吸杂技术:

去除半导体有源区中有害杂质的作用称为半导体的吸杂。杂质吸除包含有3个物理过程: a)释放杂质或缺陷组分的分解; b)杂质或位错组分 (主要是Si自填隙原子) 向俘获区扩散; c)杂质或自填隙原子被吸除中心俘获.如图所示。

①氧在Si中的固溶度C与温度T有关: C = 2×10 [原子-cm] exp(-1.032eV / kT).

硅单晶中的氧浓度一般为10~40ppm (大约为10 cm). 当温度<1150C时, 氧将沉积出来而形成缺陷, 可用以吸杂.

②用作本征吸杂的Si片, 其中的氧浓度应当最大为15~20ppm (若过小, 难以结团; 若过大,则会使圆片翘曲和可形成影响有源区的扩展缺陷). 因此Si片吸杂的热处理温度不能太高, 以免提高其中的含氧浓度.

③本征吸杂工艺步骤: 高温处理使表面区的氧往外面扩散 (形成脱氧层) → 内部的氧成核 → 内部的氧沉积而形成吸杂的缺陷.

表面区脱氧可在保护气氛中通过高温退火来实现, 要求温度必须足够高, 但又不能太高(以防止Si中的含氧浓度过高).脱氧层的厚度应当大于有源区的最大厚度, 但又不能太厚 (否则将降低吸杂效果); 一般取为20~30μm. 脱氧层的厚度L与退火的时间t和温度T的关系是:

L = ( 0.091[cm/s] t ) exp(-1.2eV / kT).

④根据C和L的表示式, 即可求出能满足C<15ppm和L>10μm的退火时间和退火温度.例如, 在1200C下退火3小时, 可以得到L≈25μm和C=6×10 cm (12ppm) 的良好结果.

⑤Si中的碳的影响: 碳对氧沉积的大小和形状有很大影响 (因为氧可在碳杂质处沉积). 因此, 对要进行吸杂的Si片, 必须控制其中的碳浓度 (一般应当<0.2ppm).