[实用新型]一种适用于硅外延片电阻率测量前处理的设备

说明书

本实用新型提供了一种适用于硅外延片电阻率测量前处理的设备，包括装置本体、设备内壁、反应室、石英架、电极、进气口、出气口、感应线圈；所述设备内壁位于所述装置本体内部，所述反应室位于所述设备内壁内部，所述感应线圈位于所述设备内壁外侧，所述电极位于所述反应室内部并相对放置，所述石英架置于所述电极内部，所述进气口位于所述电极负极一侧，所述出气口位于所述电极的正极一侧。其中本实用新型的有益效果是：利用高活性的氧等离子体对外延片表面进行处理，以破坏不稳定的Si‑X杂键(‑X可以是任何可能的不稳定或非需要的键型)，而得到稳定的硅‑氧键。

技术领域

本实用新型涉及外延片生长领域，特别涉及一种适用于硅外延片电阻率测量前处理的设备。

背景技术

外延生长是指在衬底上生长沉积一层单晶或多晶结构的工艺；随着制程要求的提升，外延工艺在高性能独立器件与集成电路制造领域的重要性与日俱增。因此，对外延产品进行高标准的检测是确定外延工艺质量必不可少的一环。

衬底通常为非常薄的圆盘状圆柱体，其常见材料为硅(Si)、碳化硅(SiC)、蓝宝石(Al₂O₃)，等，其常规直径为2英寸-12英寸之间(包含)的整数。

外延层又叫沉积层，通常与衬底材料或衬底的晶格常数相吻合，但在沉积材料制备衬底工艺难度较大的情况下，沉积层也可以是与上述衬底不一样的材料，如氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)、锗(Ge)等。

一般称沉积层与衬底材料相同的外延工艺为同质外延(Homoepitaxy)，相应的，生长沉积层与衬底材料相异的产品的工艺成为异质外延(Heteroepitaxy).

完成生产后，外延片会经过若干道检测，当且仅当所有检测项均合格时方可视为合格片，进行出货。检验项包括外观(颗粒、划痕、崩边、翘曲度等)、微观(滑移线、层错、雾状面等)、物理性质(电阻率、厚度、电阻率均匀性、厚度均匀性、翘曲度、直径等)等。

其中，外延片的电阻率大小由生长沉积层时加入的杂质的多少决定，即可以通过对电阻率的测量推算出外延层的掺杂量。四探针直线测量法(4PP)、水银探针电容电压法(MCV)与扩展电阻测量法(SRP)及以上三种方法的变体是常见的测量外延层电阻率的不同方法。不同的方法有各自的优劣。

4PP为非破坏性测试，但是仅可测量异质外延的外延层电阻率；SRP法为破坏性测试，不区分同质外延或异质外延；MCV法为非破坏性测试，也不区分同质外延或异质外延。因为较高的适用性，所以MCV法成为了外延生产，尤其是硅同质外延生产中最为常见的电阻率测量方法。

根据《国家标准GB14146-2021》，在进行硅外延片的电阻率测量前，需要通过对N型片进行双氧水水浴法与对P型片进行烘焙，或使用臭氧对外延片进行表面预处理，以得到稳定的电阻率测量结果。

在预处理完成后，外延片表面会生成一层氧化层。评估氧化层品质的要素包括电氧化层完整性、氧化层厚度与氧化层厚度均匀性。

评估氧化层完整性的方法是电阻率测试时的相位角(0-90°)大小。相位角越大，测量过程中的漏电流越小。当相位角大于87°时，氧化层品质较好，电阻率测量结果较为准确；当相位角介于85°-87°之间时，外延片电阻率测量结果与实际值偏差较大；当相位角小于85°时，需要对外延片重新进行表面处理。

为了得到更精准的测量结果，在对外延片进行氧化层的生长前需要将待处理片在氢氟酸(氟化氢，HF)的水溶液中放置30秒，以去除原生氧化层。然而，由于原生氧化层的主要成分与衬底背部的背封(通常为ITO玻璃，即二氧化硅)极为相似，在洗去原生氧化层的过程中会对背封造成不可逆的破坏。

此外，由于双氧水处理法涉及溶液的配置与使用，需要单独开设处理区域，延长了产品从生产到检测的中间过程，为测量引入了更多的不确定性。