硅外延片過渡區控制研究

馮麗華

摘 要：主要對硅外延工藝中影響外延材料過渡區的因素進行了分析。從外延材料用襯底、HCl前拋光、趕氣時間和對外延材料過渡區影響方面進行了重點研究，并采用不同襯底材料、工藝條件進行了對比試驗，總結了制備外延材料時在過渡區控制影響的規律。

關鍵詞：硅外延；擴展電阻

1 引言

硅在高頻領域的應用受到硅外延工藝的限制，高性能的器件對外延片的質量有更高的要求。要求片內一致性要高，過渡區要窄。材料是器件的基礎，因此，生長出高質量的外延層成了制作高性能器件的關鍵。但硅外延片加工過程中過渡區會表現的寬度不一致，導致耐壓存在差別。本文從幾個方面過渡區的控制及改善進行了實驗深入分析。

2 實驗分析

2.1 實驗

2.1.1 不同襯底電阻率區間對過渡區的影響

外延時使用兩種不同電阻率區間襯底，具體工藝參數見表1。

對比可見，高電阻率襯底外延后過渡區寬度2.9μm，低電阻率襯底過渡區寬度3.1μm。

高電阻率襯底電阻率比低電阻率襯底過渡區要窄。

2.1.2 HCl前拋光工藝對過渡區的影響

HCl氣體用于在外延沉積之前蝕刻硅表面和去除表面損傷。

外延時使用兩種流量HCl進行前拋光處理，具體工藝參數見表2.

對比可見，HCl前拋光流量為2slm時，外延后樣品過渡區寬度3.5μm，而當前拋光流量改為1slm時，SRP分析過渡區寬度為3.1μm，降低HCl流量要有利于外延后材料過渡區的控制。

2.1.3 趕氣時間對過渡區的影響

外延時使用兩種趕氣，具體工藝參數見表3。

當拋光后趕氣時間為3分鐘時，外延后樣品過渡區寬度3.5μm，而當趕氣時間改為8分鐘時，SRP分析過渡區寬度為2.5μm，由此可見增加本征后趕氣時間在很大程度上可以降低過渡區寬度。

3 結論

硅外延生長過程中由于受到自摻雜和生長系統內雜質的影響，外延層過渡區表現的寬度不一致，為了產品電性的一致性，我們對過渡區通過以下幾個方面進行控制，控制襯底電阻率區間、HCl前拋光流量及本征后趕氣時間，通過以上手段的實施，硅外延過渡區滿足了8英寸器件的材料指標要求，外延片出貨量大幅度增加，提升了國產硅外延材料的產業化水平。

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