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.     

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.     

对n型Si外延片表面处理方法的研究

Si外延片是制造半导体器件和集成电路最常用的半导体材料。外延层电阻率是外延片最重要的参数之一,它直接影响器件的性能。简要分析了自动汞探针C-V测试仪测量电阻率前进行表面处理的原因,研究了不同的表面处理方法对电阻率测试结果的影响,发现对于外延层的电阻率ρ>1Ω.cm的n型Si外延片,采用紫外光(UV)表面处理是一种合适的表面处理方法,该方法应用于实际生产测试过程。     

肖特基器件用重掺As衬底上外延层过渡区控制

掺As衬底外延片很大部分用于肖特基器件,器件对正向压降要求越来越高,因此对外延层参数之一的过渡区宽度提出了更高要求.讨论了影响过渡区的温度、生长速率、本征CAP层以及赶气等因素.通过一系列实验,找到了合理的生长条件,得到了完美的过渡区,解决了器件反向电压和正向压降之间的矛盾.在反向电压一致的条件下,正向压降平均降低了200 mV,产品整体成品率提高了两个百分点以上.研究结果已成功应用于大规模生产中.     

高压VDMOS用外延片的外延参数设计

通过理论计算,对VDMOS器件的外延层厚度和掺杂浓度进行了优化设计,探讨用于VDMOS的外延工艺,讨论了外延层厚度和过渡区的测试方法,提出了有效外延层厚度是影响击穿电压的最关键参数,应用此参数监控外延工艺,提高了片内及批次间的击穿电压一致性.特别通过对600 V的VDMOS外延参数及其器件结果分析得出,用此参数来调整中间和边缘厚度及不同外延设备之间的参数,使同种参数下有效外延层厚度保持相当,则可以大大减少离散性和设备间变差.     

200 mm高阻厚层Si外延技术研究

针对国内市场对200mm Si外延产品需求持续增长,其中高阻厚层产品需求量最大的情况,研制开发了200 mm高阻厚层Si外延片,解决了规模生产中工艺参数控制的稳定性、均匀性和一致性.介绍了一种实用工艺方法,即在常压外延设备上,对200 mm高阻厚层Si外延片的生长进行工艺开发,考虑了该产品生产过程中影响工艺参数的主要因素,在产品结晶质量、自掺杂控制、均匀性控制、背面控制等方面进行了专题研究,得到了良好结果,已应用于规模生产.     

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.     

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。     

重掺磷衬底上外延层生长工艺研究

重掺磷衬底上硅外延片是制作集成电路开关电源的肖特基二极管和场控高频电力电子器件的首选产品。重掺磷衬底外延片可以大幅降低压降中半导体部分引起的压降所占的比例。介绍了重掺磷外延片的一种实用生产技术,在高浓度衬底外延后失配现象、杂质外扩抑制方法、减少外延过程中衬底磷杂质的挥发等方面进行了研究。在研究的基础上使用CSD公司的EpiPro5000型外延设备进行工艺试验,采用盖帽层分层生长、变流量赶气和低温度生长等工艺条件控制磷杂质的扩散和挥发,从而减少自掺杂效应,获得良好的电阻率均匀性和陡峭的外延层过渡区。试验结果已成功应用于大规模生产,得到了用户认可。     

硅外延工艺与基座的相关性研究

硅外延使用包封SiC的石墨基座,基座的尺寸及基座上承载槽的形貌和硅外延片的滑移位错直接相关。为使高温下Si片内产生的应力不超过滑移位错产生的临界应力,必须使Si片处于均匀的温区。实际使用表明,基座边缘热辐射及热量被气流带走使基座两个边缘温度急剧下降,必须对边缘温区进行补偿及装片时避开基座边缘一定距离;高温时Si片通过基座获得热量并发生形变,基座上承载槽的形貌设计必须兼顾厚度匀匀性及Si片高温时形变的方向。研究表明,金属沾污尤其是重金属催化作用及过腐蚀是影响基座寿命的关键因素。