中子辐照直拉硅中缺陷的电镜观察

中子辐照直拉硅中缺陷的电镜观察李养贤，鞠玉林（河北工学院材料研究中心，天津３００１３０）随着大规模、超大规模集成电路的发展，对半导体硅材料提出了更严格的要求。因为硅片内的缺陷会严重影响器件的电参数和成品率，也是导致器件失效的主要原因。制备完美晶体、消...     

高能粒子辐射直拉硅中辐照缺陷的控制

受高能粒子辐射,在直拉硅中会产生各种辐照缺陷,对硅及硅基器件的性能产生不利的影响,对辐照缺陷的控制可以增加硅的辐照稳定性。     

退火直拉硅中小于10nm的微缺陷

直拉硅中氧的浓度高达10~(18)at/cm~3,在器件工艺的热处理过程中,会产生氧的沉淀或形成硅氧团(SiO_x)。经过650℃下较长时间热处理所形成的与氧有关的缺陷,在表观上起施主陷阱中心的作用,引起硅片电阻率的漂移,影响器件的阈值电压,降低VLSI的成品率。近些年来,人们越来越注重研究施主陷阱的产生及其微观结构。这一方面是由于VLSI生产向低温工艺发展后,不可避免地会遇到施主陷阱问题,另一方面,新近的研究表明,在较低温度退火中形成的施主陷阱或硅氧团,在器件的后续工艺中,会成为氧进一步沉淀的核心,促进了更为复杂的沉淀物一位错络合物(PDC)的形成。因此研究在较低温度(例如650℃左右)热处理所形成的微缺陷的性质、结构及其它杂质对它生成的影响,无疑对弄清硅中与氧有关施主陷阱的本质,对改善用于VLSI器件的材料性能,都会具有十分重要意义的。     

含氮直拉硅中氧沉淀及伴生缺陷的特征

氧沉淀吸杂工艺的应用使直拉硅中氧的沉淀及伴生缺陷的形成及其微观结构成为热门的研究课题。氮因有钉扎位错,增加硅片强度的作用而引起重视,并在实际应用中收到了良好的效果,本工作用TEM和HREM研究了氮在直拉硅中沉淀相及其伴生缺陷的特征,并和不含氮的样品进行了对比。所用材料为N型无位错直拉硅单晶,含5.5×10~(17)cn~(-3)的氧和8.4×10~(15)cm~(-3)的氮,经过450℃64小时+750℃223小时+1050℃3小时三步退火处理。IR分析表明此时样品中53％的氧和100％的氮已消失,样品减薄到3μm后,用Ar~+减薄成电镜试样,在JEM-200cx上进行TEM和HREM观察。     

低缺陷掺氮直拉硅单量抛光片

该产品采用气相掺氮技术，即氮气既作为保护气，又通过与硅熔体反应掺入熔体，是硅晶体中氮的来源，解决了气相掺氮掺入量控制的难题。用气相（氮气）直接掺氮，操作简便，成本低廉，但需要用特殊方法精确控制掺入量。     

直拉硅中氧沉淀的TEM研究

论述了使用透射电镜来研究氧沉淀的形态与热处理温度和时间的关系.对氧沉淀的生成动力学,研究的现状和存在的问题以及发展前景也进行了讨论.     

硅中注入氢后形成的稳定性缺陷

本文对硅中注入质子(氢离子)所形成的缺陷进行了研究,发现注入氢的硅先经600℃处理较长时间后,再经高温处理可形成热稳定性很大的缺陷,而同样条件的样品直接经高温处理后,则看不到形成的稳定性缺陷,这说明600℃的长时间退火对形成的稳定性缺陷起着关键的作用.     

硅中注入氮的光致发光研究

以10~(10)～10~(16)/cm~2的剂量向硅晶体中注入氮。700℃热退火后在1.1223eV处(A线)观察到光致发光,而这种效应以前仅在体掺杂晶体中报导过。详细研究了它对复合中心的退火特性及注入剂量的依赖关系。我们发现电活性的N_2不是产生缺陷结构的原因,但是与空位一填隙式氮复合物有关。     

硼注入<100>硅残余缺陷的沟道研究

本文用沟道背散射技术和透射电镜观察研究室温高剂量硼注入<100>硅的退火行为和残余缺陷.实验结果表明一步退火法不能完全消除注入引起的辐射损伤,在外延层中同时存在位错环和直接散射中心两种缺陷.用连续的剥层和测定沟道最低产额x_(min)的方法得到了直接散射中心的深度分布,按此分布用复次散射模型估算了直接散射中心对退道产额的贡献,从而分离开两种缺陷对退道的贡献.以B(?)gh公式为基础处理沟道谱的退道,实验得到的退道宽度λ值与Quere模型的理论预言基本相符.     

含氮直拉硅中复合浅施主的光热电离光谱研究

报道N型含氮直拉硅单晶的光热电离光谱(PTIS)除观察到P的谱线系列外,还观察到三个与氮、氧有关的复合型浅施主中心D(N-O)的谱线系,首次报道了它们3p_±以上的谱线位置,并精确测定了其电离能为36.16meV、36.41meV和37.37meV。变温分析表明,它们不是源于同一化学中心的基态分裂,而是独立的复合施主中心。     

砷注入硅快速热退火缺陷的HVEM观察

随着集成度的提高,要求芯片的线条进一步缩小,但根据按比例缩小原则,纵向尺寸也必须减小。因此VLSI要求p—n结的结深越来越浅。离子注S和快速热退火为制备这种高浓度浅p—n结提供了一种要求的手段。当然离子注入产生的辐照缺陷及其在退火过程中的行为就自然受到人们的注意。由于砷在硅中固溶度较高、扩散系数小,离子注入的平均投影射程小等一系列特点,在制备高浓度、浅N+P结方面引起了相当的重视。本文研究了砷注入硅快速热退火后缺陷的特性。即砷注入硅后经不同温度不同时间退火后的缺陷。所用的试样为6—8ΩcmP—型<100>硅片,经室温120kev砷离子注入,剂量为1×10~(16)cm~(-2),分别在900℃、1000℃、1080℃和1150℃不同时间红外退火。並利用霍尔效应和剥层技术测定载流子浓度分布,     

原生直拉无位错硅单晶中漩涡缺陷的观察

本文用化学择优腐蚀显示、红外吸收光谱测量以及透射电子显微镜观察等方法,研究了原生无位错直拉(CZ)硅单晶中的漩涡缺陷.结果表明原生硅中存在有Ⅰ、Ⅱ两类漩涡缺陷,Ⅰ型漩涡缺陷是位错环、位错环团及堆垛层错等;Ⅱ型漩涡缺陷是一种沉淀物.实验表明这种沉淀物的结构是板片状α-方英石(SiO_2).在原生CZ硅中还观察到一种尺寸小于100埃的高密度(约10~(13)-10~(14)/厘米~3)Ⅲ型缺陷.     

直拉硅单晶中的流动图形缺陷

用Secco腐蚀液对直径150mm p型(100)直拉硅单晶片进行择优腐蚀后,得到了流动图形缺陷(FPDs),并通过原子力显微镜(AFM)对其微观结构进行观察.实验发现,在FPDs缺陷的尖端存在有几百纳米的由(111)面构成的八面体空洞,这与Takeno等人的实验结果相反,他们认为FPD的端部是间隙型的位错环;实验还发现,FPD端部的空洞随腐蚀时间延长会逐渐变为圆形的浅坑直至最后消失.     

硅中注入高剂量氮离子的研究

研究了高剂量氮离子注入硅所形成的高阻层.对该层的研究将有助于使离子注入技术应用于半导体集成电路的隔离工艺. 选用电阻率为0.5Ω-cm,<111>取向的N型硅单晶片作衬底.氮离子注入能量为80keV,注入剂量用1～2×10~(17)cm~(-2),注入后表面可以形成高阻层.这一层的物理、化学、电学性能均较稳定. 用俄歇电子谱仪、背散射沟道技术、红外光谱仪、光电子谱仪等手段对该层的晶体结构及化学键合机理进行了分析.所得结果证明,注入的氮呈高斯分布,该注入层是无序的氮化硅与硅的混合结构. 用8～10Ω-cm的P型硅单晶也可以得到同样的结果.     

直拉硅单晶中的流动图形缺陷

用Secco腐蚀液对直径15 0 mm p型(10 0 )直拉硅单晶片进行择优腐蚀后,得到了流动图形缺陷(FPDs) ,并通过原子力显微镜(AFM)对其微观结构进行观察.实验发现,在FPDs缺陷的尖端存在有几百纳米的由(111)面构成的八面体空洞,这与Takeno等人的实验结果相反,他们认为FPD的端部是间隙型的位错环;实验还发现,FPD端部的空洞随腐蚀时间延长会逐渐变为圆形的浅坑直至最后消失     

硅中注入硼的异常扩散

<正> 浅结制备是超大规模集成电路发展的关键技术之一。硅中硼、磷等杂质注入,在退火时发生异常扩散,使浅结的控制困难。异常扩散是一个瞬态快速扩散过程。对于硼,在退火开始时,杂质分布尾部推移极快,随之减慢,恢复正常扩散。这一过程用衰变时间表征。     

掺锗直拉硅体单晶的生长

为了控制锗在硅中的分凝和分布的均匀性 ,抑制熔体中因重力场引起的无规律热对流和质量对流 ,文中设计制造了一种新型的环型永磁场直拉炉 ( PMCZ法 ) ,生长了掺锗量 0 .1～ 5 .0 % ( Ge∶Si重量比 )、 65 mm和 5 2 mm的硅锗体单晶 ,拉速一般控制在 0 .2～ 0 .5 mm/分。当磁场强度较高时 ,熔体中由于重力场引起的热对流和质量对流在一定程度上被抑制 ,类似于空间微重力环境生长晶体的条件 ,晶体中锗和氧杂质分布均匀性的问题得到了较好地控制。文中利用扫描电子显微镜 ( SEM)能谱分析和二次离子质谱 ( SIMS)等方法观测了PMCZ法生长的掺锗 Si单晶中锗的分布状况。发现用 PMCZ法生长的锗硅晶体比常规 CZ法生长的晶体杂质均匀性要好些。同时发现 ,由于晶体生长速率很低 ,使得掺锗硅中产生了大量的过饱和氧的微沉淀。这些微沉淀经过 1 2 5 0°C热处理后会溶解消失。在晶体尾部 ,由于锗在硅中的分凝系数小于 1 ,使得锗在熔体中高度富集 ,产生了“组份过冷现象”,出现了枝状结晶生长。     

硅中缺陷的透射电镜观察

随着集成电路制造工艺技术的不断进步,器件线宽不断减小,硅材料中缺陷的危害越来越不可忽视.通过TEM观察了硅中氧沉积、工艺诱生缺陷等并对之进行了分析.     

砷注入硅中高温瞬态热退火研究

本文采用阳极氧化法剥层技术和扩展电阻法研究了砷离子注入硅中的高温瞬态热退火行为;测定了退火后杂质分布结深和杂质激活率,并与理论结果进行了比较。结果表明:120keV 砷注入5×10~(15)cm~(-2),经1180℃3分钟退火后,杂质激活率和再分布情况都比较理想。本研究首次采用扩散炉进行高温热退火。