P型硅外延片工艺技术的研究

论文摘要

21世纪的微电子技术仍将以硅为主流。硅外延材料为半导体硅器件特别是各类硅集成电路的发展提供了坚实、可靠的物质基础,支撑着当代微电子产业的持续发展。而外延材料的制造水平则成为世界各国集成电路产业是否独立自主的重要标志。P/P+硅外延片主要应用在超大规模集成电路和功率器件中,现在已经越来越受到人们的重视。随着衬底直径的增大,P型重掺衬底上生长的外延层的电阻率和厚度的均匀性却越来越难以控制。如何从工艺优化的角度去改善外延层的电参数已成为器件制造过程中的重要课题。本文分析了外延的生长原理和生长工艺,研究了影响外延生长速度和外延片质量参数的关键要素。通过改变反应气体中硅源流量、氢气流量及生长温度来观察硅外延生长速度的变化,发现硅片内热场分布不均匀是影响P/P+硅外延片厚度均匀性的重要因素。采用温度补偿方法,抑制了热场分布不均匀的影响,提高了P/P+硅外延片的厚度均匀性,使P/P+硅外延片的厚度均匀性控制在1%以内。P/P+硅外延片电阻率均匀性差的重要原因是衬底杂质的固态扩散和自掺杂现象。本文采用两步生长法有效抑制了自掺杂效应并提高了P/P+硅外延片的电阻率均匀性,使P/P+硅外延片的电阻率均匀性可以控制在2.5%以内。本文在进行两步硅外延生长工艺中发现本征厚度与外延层电阻率和厚度有一定的关系,通过工艺实验,明确了三者之间的变化趋势。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1-1 论文的选题背景
• §1-2 研究内容和意义
• 1-2-1 硅外延发展现状和趋势
• 1-2-2 课题研究内容
• 第二章 硅外延生长技术
• §2-1 硅外延生长的基本概念
• 2-1-1 外延的分类
• 2-1-2 外延生长方法及应用
• §2-2 硅外延生长技术的优越性
• 2-2-1 适用于外延的结构工艺
• 2-2-2 硅外延在 IC 发展技术中的作用
• §2-3 硅外延的原理
• 2-3-1 硅外延的步骤
• 2-3-2 影响硅外延生长的因素
• 2-3-3 硅外延生长的化学反应
• 第三章 硅外延反应设备
• §3-1 硅外延的设备类型
• §3-2 课题研究所用的硅外延系统
• §3-3 新型的外延设备TFW
• 第四章 外延层质量的检测
• §4-1 外延层厚度的测量
• §4-2 外延层电阻率的测量
• 4-2-1 汞探针电容-电压法
• 4-2-2 二次谐波测试法
• §4-3 外延层杂质分布的测量-扩展电阻测量法
• §4-4 外延片夹层的测试
• 4-4-1 夹层
• 4-4-2 夹层的检测
• §4-5 外延片缺陷的检测
• 4-5-1 外延层缺陷的分类
• 4-5-2 内部缺陷的产生及消除办法
• 4-5-3 微缺陷
• 4-5-4 外延层缺陷检验方法
• 第五章 P 型硅外延片工艺技术的研究
• §5-1 P 硅外延片的厚度一致性问题
• 5-1-1 P/P+硅外延片的厚度一致性存在的问题
• 5-1-2 外延生长速率与其影响因素之间的关系
• 5-1-3 实验及结果
• §5-2 P 型硅外延片电阻率一致性存在的问题
• 5-2-1 外延生长中的自掺杂和固态扩散（外扩散）
• 5-2-2 减少自掺杂的方法
• 5-2-3 两步生长法
• 5-2-4 实验及结果
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果