散杂质、气相自掺杂质、系统自掺杂质和金属杂质等五类杂质源是外延层中的常见杂质。主掺杂质决定外延层的电阻率。固态外扩散、气相自掺杂和系统自掺杂影响衬底界面附近的外延层杂质浓度的深度分布。金属杂质在外延层中对器件有害。本文系统地介绍了掺杂源的掺杂过程也给出了控制的方法。     

外延层电阻率四探针与C－V测试的差异及校正

采用四探针与C－V两种测试仪器，对同一参数的外延片电阻率进行测试，测试结果表明，用四探测针试外延陪片和C－V测试处延片，测得的外延电阻率存在差异。分析造成差异的原因，得出了符合要求的校正系数。     

GaAs分子束外延中硅阶梯掺杂优化及C2V测量

以硅作为砷化镓分子束外延(MBE)生长中的n型掺杂剂,为了确定硅的掺杂浓度,在一片GaAs半绝缘衬底上生长多个GaAs处延层,每一层中进行不同浓度的Si掺杂,然后用电化学C2V的方法确定各层中的载流子浓度,一次性得到了不同Si掺杂浓度与Si炉的温度之 间的关系曲线。本文还介绍了如何采用控制生长的条件得到陡峭的界面,使不同掺杂浓度的层与层之间的界面变化非常明显。     

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.     

晶界层电容器的C—V特性

本文从理论上解释了由半导体晶粒间的绝缘晶界以及晶界两侧的SI结和IS结势垒三者组成的晶界层电容,在低偏压下的C-V特性.指出了绝缘晶界和结势垒对C-V特性的不同影响,分析了高偏压下C-V和I-V特性相关性的物理本质.     

用C—V法测试Cd在InSb中扩散层的杂质浓度及其分布

在光伏型红外探测器的生产中,扩散层的杂质浓度及其分布是十分重要的。及时了解杂质浓度及其分布,将有助于获得最佳性能的器件。本文研究了 C-V 法测试 Cd 在 InSb 中扩散层的杂质浓度及其分布,为浅结杂质分布的确定提供了一个新的方法。     

硅外延双层结构的厚度测量

硅外延是一种性能优良的半导体材料,在IGBT、大功率器件等领域中有着广泛的应用。FTIR（Fourier—Transform Infrared Spectrophotometry）技术是目前普遍采用的测量硅外延层厚度的先进方法,具有准确、快速、稳定、无损伤等其他方法无可比拟的优势。FTIR方法对于常规的低掺杂双层外延结构,只能测出两层外延的总厚度,而不能测出两个外延层分别的厚度。文章通过试验数据,证明了FTIR测试方法能够同时测量双层外延层结构的硅外延片的两层厚度,并提出了对中间层外延的电阻率的要求,同时对ASTM—F95标准中提出的FTIR法测量硅外延层厚度时对外延层和衬底层电阻率的要求,提出了新的范围。     

300 mm直径硅外延片均匀性控制方法

随着摩尔定律的逐步实现,大直径硅片的应用规模逐渐扩大,然而,大直径硅外延片的片内均匀性成为了外延的主要问题之一.使用具有五路进气结构的单片外延炉生长300 mm直径硅外延片.相对于传统的三路进气结构,五路进气可以分别对硅片表面的5个区域的气流进行调节,实现单独分区调控,从而提升了外延层厚度均匀性的可调性.实验中,采用两步外延方法,进一步提升了片内电阻率均匀性.通过对工艺参数进行优化,300 mm硅外延片的外延层厚度不均匀性达到0.8％,电阻率不均匀性为1.62％(边缘排除5 mm),成功提升了300 mm直径硅外延片的外延层厚度和电阻率均匀性控制水平.     

MCZ硅的氧碳含量及电阻率均匀性

在国产ＴＤＲ－５０ＡＣ单晶炉中使用外加磁场生长φ１００ｍｍＰ型单晶硅锭，利用扩展电阻探针技术及红外光谱术研究其Ｏ，Ｃ含量及电阻率均匀性随磁场强度的变化。     

GaAs分子束外延中硅阶梯掺杂优化及C-V测量

以硅作为砷化镓分子束外延（MBE）生长中的n型掺杂剂，为了确定硅的掺杂浓度，在一片GaAs半绝缘衬底上生长多个GaAs处延层，每一层中进行不同浓度的Si掺杂，然后用电化学C—V的方法确定各层中的载流子浓度，一次性得到了不同Si掺杂浓度与Si炉的温度之间的关系曲线。本文还介绍了如何采用控制生长的条件得到陡峭的界面，使不同掺杂浓度的层与层之间的界面变化非常明显。