6英寸重摻 Sb 襯底外延后表面異常解決

6英寸重摻Sb襯底外延后表面異常解決

方正華

(上海合晶硅材料有限公司, 上海201617)

摘要：6英寸Sb(銻)基板是國內半導體分立器件使用的主力材料,此材料主要供客戶外延使用.但近期某司的基板在外延后出現表面類似氣泡狀的缺陷,此缺陷異常,無法拋光去除.文章主要研究此外延缺陷與硅晶體的關系,通過試驗分析此異常缺陷出現的原因,找到解決的方法.

關鍵詞：基板; 外延; 氣泡狀缺陷; 外延缺陷; 硅晶體

收稿日期：2014-07-03

作者簡介：方正華(1976—),女,工程師,主要從事硅材料基板與外延的研究.E-mail:guojunlai@hotmail.com

中圖分類號：TN 304.054文獻標志碼： A

Epi Defects Solving for 6″ Heavy-doped Sb SubstrateFANG Zhenghua

(Waferworks(Shanghai) Corp., Shanghai 201617, China)

Abstract：The 6 inch Sb wafer is the dominating substrate for Discrete Device used for EPI.Bubble-liked defects on this kind of substrate after EPI can not be removed by polishing.Through the experimental analysis of root cause of defects,the paper aims to examine the relationship between EPI defects and silicon crystal so as to find the possible solution.

Keywords：substrate; epitaxy; bubble-liked defects; EPI defects; silicon crystal

0　引　言

目前全球6英寸(15.24 cm)以下集成電路和分立器件生產線快速向中國轉移,國外主要硅片供應商減少或停止了6英寸及以下硅片的生產.在這一市場背景下,我國半導體硅材料行業實現了從4英寸到6英寸的產業升級,6英寸重摻Sb襯底也一躍成為主力材料.此產品外延后的缺陷的解決,也關系著6英寸襯底技術能力的提升.6英寸重摻Sb襯底,外延厚度約50 μm,外延爐臺:LPE 2061,外延后表面出現類似氣泡異常,以邊緣居多,嚴重的硅片甚至為整片出現氣泡,異常比例約10%,如圖1所示.

圖1　異常硅片表面金屬檢測

1　問題分析

1.1異常片分析

(1) 確認此外延異常是否為表面金屬沾污.分別采用電感耦合等離子體原子發射光譜儀[1](ICP-MS,Agilent 7500CS)和全反射X-射線熒光光譜儀(TXRF,S2 PICOFOX)對異常外延片表面進行分析.從圖2的檢測數據判斷,異常外延片表面金屬檢測均符合規范(Spec:<5×1010atom/cm2).

圖2　異常硅片表面金屬檢測

(2) 表面異常分析(顯微鏡及腐蝕分析).圖3為異常外延片經表面顆粒儀分析的結果.從圖3中可以看出,表面泡泡異常,均連成線狀,與表面滑移線方向一致.

異常外延片去除外延層后,經Wright液腐蝕5 min,硅片表面仍可見滑移線,如圖4所示.此異常現象在硅片邊緣處最嚴重,越往中心異常越少;異常圖形與滑移線相似,邊緣嚴重,往中心逐漸減少;去除外延層后,經Wright液腐蝕5 min后,在滑移線位置可發現有明顯的位錯.

1.2產品制備流程分析

圖5為產品制備流程.從圖5可見,硅片加工過程產生的缺陷可于后道目檢、顯微鏡抽檢及機檢檢出.但查此異常批次過程檢驗結果,未見有異常.

圖4　異常片腐蝕分析

圖5　產品制備流程圖

表1為資料中顯示的晶棒數據分析.從表1中可以看出,異常批次全部處于晶棒尾段.尾部氧含量中,邊緣氧含量明顯偏低(見圖6晶棒氧含量分布).懷疑是晶棒尾部氧含量偏低,硅片強度不夠[2],外延后高溫引發的滑移線造成.

表1　晶棒數據分析

圖6　晶棒氧含量分布

2　試驗驗證

取異常批次、同一晶棒的頭、中、尾做不同外延溫度的驗證,以驗證外延后泡泡出現的原因.外延爐臺:LPE2061,試驗條件見表2.

(1) 外延溫度為1 090℃時,條件1,異常拋光片外延后仍可見明顯泡泡異常;條件2和3,未見泡泡異常;條件4,晶棒尾段部分,仍可見泡泡異常,且泡泡伴隨滑移線在硅片表面12點位置清晰可見.如圖7所示.

表2　試驗條件

(2) 外延溫度為1 120℃時,條件1,異常拋光片外延后仍可見明顯泡泡異常,但有些微改善;條件2和3,仍未見泡泡異常;條件4,晶棒尾段部分,仍可見泡泡異常,且泡泡伴隨滑移線在硅片表面12點位置可見.如圖8所示.

(3) 外延溫度為1 150℃時,條件1,異常拋光片外延后仍可見泡泡異常,但程度明顯改善;條件2和3,仍未見泡泡異常;條件4,晶棒尾段部分,仍可見泡泡異常,且泡泡伴隨滑移線在硅片表面12點位置輕微可見.如圖9所示.

圖7　顯微鏡分析(LPE2061,1 090℃)

圖8　顯微鏡分析(LPE2061,1 120℃)

圖9　顯微鏡分析(LPE2061,1 150℃)

3　結　論

從試驗數據分析可知,晶棒尾段在外延后容易產生類似泡泡異常,且此泡泡沿著滑移線方向產生.氧含量可以增強晶片的強度[3],但6英寸Sb襯底,因為本身晶棒氧含量較低,晶棒尾段氧含量更低,整片晶片中又以邊緣為最低.結合此次試驗數據看,外延后的泡泡應該是晶棒尾段氧含量低造成的.

參考文獻:

[1]闕端麟,陳修治.硅材料科學與技術[M].杭州:浙江大學出版社,2000,402.

[2]Baliga B J,ed.,Epitaxial Silicon Technology[M].Orlando:Academic Press,1986.

[3]Smith F W,Ghidini G.Reaction of oxygen with Si(111)and(100):critical conditions for the growth of SiO2[J].Journal of the Electrochemical Society,1982,129(6):1300-1306.陳修治.硅材料科學與技術[M].杭州:浙江大學出版社,2000,402.

[2]Baliga B J,ed.,Epitaxial Silicon Technology[M].Orlando:Academic Press,1986.

[3]Smith F W,Ghidini G.Reaction of oxygen with Si(111)and(100):critical conditions for the growth of SiO2[J].Journal of the Electrochemical Society,1982,129(6):1300-1306.