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1、第19卷第12期 半 导 体 学 报 Vol.19,No.121998年12月 CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSDec.,19983多孔硅对硅中缺陷的吸除效应黄宜平 竺士炀 包宗明 何 奕 钟回周 吴东平(复旦大学电子工程系 上海 200433)摘要 研究了在硅片背面采用阳极化方法形成的多孔硅层对硅片中浅底蚀坑和氧化层错的吸除效应.结果表明,该多孔硅层对硅中的缺陷形成有明显的吸除作用.采用XTEM分析了多孔硅和衬底硅之间的界面特性,发现在界面处存在一个“树枝
2、”状无序结构的过渡区,分析认为该过渡区是一个吸除中心.EEACC:0580,0590,2550E1 引言在无位错拉晶技术实现后,在CZ硅单晶中存在的缺陷主要是微缺陷,其在硅片氧化过程中会转化为氧化层错.这些缺陷可作为杂质沉淀核心,使重金属等有害杂质聚集或沉淀,使少数载流子寿命和迁移率下降.为了减少硅片表面有源区的缺陷和杂质,人们提出了多种吸除技术.一类吸除方法是在硅片背面研磨或离子注入形成损伤层,或形成氮化硅、多晶硅[1]层等,这类方法的目的是在硅片的背面形成损伤层诱生出位错或引入弹性应力,为硅的自隙原子及硅中的其它杂
3、质提供沉积中心,达到吸除杂质和缺陷的目的.多年来,人们对在HF溶液中,通过阳极氧化方法形成的多孔硅进行了许多研究,特别[2][3]是提出采用多孔硅形成SOI结构以及发现多孔硅光致发光现象以后,对多孔硅的形成机理及应用作了更为深入广泛的研究.本文系统地在多孔硅对硅中缺陷的吸除技术方面进行了研究.初始硅片有P型(111)晶向和N型(100)晶向两种.结果发现硅片背面形成的多孔硅对硅片中的“雾状”浅底蚀坑的形成有明显遏制作用,从而对氧化诱生的层错有较大的吸除作用.S.T.Shich等人也曾观测到了多孔硅对氧化层错的吸除作用,
4、但仅对P型、(100)晶向作了研究,且未报道多孔[4]硅对浅底蚀坑的吸除作用.本文用XTEM技术分析了多孔硅和硅衬底的界面特性,发现在界面存在一个多孔硅和单晶硅互相交叉的“树枝状”结构的过渡区.分析认为,在高温处理过程,这“树枝状”的过渡区是一个吸除中心,它会起到减少硅中浅底蚀坑和氧化层错的作用.3国防科技预研跨行业基金资助项目,编号:94J8.4.4.JW0702黄宜平 男,1946年出生,副教授,从事半导体器件与集成电路工艺研究1997208201收到,1997210228定稿12期 黄宜平等:
5、多孔硅对硅中缺陷的吸除效应 9372 实验为了研究多孔硅对硅中缺陷的吸除效应,主要工艺步骤如下:(a)初始材料:采用了P型、(111)晶向、电阻率为0108～0118·cm以及N型、(100)晶向、电阻率为5～88·cm的两种不同类型的硅单晶片.因为高掺杂的P型硅材料容易形成均匀的多孔硅层,因此对N型的初始材料,事先在硅片的背面用硼扩散或离子注入的方18-3法形成一层掺杂浓度约为10cm的P型层,这一P型区在阳极化反应时能转化为均匀的一层多孔硅.这一P型区的厚度决定了形成的多孔硅的厚度.对于电阻率为0
6、108～0118·cm的P型材料是较易获得均匀的多孔硅层的,所以不必在P型硅片的背面进行掺硼工艺.(b)多孔硅的形成:制备多孔硅的阳极化反应装置简图如图1所示(见图版I).硅片的放置使部件2所形成的反应腔体处于隔离状态,即反应液仅和要形成多孔硅层的这一硅片界面相接触.而硅片的另一面是不和反应液接触的.反应腔2中的反应溶液处于循环流动状态,使反应更为均匀.反应液中的阴极6采用铂电极.部件4使铂电极5和硅片1紧密接触,并起到腔体的密闭作用.在硅片上形成多孔硅的面积大小可通过部件3的环状垫圈的大小来调节.如果要在硅片背面形成
7、多孔硅,则将硅片背面放置在朝阳极铂电极5的一面.整个系统用聚四氟乙烯加工.因为加了部件3的环状垫圈,所以仅在硅片背面的中央部分形成多孔硅,如图2所示(见图版I).这样可以在同一硅片对作过多孔硅和没有作过多孔硅区域进行比较.整个阳极化反应的电流由一恒流源控制.最后形成的多孔硅的微观结构、多孔度是[5,6]和衬底材料及阳极化反应电流密度、HF浓度密切相关的.本文采用的阳极化反应液为HF(42wt%)∶无水乙醇∶D.I.H2O=1∶2∶1加入无水乙醇的目的是减少反应中引入的气泡,使反应能更为均匀.反应电流密度为25nmöcm
8、,反应时间为2分钟,形成的多孔硅厚度约为2微米.(c)吸除过程:将样品清洗后,在300℃、氮气气氛中处理1小时,目的是稳定多孔硅的结构.然后在1000℃、氮气气氛中退火1小时,在这一期间多孔硅可起到吸除作用.退火以后,一部分样品可直接放到缺陷的显示液中腐蚀,而后观察多孔硅对硅中浅底蚀坑的吸除作用.(d)氧化:另一部分退火后的样品可
