IC工艺硅片缺陷和IC性能关系的研究.pdfVIP

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工C工艺硅片缺陷与工C性能关系的研究 张克明 闻靖 邹子英张家坚、 (上海市计量测试技术研究院 200233) 摘要:本文主要研究现生产线上大直径lf工艺硅片中二次缺陷的现状及其密度的量化分析, 并与过去原生产线上小直径1c工艺硅片中的二次缺陷状况进行了比较。文中分氧化、扩散、离 子注入和外延四个部分分别予以阐述。在硅片氧化工艺中,主要引入的二次缺陷有氧化层错、 雾缺陷。位缺陷和滑移线(位错排)。在硅片扩散工艺中.主要引入的二次缺陷有位错和滑移 线‘位错排)、失配位错和硅片翘曲。在离子注入工艺中。引入的二次缺陷常见的是氧化层错, 此外还有大剂量离子注入区边缘和siO?窗口边缘因应力引起的位错。在外延工艺中.引入的二 次缺陷一般为堆垛层错、位错和滑移线(位错排)、雾缺陷和表面生长缺陷(如月芽、鱼尾、 棱锥等)。经过对缺陷类型及量化分析发现:现生产线上大直径If工艺硅片中的氧化层错、雾 缺陷、滑移位错、失配位错、外延雾缺陷等二次缺陷密度已较原小直径生产线降低了2个至几 个数量级,已不是影响玎性能的主要因素。影响其性能的主要因索是:在_双极电路中为硅片隔 离扩散区边缘和SiO:窗口边缘因代位高浓度硼原子收缩应力和si晓薄膜应力所产生的位错:在 MOS电路中.为大剂量离子注入区边缘和si0一窗口边缘因代位高浓度硼原子或间隙磷原子在高温 再分布时的收缩应力及场氧化膜边缘的si旺薄膜应力所产生的位错。这是现生产线上Ic工艺硅 片缺陷影响Jc性能的主要表征。文中还提出了减少或消除二次缺陷的方法和途径。 集成电路(IC)制作实质卜是杂质在硅片上不同部位进行微区掺杂以改变导电类型和导电率 的过程.同时也进行j’多种薄膜的生长和淀积。硅片在制作过程中要经过数十道工序的加工.这 样单晶硅片晶格的周期性排列会受到局部破坏,引入不同的晶格缺陷。这种在工艺中引入的缺陷 成为二次缺陷(或诱生缺陷)。If工艺中的氧化、扩散、离子注入、外延等高温加工工序虽容 易引入二次缺陷。二次缺陷会导致Ic芯片性能的下降或失效,放进行这方面的研究很有必要。 上海的lc生产线长期以来是以国产设备和引进的国外八十年代初设备为主的生产线,用小 直径(中2”和中3”)的国产硅片和国产高纯(甚至用分析纯)试剂等辅助材料,在低净化级别的 厂房中进行生产。为简化起见,本文中把它称为原生产线。在此生产线上,因设备的温度均匀性 差.控制精度差.单机自动化差等因索,使加工的硅片中引入了较高密度的二次缺陷,加上原、 辅材料纯度低,工艺中重金属杂质沾染严重.更加重了二次缺陷的危害性。最为严重的是人为因 素:操作人员未严格按工艺规范操作.因操作的“任意”性.使生产线未处于完全的受控状态, 这样使Ic工艺性能下降.成品率和优品率降低。八十年代末起上海91,岭微电子公司和上海先进 半导体公司先后引进国外八十年代后期和九十‘年代的设备组建了Ic生产线。使用大直径(中 虏中生产。本文称此线为现生产线。存现生产线上,设备温度均匀性好,控制精度高,原辅材料 质量好,所以大幅度地降低了1。艺中引入的硅,}二次缺陷。特别是现生产线卜严格按工艺规范操 一1154— 作.生产线处于受控状态,所以Ic的成品率和优品率都很高。由于If生产』:艺的彻底更新,其 工艺硅片的二次缺陷形成也就有了新的表征.因此本文着重报道王见生产线上大直径MOB电路(包 括BICMOSJ和双极电路j=艺硅片二次缺陷的现状,二次缺陷密度的量化分析,与小直径硅片_二 次缺陷状况的比较.同Ht也阐述,减少一二次缺陷f}匀途径和方法.下面分氧化、扩散、离子泞入和 外延4个帮分予以阐述。 1、氧化 硅片在1c工艺流程中要经过数次氧化,在氧化嗣要经过850。C-12009C高温。硅片在氧4t.q- 艺中引入的二次缺陷足:氧化层锚、雾缺陷、化错和滑穆线(值错排)。 I.】氧化层错 氧化层错足插入型非本拇层锗。它是在高温I-T氧化气氛中罔氧的作罔.在核化中心成棱、 生K和形成的,故称为氧化诱生层错。氧化层错分两类. 。类是表面型层错:起到足表面的机械 损伤、抛光引起的损伤.抛光后表丽末去除的机械损伤、划痕和擦伤等,特缸是崖错长度鼓. 位丁二砖』i表面,崖锚密度不随腐蚀深度而变化。最欠的层错深度是居错长度的j4,另。类是体 型层错:起冈走硅片体内的微缺陷.这种缺陷常望漩涡状分布藏弥散形分布,其个体埒茁是层锗 长短I一。层锚密度和K度随腐蚀深度而变化.也相应呈游涡:欤分布或弥散形分布。^型砖片比 氧化气氟中退火会收缩甚至湮火, 1.2雾缺

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