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IC工艺技术外延
外延技术讲座提要 外延工艺简述 外延的某些关键工艺 几种常见外延炉性能比较 外延工艺及设备的展望 一、外延工艺简述 1.外延的含意 Epi—taxy是由希腊词来的表示在上面排列 upon to arrange。 外延的含意是在衬底上长上一层有一定厚度一定电阻率及一定型号的单晶。 外延是一种单晶生长技术但又不同于拉晶、也不同于一般的CVD 。 2.外延的优点 减少串联电阻 简化隔离技术 消除CMOS的可控硅效应 可以根据器件的要求,随心所欲地生长,各种不同型号,不同电阻率和厚度的外延层。 CMOS电路的latch-up效应用重掺衬底加外延可以减小这效应 3.外延沉积的原理 1)反应式 SiHX1CLY+X2H2 Si+YHCL 2)主要外延生长源 4.外延工艺过程 装片 赶气 升温 恒温(850oC) 烘烤6’ 升温(1200o ?) HCL腐蚀 赶气 外延沉积 赶气并降温 N2赶气(3’) 取片 5.HCL腐蚀的作用 清洁表面减少缺陷 减少前工艺所引入的损伤,降低和消除晶体缺陷 HCL的腐蚀量约0.2-0.4μ,我们选用腐蚀速率为0.06μ/m 时间4’约去除0.24μ。 6.外延掺杂 掺杂源: N型:PH3/H2 AS3/H2 P型:B2H6/H2 掺杂方式: source%=inject% diluent%=100%-inject% 掺杂计算 ρTest/ρTarget = DNTarget/ DNTest 实际的修正 由于有自掺杂因此实际掺杂量还应减去自掺杂的量 7.外延参数测定 晶体缺陷: 层错,位错,滑移线,点缺陷,颗粒 ,雾,小丘 分析手段: 显微镜、干涉相衬显微镜、 uv灯 、扫描电镜、表面沾污扫描仪 缺陷的显示 对于(111)取向: Sirtl: HF:5m CrO3=1:1 对于(100)取向: Wright:a. 45gCrO3+90mlH2O b.6gCU(NO3)+180mlH2O c.90mlHNO3+180mlHAC+180mlH a:b:c=1:1:1 染色腐蚀液:HF:HNO3:HAC=1:3:7 2)电阻率测试 三探针: n/n+ p/p+ 探针接触电阻大 四探针: p/n n/p 当在界面有低阻过渡区时测试不准 SRP: n/n+ p/p+ n/p p/n 要求知道衬底型号与取向,否则测试不准 C-V:n/n+ p/p+ n/p p/n 要求严格的表面清洁处理 Srp还可测浓度(或电阻率)与结深的关系,可看过渡区宽度,是一个很好的分析测试手段 3)厚度测试 磨角染色再用干涉显微镜测厚度 层错法: 对于(111) T=0.816L 对于(100) T=0.707L 红外测厚仪:范围0.25-200微米 精度0.02微米 滚槽法: T=(X-Y)/D 二、外延的一些关键工艺 1.外延的图形漂移pattern shift - 对于(111)晶体在与110定位面垂直的方向发生图形漂移。 - 产生原因是外延的反应产物HCL,择优腐蚀埋层边缘,使埋层图形产生位移。 - 危害性:使光刻无法对准,从而影响电学特性。 - 关键:要知道漂移量,同时要控制各炉子相同。 外延图形漂移的测定 用滚槽法测shift 由于漂移.使光刻套准差.造成电学性能变差 案例分析7800上下片因温度不均匀造成shift不同,引起电学参数不同。 2.图形畸变Distortion 外延后图形增大或缩小,变模糊,甚之消失。 图形边缘不再锐利。 畸变原因: 主要是HCL腐蚀硅片表面,在台阶处,由于取向不同使各方向腐蚀速率不同结果产生畸变。 外延后图形严重畸变对于(111)晶片,取向对畸变影响很大 轻微畸变使图形边缘模糊,使光刻困难 硅源中氯原子的含量上对shift的影响 温度对shift的影响 生长速率对shift的影响 减少畸变和漂移的方法 选用低氯的源。 温度升高畸变减少 降低外延压力(采用减压外延) 降低生长速率(减少氯含量) 对于(111)取向偏离3-4o(向最近的110方向) 增加H2流量 2. 掺杂与自掺杂 D总掺杂=D掺杂+D自掺杂 当D自掺量D掺杂时影响不大 当D自掺杂与D掺
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