pe3061外延爐生長(zhǎng)滑移線(xiàn)控制工藝分析

張 彬

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十六研究所 天津 300200)

0 引 言

隨著半導(dǎo)體行業(yè)的蓬勃發(fā)展，對(duì)于硅外延來(lái)說(shuō)，客戶(hù)需求量的增大也伴隨著外延廠家日新月異的技術(shù)推動(dòng)與技術(shù)革新。[1]

對(duì)于 pe3061型號(hào)外延爐來(lái)說(shuō)，它擁有平板爐的厚度均勻性?xún)?yōu)勢(shì)，同時(shí)也有腔體小、生產(chǎn)周期短、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在生長(zhǎng)20～50,μm 厚度的外延片時(shí)具有最佳的工作效率及最經(jīng)濟(jì)的使用成本。

鑒于機(jī)臺(tái)的能力出眾，如何盡快優(yōu)化工藝水平、節(jié)約成本、增加產(chǎn)量已成為新的矛盾，在近 1個(gè)月的工藝調(diào)試過(guò)程中，除厚度均勻性的調(diào)節(jié)耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)之外，滑移線(xiàn)的問(wèn)題一直存在且成為了阻礙工藝驗(yàn)收以及新品驗(yàn)證的一大問(wèn)題。本文將就pe3061設(shè)備摻Sb襯底厚層外延工藝滑移線(xiàn)控制成果做出簡(jiǎn)要分析。[2]

1 缺陷成因分析

滑移線(xiàn)產(chǎn)生于外延生長(zhǎng)過(guò)程和升降溫過(guò)程，片內(nèi)某些點(diǎn)的應(yīng)力總值大于外界臨界應(yīng)力總值。生長(zhǎng)過(guò)程中伴隨著生長(zhǎng)應(yīng)力(機(jī)械應(yīng)力)，升降溫過(guò)程帶有熱應(yīng)力。生長(zhǎng)應(yīng)力的成因是由于襯底中心到邊緣的淀積速率不同從而使淀積厚度不均勻。熱應(yīng)力也是由于單片襯底在片槽各處受熱的不均勻而導(dǎo)致的。[3]

pe3061機(jī)臺(tái)的主要影響因素為：①溫度爬升過(guò)快；②淀積溫度過(guò)高；③溫度曲線(xiàn)不平整，即溫場(chǎng)不均衡；④生長(zhǎng)速率過(guò)快；⑤外延片沒(méi)有入槽；⑥其他外界環(huán)境不達(dá)標(biāo)。

2 試驗(yàn)方案

根據(jù)滑移線(xiàn)形成的幾種情況逐一排查，確定最大影響因子并解決滑移線(xiàn)缺陷。即調(diào)整溫場(chǎng)均勻性、降低生長(zhǎng)速率、降低生長(zhǎng)溫度。[4]

溫場(chǎng)控制方法為：將溫度傳感器探頭置于反應(yīng)腔體內(nèi)，沿徑向取一定半徑進(jìn)行測(cè)量，12個(gè)點(diǎn)多次測(cè)量取平均值。溫度的控制源于高頻線(xiàn)圈，其中線(xiàn)圈位于反應(yīng)腔正下方，如圖 1所示，線(xiàn)圈高度越高，對(duì)應(yīng)該位置的溫度越高。

圖1中內(nèi)圈為152.4,mm片槽，略大于150,mm，外延生長(zhǎng)時(shí)主參向右。1、2、3號(hào)線(xiàn)圈不可旋動(dòng)，4～12號(hào)線(xiàn)圈為可調(diào)線(xiàn)圈，其中 4、5、6 號(hào)有兩個(gè)調(diào)節(jié)旋鈕，7、8、10、12 號(hào)有 3 個(gè)調(diào)節(jié)旋鈕，9和11號(hào)有4個(gè)調(diào)節(jié)旋鈕。對(duì)于同一臺(tái)外延爐同一編號(hào)的線(xiàn)圈高度需要保持一致，以保證溫場(chǎng)均勻性。由圖 1分析，對(duì)于 152.4,mm 外延片的生長(zhǎng)最好使 6、7、8、9的溫度趨于一致，相差±5,℃。在 104號(hào)機(jī)臺(tái)做了溫場(chǎng)試驗(yàn)，數(shù)據(jù)如表 1所示。

圖1 線(xiàn)圈示意圖Fig.1 Schematic diagram of coils

表1 溫場(chǎng)測(cè)試Tab.1 Temperature field test

其中試驗(yàn)三使用了不同的升溫程序，取得了保持不同溫度下的溫度差異對(duì)比，曲線(xiàn)如圖2所示。

圖2 不同溫度的溫度升溫差異對(duì)比Fig.2 Temperature difference contrast

可見(jiàn)溫度的起伏程度控制在 0.5%,之內(nèi)，已達(dá)到了溫場(chǎng)的需求。

接下來(lái)的試驗(yàn)采用了單一變量對(duì)比的方法，進(jìn)行了相同生長(zhǎng)溫度改變硅源流量、相同硅源流量改變生長(zhǎng)溫度、相同硅源流量相同生長(zhǎng)溫度改變局部溫場(chǎng)的試驗(yàn)，得到了若干試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3 結(jié)果分析

①相同的生長(zhǎng)溫度，硅源流量降低時(shí)，淀積速率降低，滑移線(xiàn)長(zhǎng)度變短、變稀疏。②相同的硅源流量，生長(zhǎng)溫度降低時(shí)，滑移線(xiàn)長(zhǎng)度變短、變稀疏，淀積速度每降低 5,℃有近 1/100的降低。滑移線(xiàn)的改善效果較改變硅源流量明顯。③相同的生長(zhǎng)溫度和硅源流量，改變局部溫度，滑移線(xiàn)有改善，但伴隨著相應(yīng)部位電阻率的波動(dòng)，犧牲了電阻率的均勻性，對(duì)少量的滑移線(xiàn)有改善效果(只主參對(duì)面邊緣的少量滑移線(xiàn))。

4 結(jié) 論

經(jīng)過(guò)七爐調(diào)試試驗(yàn)，滑移線(xiàn)長(zhǎng)度由 2,cm以上降低到0.5,cm 左右，成功改善了滑移線(xiàn)，摻 Sb襯底厚層外延片的生長(zhǎng)溫度由單片 1,080,℃降低到單片 1,065,℃，滿(mǎn)布較單片溫度降低了20,℃，為1,045,℃，其原因在于設(shè)備上顯示的是腔內(nèi)溫度探針測(cè)量值，1,065,℃為基座溫度，1,045,℃為硅片表面溫度，腔體內(nèi)單片時(shí)，探針掃描的 80%,為基座溫度，而基座溫度要高于硅片表面溫度，測(cè)溫探針在滿(mǎn)布情況下掃描的溫度為硅片表面溫度，探針的靈敏度不足以快速區(qū)分基座與硅片間隙的溫度差，所以才有了溫度相差 20,℃的這個(gè)相對(duì)值而不是理論值。

在調(diào)整了溫場(chǎng)的均勻性后，上述試驗(yàn)結(jié)果的 3種方法，即增加有滑移線(xiàn)出現(xiàn)的局部位置溫度、降低生長(zhǎng)溫度、降低硅源流量放緩淀積速度，均有減小滑移線(xiàn)缺陷的作用，其中降低生長(zhǎng)溫度也有著降低淀積速度的效果，但是速率變化不明顯，在溫場(chǎng)穩(wěn)定的條件下，降低生長(zhǎng)溫度的方法得到的效果要優(yōu)于其他方法。在溫度降低 5,℃時(shí)，速率變化不大，延長(zhǎng) 100倍的生長(zhǎng)時(shí)間才會(huì)有較明顯的影響，認(rèn)為可以忽略。相同溫度下Source15降低到12時(shí)，生長(zhǎng)速率由2.015降低到1.819，降低幅度較大，導(dǎo)致生長(zhǎng)周期變長(zhǎng)，如采用這種方法還需考慮并計(jì)算時(shí)間及成本。■

［1］王英，何杞鑫，方紹華.高壓功率 VDMOS管的設(shè)計(jì)研制[J].電子器件，2006，29(1)：5-8.

［2］Kwong M Y.Series resistance calculation for source/drain extension regions using 2-d device simulation[J].IEEE Trans actions on Electron Devices，2002，49(11)：1882-1886.

［3］Zingg R P.On the specific on-resistance of high-voltage and power devices[J].IEEE Transactions on Electron Devices，2004，51(3)：492-499.

［4］趙麗霞，袁肇耿，張鶴鳴.高壓 VDMOS用外延片的外延參數(shù)設(shè)計(jì)[J].工藝技術(shù)與材料，34(4)：348-350.