晶体硅杂质吸除工艺介绍.ppt

《晶体硅杂质吸除工艺介绍.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、晶体硅中过渡族金属杂质的吸除2007年5月28日第一章:硅中杂质的吸除工艺金属杂质对器件的影响金属杂质的存在会极大地影响半导体器件的产量,即便在金属杂质的浓度降低到1012cm-3时，这种影响仍然十分明显。硅片中的杂质主要会带来以下几个负面作用：过渡族金属杂质形成深能级，增大p-n结的漏导电流，产生更大的漏导损耗；p-n结中的金属杂质降低结的反向击穿电压；金属杂质形成深能级带隙极大地增加结的漏导损耗,甚至直接导致p-n结变窄；金属杂质降低氧化诱导生成层错和位错的形成势垒。MOS器件对金属杂质很敏感，金

2、属杂质易于在Si/SiO2界面沉积或被氧化层束缚。2.过渡族金属在硅片中的扩散和溶解硅中金属杂质的引入可以在晶体生长过程中，或者在硅片的抛光、化学处理、离子注入、氧化或其他处理过程中首先在表面附着，随后后续的高温热处理过程中扩散进入硅基体。a.金属杂质在硅中的扩散在高温（>800℃）下，过渡族金属一般都有很快的扩散速度而溶解度则相对较小。Cu、Ni为快速扩散杂质，在高温下，Cu、Ni的扩散速率甚至可以接近于液相时的扩散速率，达到10-4cm2/s。而其他的金属杂质，如Fe、Cr等为慢扩散杂质，一般比C

3、u、Ni的扩散速率慢一到两个数量级，但在高温下仍可以达到几十到几百微米每秒。b.金属杂质在硅中的溶解度硅中金属杂质的溶解度可用下面的热力学动力学表达式表示：H，S，G分别为焓（enthalpy），熵（entropy）和自由能（freeenergy）。Eb为金属杂质与临界相间的束缚能；Ec为金属杂质与硅形成化合物时，金属外层电子与硅外层电子的结合能；Es为金属原子在硅晶胞中的弹性应变能。吸杂：金属杂质从器件内的吸除不需高额费用操作而对器件区的金属杂质进行有效吸除，对IC产业而言，一直是个很大的挑战。尽管

4、对于IC产业，在加工生产过程中金属杂质的引入不可避免，但针对如何将不期望的金属杂质从器件区去除，人们已发展了一些工艺，这些工艺一般统称为吸杂工艺。金属杂质的吸除一般可以分为如下三个步骤：a.杂质在其最初沉积位置或人们不希望其沉积的位置释放；b.杂质通过（沿）晶体内部，从器件区扩散到吸杂区；c.杂质在吸杂区被捕获，沉积下来。由于在IC产业中倾向于使用低的热处理，因此，一般都将吸杂区尽可能地靠近器件区。当吸杂区距器件区十微米以内时,即便在很低的处理温度下，吸杂也将得到很好的发挥。根据对杂质的捕获方式，可以

5、将吸杂分为两大类，即分凝（segregation）和释放（relaxation）。也有一些学者将自间隙原子注入产生吸杂归为第三种吸杂机制，但是一般地，人们将这种注入产生吸杂归为分凝吸杂。而在上述两种机制下衍生的吸杂工艺则有许多，主要包括：内吸杂，P扩散吸杂，衬底吸杂，Si表面及Si/SiO2界面吸杂，离子注入吸杂，背表面损伤吸杂，化学吸杂，铝背场吸杂等。第二章吸杂机制释放机制（relaxation）对于释放机制的吸杂，在离开器件区/表面区形成利于杂质沉积的异相区是必须的。释放机制形式的吸杂需要杂质在由

6、高温向下降温的过程中产生过饱和，游离或过饱和的金属杂质将极易在拥有许多杂质沉积位置的区域沉积。在降温过程中，有着许多杂质沉积位置的吸杂区，其中的杂质将快速地在杂质易沉积位置得到沉积，从而继续保持热平衡；相反，由于在硅片表面或器件区，其中并不存在利于杂质沉积的区域，因此在降温过程中，杂质浓度很快超过热平衡浓度而产生过饱和。于是，在硅片表面/器件区和硅片内部将形成杂质的浓度梯度，在该浓度梯度作用下，杂质将由硅片表面/器件区扩散进入吸杂区，并在吸杂区得到沉积，因此也就达到吸杂的目的。在IC产业中应用最多的吸

7、杂工艺为内吸杂，通过在硅片内部形成氧沉淀或其他结构缺陷（位错环或者层错），以这些本身就存在于CZ硅片内的形核区，使得过饱和杂质在这些区域得到得到沉积。背表面损伤吸杂通过对硅片背表面进行损伤、在硅片背面沉积一层多晶硅层（多晶硅层中含有异相形核区，如晶界、位错等）。背表面损伤吸杂对快扩散金属杂质如镍、铜等具有较好的吸杂效果。近邻吸杂（Proximity）则在器件附近产生形核（杂质沉积区）区，而对硅片进行吸杂处理，近邻吸杂对慢扩散杂质作用显著。2.分凝机制分凝吸杂由杂质的溶解度梯度或硅片不同区域对杂质的溶解

8、能力不同产生。与释放机制不同，分凝吸杂，吸杂区一般都在器件区的外边。相比于释放机制，分凝吸杂的优点是不需要形成杂质的过饱和。因此，理论上，通过提高温度加快金属杂质的扩散速率，通过分凝吸杂可以快速获得杂质浓度很低的器件区。a.影响分凝吸杂作用的因素分凝系数是判断杂质能否通过分凝进行吸杂处理的一个指标，分凝系数S可以表示如下：其中，Cgett表示热平衡条件下吸杂区杂质的溶解度；Cdev表示热平衡条件下器件区杂质的溶解度。除分凝系数外，器件区与吸杂区的相对厚度