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直拉硅单晶中氧沉淀及其诱生缺陷的透射电镜研究

随着信息社会的不断发展,微电子工业对国民经济发展所起的作用越来越大。半导体硅材料是微电子产业的基础材料,也是信息技术产业的支柱材料,在国家的经济、国防和科技现代化进步方面起着举足轻重的作用。因此,研究硅材料中杂质和缺陷的相互作用,以及热处理时间、温度、气氛和应力对缺陷生成动力学和热力学的影响,对提高集成电路的产率,促进整个微电子产业的发展和进步有着重大而现实的意义。本文主要通过透射电镜研究直拉硅(氩气氛下生长单晶样品、氮气氛下生长单晶样品、高压(10~9pa)热处理单晶样品、重掺杂单晶样品、快速热处理单晶样品)中氧沉淀及其扩展缺陷的形态、密度和分布随热处理时间、温度、气氛和应力的关系,主要取得以下成果:首先,本文系统地研究了高压(1GPa)对氧沉淀及其扩展缺陷形成的影响,探讨硅材料中微缺陷形成的微观机制。结果表明:1)在高压(10~9Pa)下经过450℃,10小时处理过的样品中有很高密度的球形极小直径氧沉淀稳定生成,表明高压可以  (本文共127页) 本文目录 | 阅读全文>>

《物理学报》2007年07期
物理学报

直拉硅单晶中原生氧沉淀的透射电镜研究

1.引言氧是直拉硅单晶中最重要的杂质,它是在单晶拉制过程中,熔融硅与石英坩埚相互作用而引入的.一般认为,在硅的熔融温度(1414℃)时,引入间隙氧原子的平衡浓度约为2.75×1018/cm3[1].在晶体生长完成后的冷却过程中,处于过饱和状态的间隙氧会随着固溶度的降低而析出,形成氧沉淀[2],并可能诱发位错、层错等二次缺陷.另外,随着超大规模集成电路(VLSI)的发展,硅单晶的直径也不断增加.在大直径晶体的生长过程中,在熔点温度附近引入的主要点缺陷是空位.研究表明,点缺陷的存在可以导致多种复合体的形成,并在很大程度上改变硅单晶体内缺陷的生成过程[3].在硅晶体生长完成后的冷却过程中,空位缺陷呈过饱和,会聚集在一起形成Void缺陷,Void缺陷的尺寸大约为100nm,它的存在会破坏栅氧化物的完整性(gate oxide integrity,GOI),进而导致器件失效[4].Void的消除方法主要有以下三种:高温氢气氛下退火、外延工...  (本文共4页) 阅读全文>>

《半导体学报》2004年10期
半导体学报

高温快速热处理对氧沉淀消融的作用

1 引言氧是大规模集成电路制造使用直拉 ( CZ)硅单晶中的最主要杂质 .热处理过程中 ,过饱和的氧杂质将聚集形成氧沉淀 ,氧沉淀在器件制作工艺过程中的作用至关重要 .如氧沉淀能够有效吸除缺陷和杂质而获得高质量的表面洁净区 ( DZ) [1,2 ] ,并制止位错滑移 ,同时过多过大的氧沉淀会形成氧施主 ,产生缺陷 ,导致硅片翘曲[3 ] .近年来 ,国际上著名的硅片供应商 ,美国的 MEMC公司 ,提出了利用高温快速热处理 ( RTP)在硅片中形成从表面到体内逐渐上升的空位浓度分布 ,从而在后续两步热处理后形成表面洁净区和体内高密度体微缺陷区 ,这就是所谓的“魔幻洁净区”( MDZ)工艺 [4~ 6] .显然快速热处理对氧沉淀的影响是 MDZ概念的基本问题 ,因而得到了较多的研究 .研究表明 ,快速热处理对氧沉淀具有重要的影响 ,它会显著促进两步 (低 -高 )热处理后的氧沉淀 [7,8] .然而对于上述问题的逆命题 ,即“快速...  (本文共4页) 阅读全文>>

《半导体学报》2004年03期
半导体学报

氮对重掺锑直拉硅中氧沉淀的影响

1 引言在硅单晶的掺杂元素中 ,锑具有很小的扩散系数 ,能大大降低外延衬底中的元素向外延层的反扩散 ,具有较窄的过渡区 ,表现出梯度陡的优点 .因此 ,重掺锑硅单晶是制作 N/ N+ 硅外延片的最佳衬底 .然而有实验表明 ,重掺锑硅单晶中氧含量较普通直拉硅普遍低约 40 %且随着掺锑浓度增加而下降 .目前 ,对普通重掺锑硅单晶中氧含量下降机理的研究尚无定论 .Nozaki[1]等人通过热力学计算认为 HSb-Si中的氧以 Si O 而非 Sb2 O3 的形式挥发 ,而Huang[2 ,3 ]等人认为锑氧化物的挥发才是氧含量降低的主要原因 .刘彩池 [4]等人认为原子半径较大的锑的掺入 ,降低了氧在硅中的固溶度 ,从而氧以 Si O形式挥发 .氧含量的降低必然导致在器件热循环过程中无法形成足够高密度的具有内吸杂能力的氧沉淀 ,从而无法有效吸除硅片表面的有害金属杂质 ,提高器件的成品率 .所以如何提高重掺锑硅片的内吸杂能力一直是目前...  (本文共4页) 阅读全文>>

浙江大学
浙江大学

重掺锑直拉硅单晶的氧沉淀行为

重掺锑直拉硅片最早被用做外延硅片的衬底,至今仍然是主要的衬底材料之一。外延硅片的内吸杂能力取决于衬底硅片的氧沉淀,因此研究重掺锑直拉硅单晶的氧沉淀行为具有重要的实际意义。虽然已有研究表明重掺锑直拉硅单晶中的氧沉淀受到抑制,但对其氧沉淀行为的理解远没有象轻掺直拉硅单晶的那样深入。本论文利用二次离子质谱(SIMS),扫描红外显微术(SIRM)和择优腐蚀结合光学显微术等手段进一步研究了重掺锑直拉硅片在不同热处理情况下的氧沉淀行为,得到如下主要结果:对比研究了轻掺磷直拉硅片和不同初始氧浓度的重掺锑直拉硅片经低温和高温两步退火的氧沉淀行为。研究发现:(1)与轻掺磷硅片相比,高氧浓度的重掺锑硅片在低温短时间退火时氧沉淀形核受到显著的抑制;(2)在650℃长时间退火时重掺锑硅片的氧沉淀形核几乎不受抑制,而在450℃或750℃长时间退火时,重掺锑硅片中氧沉淀形核仍然受到抑制;(3)对于低氧浓度的重掺锑硅片而言,在450-750℃退火时,不论时间...  (本文共90页) 本文目录 | 阅读全文>>

浙江大学
浙江大学

快速热处理对直拉硅片氧沉淀行为作用

近年来,世界著名的硅材料供应商—美国的MEMC提出了一种基于RTP的所谓的“魔幻洁净区”(Magic Denuded Zone,MDZ)内吸杂术,因此引发了快速热处理是如何影响直拉硅中的氧沉淀这一基本问题。本文着重研究了高温快速热处理对直拉硅片(包括轻掺和重掺)在后续热处理中氧沉淀行为的影响,获得如下结果结果。1)研究了不同温度的RTP对直拉(Cz)硅片在两步(低—高)退火中氧沉淀的影响,结果表明:对于两步退火来说,RTP引入的空位参与了氧沉淀核心的形成,因而促进了后续高温热处理中的氧沉淀的长大;并且样品经过两步退火后的氧沉淀量与RTP处理的温度(亦即空位浓度)呈正相关关系。2)研究了不同温度(1100℃~1280℃)的RTP对重掺硼硅单晶在后续800~1150℃单步退火中的氧沉淀行为的影响。得到如下结果:a)当后续单步退火温度为1150℃时,经过1200℃以上的RTP预处理后,几乎不产生氧沉淀,而经过1100℃的RTP预处理后...  (本文共80页) 本文目录 | 阅读全文>>