淺談硅除雜工藝中的分凝機(jī)制和釋放機(jī)制

本文簡(jiǎn)單介紹了硅除雜工藝中的分凝機(jī)制和釋放機(jī)制。

根據(jù)對(duì)雜質(zhì)的捕獲方式，可以將吸雜分為兩大類，即分凝（segregation）和釋放（relaxation）。而在上述兩種機(jī)制下衍生的吸雜工藝則有許多，主要包括：內(nèi)吸雜，P擴(kuò)散吸雜，襯底吸雜，Si表面及Si/SiO2界面吸雜，離子注入吸雜，背表面損傷吸雜，化學(xué)吸雜，鋁背場(chǎng)吸雜等。

分凝機(jī)制（segregation）

分凝吸雜由雜質(zhì)的溶解度梯度或硅片不同區(qū)域?qū)﹄s質(zhì)的溶解能力不同產(chǎn)生。與釋放機(jī)制不同，分凝吸雜，吸雜區(qū)一般都在器件區(qū)的外邊。相比于釋放機(jī)制，分凝吸雜的優(yōu)點(diǎn)是不需要形成雜質(zhì)的過飽和。因此，理論上，通過提高溫度加快金屬雜質(zhì)的擴(kuò)散速率，通過分凝吸雜可以快速獲得雜質(zhì)濃度很低的器件區(qū)。

釋放機(jī)制（relaxation）

對(duì)于釋放機(jī)制的吸雜，在離開器件區(qū)/表面區(qū)形成利于雜質(zhì)沉積的異相區(qū)是必須的。釋放機(jī)制形式的吸雜需要雜質(zhì)在由高溫向下降溫的過程中產(chǎn)生過飽和，游離或過飽和的金屬雜質(zhì)將極易在擁有許多雜質(zhì)沉積位置的區(qū)域沉積。在降溫過程中，有著許多雜質(zhì)沉積位置的吸雜區(qū)，其中的雜質(zhì)將快速地在雜質(zhì)易沉積位置得到沉積，從而繼續(xù)保持熱平衡；相反，由于在硅片表面或器件區(qū)，其中并不存在利于雜質(zhì)沉積的區(qū)域，因此在降溫過程中，雜質(zhì)濃度很快超過熱平衡濃度而產(chǎn)生過飽和。于是，在硅片表面/器件區(qū)和硅片內(nèi)部將形成雜質(zhì)的濃度梯度，在該濃度梯度作用下，雜質(zhì)將由硅片表面/器件區(qū)擴(kuò)散進(jìn)入吸雜區(qū)，并在吸雜區(qū)得到沉積，因此也就達(dá)到吸雜的目的。

在IC產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用最多的吸雜工藝為內(nèi)吸雜，通過在硅片內(nèi)部形成氧沉淀或其他結(jié)構(gòu)缺陷（位錯(cuò)環(huán)或者層錯(cuò)），以這些本身就存在于CZ硅片內(nèi)的形核區(qū)，使得過飽和雜質(zhì)在這些區(qū)域得到得到沉積。

背表面損傷吸雜通過對(duì)硅片背表面進(jìn)行損傷、在硅片背面沉積一層多晶硅層（多晶硅層中含有異相形核區(qū)，如晶界、位錯(cuò)等）。背表面損傷吸雜對(duì)快擴(kuò)散金屬雜質(zhì)如鎳、銅等具有較好的吸雜效果。

近鄰吸雜（Proximity）則在器件附近產(chǎn)生形核（雜質(zhì)沉積區(qū)）區(qū)，而對(duì)硅片進(jìn)行吸雜處理，近鄰吸雜對(duì)慢擴(kuò)散雜質(zhì)作用顯著。

審核編輯：黃飛