3 硅中的几种晶格缺陷 在单晶硅晶锭生产和硅片加工的过程中,由于种种原因会破坏硅单晶晶格的完整性,即形成晶格缺陷。在拉制硅单晶过程中形成的缺陷称为原生缺陷,而在硅片加工过程中及器件工艺过程中引入硅片中的缺陷称为诱生缺陷。随着集成电路对硅片质量提出更高的要求, 近年来, 硅中一些更微小的缺陷也引起人们的研究兴趣。 3.1硅中的空位和填隙原子 硅中的空位( V)和硅的自填隙原子( I)称为硅的本征缺陷,它们是在拉晶时在硅的固液界面形成的。随着硅晶体的冷却,因温度和浓度梯度的作用向晶锭固体部分扩散。一般在硅片的中间区域是空位富集区,而在硅片的边缘区域是填隙原子富集区,经过适当高温缀饰处理( 例如水汽热氧化) , 氧化层错往往产生在V 和I富集区的交界处。本征缺陷在高温时是孤立的点缺陷,在晶锭冷却时点缺陷开始凝聚,在V 富集区往往形成空位团, 这种空位团称D 缺陷。在I 富集区,高浓度的填隙原子会形成非本征型(插入型) 的位错环。 3.2 晶体原生颗粒缺陷 晶体原生颗粒缺陷( COP)是硅单晶中的原生缺陷。这种缺陷是用SC1(NH4OH：H2O2：H2O=1：1：5) 溶液, 在85C下煮抛光硅片4 小时后显示出来的一种晶格缺陷。用SC1溶液处理硅片后, 硅片表面层被腐蚀掉150nm。 3.3 激光散射层析缺陷 激光散射层析( LSTD)是硅中的原生缺陷,也是通过激光扫描仪检测出来的一种光点形式的缺陷,LSTD 缺陷是内表面部分或全部覆盖SiO2 的氧化物八面体微空洞。LSTD 的大小为几十纳米。LSTD 形成的温度1000, 它的产生取决于晶体生长时固液界面温度的波动。LSTD的密度取决于拉制硅单晶时的拉速,拉速慢,LSTD 密度低。 3.4流动图形缺陷 研究报导流动图形缺陷( FPD)是空位团D 缺陷的聚集物, 显然FPD 起源于空位的凝聚, 也是硅中原生缺陷。 3.5 体微缺陷---微氧沉淀 除了有意掺入的杂质磷、硼、锑、砷外, CZ硅单晶中的氧是硅中含量最高的杂质,从而也是硅材料的主要研究对象之一。硅中很多缺陷都与硅中的氧有关, 氧在硅单晶中处于过饱和状态。在器件制造的热加工过程中, 硅中的氧会在缺陷( 例如O􀀁V复合体) 处或杂质( 例如代位C) 处成核生长,形成体微缺( BMD)微氧沉淀,OSF是硅中常见的因氧化而诱生的一种缺陷。如果通过一些工艺过程, 使器件有源区即硅片的浅表面形成低氧区, 从而使与氧有关BMD 等的缺陷几乎为零, 称为洁净区,这样就能提高器件的性能和成品率。 4 硅晶体中的有害杂质 IC制程中需要一些有机物和无机物参与完成，另外，制作过程总是在人的参与下在净化室中进行，这样就不可避免的产生各种环境对硅片污染的情况发生。根据污染物发生的情况，大致可将污染物分为颗粒、有机物、金属污染物及氧化物。 4.1 颗粒 颗粒主要是一些聚合物、光致抗蚀剂和蚀刻杂质等。通常颗粒粘附在硅表面，影响下一工序几何特征的形成及电特性。根据颗粒与表面的粘附情况分析，其粘附力虽然表现出多样化，但主要是范德瓦尔斯吸引力，所以对颗粒的去除方法主要以物理或化学的方法对颗粒进行底切，逐渐减小颗粒与硅表面的接触面积，最终将其去除。 4.2 有机物 有机物杂质在IC制程中以多种形式存在，如人的皮肤油脂、净化室空气、机械油、硅树脂真空脂、光致抗蚀剂、清洗溶剂等。每种污染物对IC制程都有不同程度的影响，通常在晶片表面形成有机物薄膜阻止清洗液到达晶片表面。因此有机物的去除常常在清洗工序的第一步进行。 4.3 金属污染物 IC电路制造过程中采用金属互连材料将各个独立的器件连接起来，首先采用光刻、蚀刻的方法在绝缘层上制作接触窗口，再利用蒸发、溅射或化学汽相沉积(CVD)形成金属互连膜，如A1．Si，Cu等，通过蚀刻产生互连线，然后对沉积介质层进行化学机械抛光(CMP)。这个过程对IC制程也是一个潜在的污染过程，在形成金属互连的同时，也产生各种金属污染。必须采取相应的措施去除金属污染物。 4.4 原生氧化物及化学氧化物 硅原子非常容易在含氧气及水的环境下氧化形成氧化层，称为原生氧化层。硅晶圆经过SC1和SC2溶液清洗后，由于双氧水的强氧化力，在晶圆表面上会生成一层化学氧化层。为了确保闸极氧化层的品质，此表面氧化层必须在晶圆清洗过后加以去除。另外，在IC制程中采用化学汽相沉积法(CVD)沉积的氮化硅、二氧化硅等氧化物也要在相应的清洗过程中有选择的去除。 5 湿法清洗 湿法清洗采用液体化学溶剂和DI水氧化、蚀刻和溶解晶片表面污染物、有机物及金属离子污染。通常采用的湿法清洗有RCA清洗法、稀释化学法、IMEC清洗法、单晶片清洗等。 5.1 RCA清洗法 最初，人们使用的清洗方法没有可依据的标准和系统化1965年， RCA(美国无线电公司)研发了用于硅晶圆清洗的RCA清法，并将其应用于RCA元件制作上。该清洗法成为以后多种前后道清洗工艺流程的基础，以后大多数工厂中使用的清洗工艺基本是基于最初的RCA清洗法。 RCA清洗法依靠溶剂、酸、表面活性剂和水，在不破坏晶圆表面特征的情况下通过喷射、净化、氧化、蚀刻和溶解晶片表面污染物、有机物及金属离子污染。在每次使用化学品后都要在超纯水(UPW )中彻底清洗。以下是常用清洗液及作用。 5.1.1 Ammonium hydroxide／hydrogen perox·ide／Dl watermixture(APM；NH。OH／H，O，／H，Oat65~80"C)．APM通常称为SC1清洗液，其配方为：NH．OH：H，O，：H，O=1：1：5～1：2：7，以氧化和微蚀刻来底切和去除表面颗粒；也可去除轻微有机污染物及部分金属化污染物。但硅氧化和蚀刻的同时会发生表面粗糙。 5.1.2 Hydrochloric acid／hydrogen peroxide／D1water mixture(HPM；HCI／H2O2／H2O at65-80"C)．HPM通常称为SC．2清洗液，其配方为：HCI：H，O，：H，O=1：l：6～1：2：8，可溶解碱金属离子和铝、铁及镁之氢氧化物，另外盐酸中氯离子与残留金属离子发生络合反应形成易溶于水溶液的络合物，可从硅的底层去除金属污染物。 5.1.3 Sulphuric acid (硫酸)／hydrogen per．oxide (过氧化氢)／D1water(去离子水)混合物(SPM；H，SO4／H，O，／H，O at100-130"C)。SPM通常称为SC3清洗液，硫酸与水的体积比是1：3，是典型用于去除有机污染物的清洗液。硫酸可以使有机物脱水而碳化，而双氧水可将碳化产物氧化成一氧化碳或二氧化碳气体。 5.1.4 Hydrofluoric acid (氢氟酸)or diluted hydrofluoric acid (稀释氢氟酸)(HF or DHF at20～25℃)蚀刻。其配方为：HF：H，0=1：2：10，主要用于从特殊区域去除氧化物、蚀刻硅二氧化物及硅氧化物，减少表面金属。稀释氢氟酸水溶液被用以去除原生氧化层及SC1和SC2溶液清洗后双氧水在晶圆表面上氧化生成的一层化学氧化层，在去除氧化层的同时，还在硅晶圆表面形成硅氢键，而呈现疏水性表面。 5.1.5 Ultrapure Water(UPW )通常叫作DI水，UPW 采用臭氧化的水稀释化学品以及化学清洗后晶片的冲洗液。RCA清洗附加兆声能量后，可减少化学品及DI水的消耗量，缩短晶片在清洗液中的浸蚀时间，减轻湿法清洗的各向同性对积体电路特征的影响，增加清洗液使用寿命。 | 
