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.     

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1 093Ω·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1 000Ω·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。     

衬底去边宽度对高阻厚层硅外延片参数的影响

硅外延片的参数受衬底以及外延层两方面影响,研究了衬底背面SiO2层边缘去除宽度(简称去边宽度)对高阻厚层硅外延片参数的影响.对比0、0.3和0.5 mm三种去边宽度硅外延片的参数发现,去边宽度对外延层厚度不均匀性没有影响,对外延层电阻率不均匀性影响巨大,外延层电阻率不均匀性与衬底去边宽度呈正比.衬底去边宽度也会影响外延片的外观、表面颗粒以及滑移线.进一步研究了去边宽度对后续制备MOS管在晶圆片内击穿电压分布的影响,发现去边宽度越宽,晶圆片内MOS管击穿电压差越大.综合考虑外延片及其制备器件参数,选择0.3 mm为制备高阻厚层硅外延片的最佳去边宽度,可以获得优良的外延片参数及器件特性.     

维护周期对8英寸薄层Si外延片性能的影响

研究了采用某款单片外延设备批量生长8英寸(1英寸=2.54 cm)薄层Si外延片时芯片性能参数的变化。研究发现随着设备预防性维护(PM)后使用天数的增加,外延层厚度不均匀性变化很小,电阻率不均匀性逐渐增大,边缘过渡区逐渐加长,注入反应腔室的掺杂量必须不断减少才能保持外延层电阻率稳定。通过研究PM后不同天数外延片制备肖特基势垒二极管(SBD)的击穿电压发现,外延片不同区域制备的SBD击穿电压差随PM后天数的增加而增加。通过增加外延片边缘厚度,提高了PM后期外延片边缘区域制备SBD的击穿电压,击穿电压最大值与最小值之差从4.34 V减小到2.88 V,满足客户使用要求。