集成电路对硅材料的要求

直拉硅片是用于制造集成电路的硅材料，分为硅抛光片和硅外延片两大类。常用的硅抛光片为p型、<100>晶向，电阻率为3～6Ω.cm、8~12Ω.cm、15~25Ω.cm等。常用的硅外延片是以重掺硼硅片为村底的外延片。依据器件的种类、集成度、 工艺条件的不同，集成电路的制造应选用不同的硅材料。

一般而言，200mm及以下的集成电路生产线常用硅抛光片;45nm及以下线宽的300mm集成电路生产线常用硅外延片。硅抛光片由直拉单晶硅锭经过滚圆、切片、磨片腐蚀、抛光、清洗等工序制造得来。与硅抛光片相比，硅外延片在晶体完整性方面得到了提高，并能显著降低器件的导通电阻，降低a粒子软误差，避免CMOS电路闩锁现象的发生。

随着集成电路集成度的提高，对硅片品质参数的要求也在不断提高。硅片的关键参数包括电阻率及其径向均匀性、氧浓度、碳浓度、体金属浓度、表面金属浓度、氧化诱生层错密度、体微缺陷密度、局部平整度、边沿局部平整度、边沿曲率、纳米形貌、表面颗粒等。其中，局部平整度、边沿局部平整度、边沿曲率、纳米形貌是在集成电路的特征线宽达到深亚微米后对硅片几何参数提出的新要求。

杂质(除掺杂剂以外)对硅片的性能和质量有着重要的影响。氧是直拉硅片中不可避免的杂质，它具有提高硅片机械强度的作用;在硅片体内产生的适量氧沉积具有吸除硅片表面有害金属沾污的作用，但是过量的氧沉积反而会引起硅片的翘曲。因此，需要将硅片中的氧含量控制在合理的范围内。

碳也是直拉硅片中不可避免的杂质。长期以来，碳因为具有增强氧沉积从而导致pn结的泄漏电流增大和击穿电压降低的效应而被认为是有害杂质。因此，碳的浓度甚至被要求控制在10(16)cm(-3)以下。但是，随着集成电路用硅片氧含量的降低，关于碳的所谓有害性问题需要重新认识。

氮是硅片中有意掺入的杂质，它具有增强硅片机械强度、增加内吸杂（Gettering) 能力、使空洞型缺陷易于消除等优点。经过近30年的研究与开发，进入21世纪后，掺氮硅片成为集成电路用的一种性能优异的硅片。

金属杂质无论在硅片的表面还是体内都是有害的，它们降低硅片的载流子寿命，并会诱发其他缺陷(如氧化诱生层错)。因此，必须尽可能避免金属杂质的存在。

硅片中的缺陷对集成电路的成品率有重要的影响。硅抛光片的主要缺陷包括氧沉积、氧化诱生层错(OSF)和空洞型缺陷等。硅片中的氧杂质在集成电路制造工艺温度下处于过饱和状态，经过若干低温和高温的热工艺后，会形成氧沉积及其诱生缺陷(如位错和层错等)。针对集成电路制造的工艺特点，通过控制硅片的氧浓度及热历史(与单晶生长过程有关)，可以使得氧沉积仅发生在硅片体内(即集成电路器件有源区下方)，形成体微缺陷(Bulk Microdefect, BMD),它们起着内吸杂(Internal Gettering)即吸除硅片表面金属沾污)的作用。

OSF是硅片经过900~ 1150度的热氧化时有可能产生的缺陷，硅片表面的损伤、金属沾污，以及硅片中过高的氧浓度和原生氧沉积等，都可导致OSF。因此，OSF是衡量硅片质量好坏的重要指标。空洞型缺陷是硅片的一种主要原生缺陷，它是由空位在单晶硅生长的冷却过程中聚集而形成的，会降低MOS器件的栅极氧化物完整性。

空洞型缺陷在硅片经过RCA1清洗液清洗后，会表现为晶体原生颗粒(COP)。为了消除硅片近表面区域(即集成电路器件的工作区)中的COP,通常采取氢气或氩气气氛下的高温(约1200度)退火工艺。此外，采用特殊的晶体生长工艺，可以生长出无COP的完美的单晶硅。

表9-1所列为28nm集成电路制造工艺对硅片的主要要求。