第七章硅中的缺陷

第七章 硅中的缺陷 401 第七章 硅中的缺陷 本章讨论原生长硅单晶和器件工艺中的硅片中最重要的一些缺陷，包括它们的本质、几何分布、形成的机理、它们之间的相互作用和关系等等。关于氧沉淀方面的内容放在第八章中讨论。 要成功地制造有效的硅器件必须在硅片的有效工作区内消除晶体缺陷。随着集成电路技术的集成度越来越高，器件制造工艺变得越来越复杂，增加了在硅片中引入缺陷的机会。除非我们对这些缺陷的本质和形成机理有了了解，否则它们会不确定地发生，从而影响所制成的器件的性能。基于这一基本目的，对硅片中缺陷的了解必须最终与它们对器件电性能的影响相联系。 硅片中的许多缺陷本身对于电性能并没有什么有害的影响，但是当它们与其他杂质相互作用后可以变成很有害的结构。这样的相互作用决定了由硅片中缺陷引起的器件失效的两种主要模式(在这里没有考虑介电、金相、光刻等方面的缺陷)：晶体管“管道” 和结漏电流。 “管道” 在机理上是短接发射极和集电极的导电通路，通常被认为是发射极区的掺杂剂沿着穿过晶体管的位错产生增强了的扩散所引起的结果。PN结漏电流通常是铜、铁、铬等这样一些杂质的沉淀引起的产生电流的结果，这些沉淀在器件工艺过程中通过在各种缺陷处成核的过程而产生。另一种主要的器件失效模式— — MOS电荷储存失效，也是由和结漏电流同样的杂质缺陷反应所引起的。 在整个半导体工业中，硅单晶经受了从晶体生长开始经过硅片加工和完全的器件制造工艺这 样一些步骤。甚至在现代的高质量的无位错生长的硅片中，在工艺过程中还是会诱生出各种各样的 微缺陷。 为了方便起见，这些缺陷可以分为两类：原生长缺陷和工艺诱生缺陷(也称二次缺陷)。 某些缺陷是在晶体生长时产生的，因此被称为原生长缺陷。由于硅的晶格结构(金刚石结构)的 特点决定了有形成孪晶的可能性，不适当的生长条件会导致孪晶和堆垛层错的产生；太大的温度梯 度等条件会导致位错的形成。现代技术生长的硅晶体通常是无位错无孪晶的，然而考虑到提高硅单 晶的成品率的需要，讨论这些问题还是有意义的。 刚从熔硅中生长出来的那部分晶体含有在当时相应的温度下的平衡浓度的空位、自间隙原子 以及它们的复合体，但当其被提拉离开熔硅并变冷时，这些点缺陷中的大多数变得超过了平衡浓 度，因此有回到平衡浓度的趋势。点缺陷浓度要达到平衡必须要有减少其数量的途径。只有在很接 近于表面的区域中过剩点缺陷可以扩散到表面而消失，...