39、硅片内部吸杂技术解析

硅片内部吸杂技术解析

1. 硅片中氧和碳的扩散特性

在硅片中，氧的扩散存在不同情况。有一种类似快速扩散的气态分子氧，与Gosele和Tan在1982年提出的硅中情况类似。然而，如图所示，在1000°C时，氧和碳的扩散会显著受阻。这种扩散受阻主要归因于氧沉淀，氧沉淀会产生密集的自间隙原子，并形成如Si - O - C这样扩散缓慢的复合物。

硅片中空洞区（DZ）的宽度主要取决于以下几个因素：
- 初始氧浓度（$[O_i]_0$）
- 热处理条件（T，t）
- 临界氧浓度（$[O_i]_c$）
- 氧扩散率（$D_O$）

其中，$[O_i]_0$和$D_O$除了受$[O_i]_0$和（T，t）影响外，还极大地依赖于非均匀因素。

2. 内部吸杂（IG）的热循环

为了形成最佳的空洞区和内部缺陷，人们提出了几种用于内部吸杂的热循环方法。常用的IG热循环是高 - 低 - 高（或中）序列，主要包括以下三个步骤：
1. 高温氧外扩散热处理（>1100°C） ：此步骤用于形成空洞区。为防止氧化诱生堆垛层错（OSF）的产生，通常在惰性气氛中进行该热处理。
2. 低温非均匀SiO₂形核位点形成（600 - 750°C） ：由于高温预退火会抑制后续热处理过程中的氧沉淀，所以需要低温退火来生长SiO₂晶核。
3. 中温或高温吸杂阱引入（1000 - 1100°C） ：在这个热处理过程中，SiO₂沉淀会长大，并且在空洞区下方的区域会诱导产生作为IG阱的晶格缺陷。