駱紅，譚衛(wèi)東，魏建宇

南京國盛電子有限公司，江蘇南京，210008

0 引言

隨著中國半導體行業(yè)的快速發(fā)展，硅外延片的需求量大幅增加。而伴隨著應用端要求的不斷攀升，集成電路芯片呈現向大尺寸、細線寬、高精度發(fā)展的趨勢[1-2]，這對硅外延片的質量提出了更高的要求。在設備設計和測量的過程中，需要進一步加強相關技術研發(fā)，同時隨著科技發(fā)展，所涉及的不同領域也在不斷延伸。從整體上來看，需要進一步了解當前設備的具體測試方法，同時還要進一步研究當前整體工作的進度以及成果，根據當前的研究分析，進一步探討整體的相關情況。幾何參數WARP值是硅外延片的重要參數，是影響光刻的關鍵指標[3]，而針對外延片WARP值的相關研究報告相對較少。在研究的過程中，研究的整體框架依然不夠全面。本文主要從襯底及不同背封結構、外延厚度、降溫速率等多個方面，對硅外延片WARP展開研究分析，進一步提升硅外延片的管控質量。

1 測試方法介紹

在對當前硅外延片幾何參數研究的過程中，需要進一步選擇正確的測試方法，同時對于當前的測試方法做出介紹。通過正確的測試方法能夠得到更加精準的數值。采用ADE9600測試設備對外延片WARP值進行測試分析。在實際測試的過程中，需要根據當前的測試圖形來進行分析，同時根據當前的相關曲線來進行研究，進一步判斷最高點與最低點之間的距離，同時根據距離的相關公式來進行計算。在實際計算的過程中，需要進一步分析平面圖形，同時確立當前中心平面的最高點和最低點，通過測量來進一步得到兩者之間的距離。計算方法：被測物中心平面相對于中心平面的焦平面最高點與最低點之間的距離，具體如圖1所示[4]。在彎曲圖形測試的過程中，通過這樣的測試方法能夠得到更加精準的數值，從而能夠為今后的研究提供一定的數據。

圖1 WARP 測試示意圖

在生產芯片基材單晶硅片時，很多情況是重摻雜的硅單晶上外延輕摻層。外延之前，通常都會在硅片的背面生長上一層約2000～4000a的低溫氧化層（LTO），即二氧化硅層，這層LTO的目的是降低自動摻雜的現象。然而，LTO層會使得外延片后的硅片的翹曲度大幅增加。一般在生長LTO層之前的硅片，表面形狀相對平坦，這樣的正常硅片在生長完LTO層之后，因為LTO層的應力，會造成硅片變成凹形，而影響到最終硅外延片的翹曲度。例如，對于300mm的大硅片翹曲度超過國際常用標準的25μm，有時甚至超過45μm，呈現向下凹的形狀，如同一個盤子。這樣的翹曲度會造成在制造芯片時的良率損失。現有技術中，為了降低翹曲度，一般需要通過計算應力，并根據應力大小設計硅片內部的結構，這樣的方法不僅效率低，而且過程復雜，大幅度提高了成本。

在實際測試的過程中，需要一套全新的方式和方法，從而進一步降低成本、簡化程序，從而能夠通過這樣的方式提高整體的質量和效率，更加精準地獲得相關數據。通過硅外延片幾何參數測量的方式能夠更加精準地獲得數據，與此同時，本研究提供了一種降低調取度的測試方法，同時根據當前的研究進一步獲得相關數據，根據硅外延片制備的方法來進行研究，可以將硅片基材研磨為弧形，然后再進行測量，在實際測量的過程進行更加精準的計算。采用ADE9600測試設備對外延片WARP值進行測試分析。

2 研究工作及成果

在研究的過程中，需要進一步了解當前材料的整體情況，同時根據材料的尺寸以及結構來進行分析。通過對材料進行分析獲得相關成果。在選擇襯底的過程中，可以選取以下三種規(guī)格的襯底。襯底一和襯底二經過高溫外延后，WARP值相應變差，而襯底三經過高溫外延后，WARP值有明顯改善。同時根據不同的情況來進行分析，尤其是在不同條件下，需要加工到不同程度，在加工的過程中根據不同的厚度要求來進行設計，同時經過一系列加工手段來進一步獲得樣本。從整體上來看，其質量有了明顯的提升，隨著外延厚度的不斷增加，其數值均有一定程度的提高。同時通過對不同外延厚度的相關數值變化來進行分析，進一步得出相關結論。

2.1 外延厚度對WARP值的影響分析

選取三種規(guī)格的襯底，在相同的生長條件下加工不同厚度的外延片，然后測試對應的WARP值，結果如圖2所示。襯底一和襯底二經過高溫外延后，WARP值相應變差，而襯底三經過高溫外延后，WARP值有明顯改善。隨著外延厚度的增加，襯底一和襯底三的WARP值均有一定程度的改善趨勢；而襯底二的WARP值基本保持在一定的水平程度。在選擇三種不同類型襯底的過程中，需要根據當前的不同尺寸來進行分析，同時，根據當前的研究特點來獲得厚度的差異性，根據不同外延厚度對應數字的變化來進行匯總，在數據獲得的過程中，將相關數據以及不同外延厚度對應的數字變化以圖片的形式呈現，同時通過折線圖來進一步得出當前不同變化的情況，從而能夠得出相關結論，在研究的過程中進一步獲得彎曲程度的情況，同時在分析的過程中根據當前不同的條件一一對應，從而能夠得出相關結論。

圖2 不同外延厚度對應WARP 值的變化

2.2 襯底對外延片WARP值的影響分析

同樣選取兩種規(guī)格的襯底，先安排對襯底片做WARP測試，然后經過外延后，再次監(jiān)控WARP值。襯底一WARP值越好，經過高溫外延后，反而越差；襯底二WARP經過高溫后無明顯對應性。在實際監(jiān)測的過程中，根據圖片顯示來與當前數值進行對應。從整體上來看，在不同數字的影響之下，都會得出不同的結果。在彎曲程度分析的過程中，根據當前的數字來進行研究，從而能夠得出相關結論。從整體上來看，襯底對外延片WARP值的影響分析進一步證明了當前理論的正確性。

2.3 降溫速率對外延片WARP值的影響分析

在測試的過程中，根據延緩降溫速率來進一步分析當前數字的變化情況，同時根據條件一和條件二的差異性來進一步分析當前的情況，在研究的過程中根據當前的降溫程度以及不同環(huán)境變化來進行探討，兩種條件對應的溫度以及功率曲線繪制成圖片，同時，在分析的過程中進一步得出當前數字變化的相關因素。

選取襯底三，采用不同的降溫速率條件進行外延。條件一是在高溫外延結束后，30s內機臺功率降至40kW，之后不再通電流，進行降溫，溫度降至750℃耗時 170s；條件二是在高溫外延結束后，420s內機臺功率降至40kW，之后功率依舊保持40kW，持續(xù)300s，溫度降至750℃耗時740s。

在獲得相關數字之后，進一步將數字以可視化的圖片形式來呈現。通過當前數字的變化，根據不同降溫速率條件下的數值變化來進行研究，尤其是條件一和條件二有差異性，使兩者所表現出來的結果呈現出明顯的差異性，根據當前的速率對外延片數值分析，進一步得出結論。從數值結果分析得出：延緩降溫速率對外延片WARP值呈負向作用，但影響程度有限。

3 結語

由于單晶硅、SiO2、多晶硅的熱膨脹系數不同，不同背封結構襯底對外延片WARP值的影響也不相同。其中有Poly背封的襯底經過高溫外延后，WARP值有一定改善，隨著外延厚度的增加，WARP值也逐漸變好。而LTO背封襯底經過高溫外延后，WARP值會變差，隨著外延厚度的增加，WARP值基本穩(wěn)定。另外，慢速降溫對外延片WARP值呈負向作用，但影響程度有限。在今后研究的過程中，需要進一步對當前領域進行更加深入的研究，同時根據當前我國半導體硅片發(fā)展的具體情況，探討出更加創(chuàng)新的測試方法，從而能夠更好地適應時代發(fā)展，滿足不同行業(yè)的需求。