37、半导体硅材料中的缺陷与吸杂技术解析

半导体硅材料中的缺陷与吸杂技术解析

1. 引言

现代VLSI/ULSI制造过程包含数百个不同步骤，主要是对抛光的直拉（CZ）硅片进行各种化学、物理和热处理，以在硅片表面区域制造有源和无源器件元件。然而，即使是高质量的硅晶体，在热过程中也会产生各种微缺陷。其中，过渡金属污染会引发表面微缺陷，而氧沉淀则是CZ硅片内部微缺陷的唯一原因。这些缺陷会严重降低电子器件的性能，因此消除杂质的有害影响至关重要。

2. 生长和工艺诱导缺陷

• 缺陷类型与形成因素
  • 生长和工艺诱导缺陷的形成不仅受硅中最丰富的杂质氧的影响，还涉及氧杂质、本征缺陷和金属杂质这三种缺陷类型的复杂相互作用。
  • 氧沉淀会呈现出多种形态和结构，其形成的主要因素并非氧本身，而是由于硅中本征缺陷的平衡浓度低，难以满足SiO₂沉淀的体积要求。
  • 除了含氧缺陷，氧沉淀还会导致二次扩展缺陷，主要是堆垛层错和位错环，这是氧和本征缺陷共同作用的结果。
• 本征缺陷与金属杂质的影响
  • 生长的扩展本征缺陷（如A - 和D - 缺陷）在CZ和FZ硅中都存在，其在硅片周边区域（A - 缺陷）或中心（D - 缺陷）的出现与晶体生长过程中的热历史有关，主要是因为硅中有两种本征缺陷：间隙原子和空位。
  • 金属沉淀在器件工艺中很常见，在晶体生长过程中也可能少量出现。金属杂质与氧和本征缺陷相互作用，能增强氧沉淀，影响二次缺陷（如位错）的形成，还可能与生长的本征A - 和D - 缺陷共同导致