直拉单晶硅中氧沉淀的高温消融和再生长

重点研究了直拉(CZ)硅中氧沉淀在快速热处理(RTP)和常规炉退火过程中的高温消融以及再生长行为.实验发现,RTP是一种快速消融氧沉淀的有效方式,比常规炉退火消融氧沉淀更加显著.硅片经RTP消融处理后,在氧沉淀再生长退火过程中,硅中体微缺陷(BMD)的密度显著增加,BMD的平均尺寸略有增加;而经过常规炉退火消融处理后,在后续退火过程中,BMD的密度变化不大,但BMD的尺寸明显增大.氧沉淀消融处理后,后续退火的温度越高,氧沉淀的再生长越快.     

高温快速热处理对氧沉淀消融的作用

通过对已经过两步(低-高)退火的大直径直拉硅单晶片进行高温快速热处理,研究硅中氧沉淀被高温快速热处理消融的情况.研究证实:高温快速热处理可以显著地消融氧沉淀,氧沉淀消融的决定性因素是热处理温度.另外,讨论了快速热处理消融氧沉淀的物理机制.     

高温快速热处理对氧沉淀消融的作用

通过对已经过两步(低-高)退火的大直径直拉硅单晶片进行高温快速热处理,研究硅中氧沉淀被高温快速热处理消融的情况.研究证实:高温快速热处理可以显著地消融氧沉淀,氧沉淀消融的决定性因素是热处理温度.另外,讨论了快速热处理消融氧沉淀的物理机制.     

锗对CZSi中氧沉淀成核和沉淀形态的影响

CZSi中掺入等价元素锗 ,能影响低温退火时氧沉淀过饱和成核的成核速率与密度。在70 0℃退火时 ,抑制杆状氧沉淀的生成 ,在 90 0℃退火时 ,锗对氧沉淀的形态和长大几乎没有影响。实验表明 ,锗并不作为氧沉淀的成核中心 ,氧沉淀及其衍生的二次缺陷中也不包含锗。文中对锗影响氧沉淀的成核与形态进行了简要的讨论。     

快速热处理对重掺As硅单晶中氧沉淀的影响

对重掺As硅片进行快速热处理,发现重掺As硅片中氧沉淀行为与快速热处理温度、保温时间和降温速度有很大的关系.随着快速热处理温度的升高、降温速度的增大和保温时间的延长,氧沉淀的密度增大.最后对影响的机理进行了讨论.     

快速热处理对重掺As硅单晶中氧沉淀的影响

对重掺As硅片进行快速热处理,发现重掺As硅片中氧沉淀行为与快速热处理温度、保温时间和降温速度有很大的关系.随着快速热处理温度的升高、降温速度的增大和保温时间的延长,氧沉淀的密度增大.最后对影响的机理进行了讨论.     

快速热处理对重掺As硅单晶中氧沉淀的影响

对重掺As硅片进行快速热处理，发现重掺As硅片中氧沉淀行为与快速热处理温度、保温时间和降温速度有很大的关系. 随着快速热处理温度的升高、降温速度的增大和保温时间的延长，氧沉淀的密度增大. 最后对影响的机理进行了讨论.     

快速退火气氛对300mm硅片内洁净区和氧沉淀形成的影响

300mm硅片中厚度合适的洁净区和高密度氧沉淀,有利于对器件有源区金属沾污的吸除,改善栅氧化物的完整性.文中使用Ar,N2/NHa混合气作为快速退火(RTA)气氛,研究RTA气氛对洁净区、氧沉淀形成的影响.研究发现N2/NHs混合气氛处理的硅片表层洁净区明显薄于Ar气氛处理的硅片,氧沉淀密度明显高于Ar气氛处理后的硅片.同时发现在两种气氛下,延长恒温时间都可以降低洁净区厚度,增加氧沉淀密度.基于空位增强氧沉淀成核和氮化空位注入的基本原理,就RTA气氛和恒温时间对洁净区和氧沉淀分布的影响进行了讨论.     

Impact of Transition-Metal Contamination on Oxygen Precipitation in Czochralski Silicon Under Rapid Thermal Processing

研究了快速热处理工艺下直拉单晶硅中过渡族金属铜、镍对内吸杂工艺中氧沉淀形成规律的影响.实验结果表明:在快速热处理工艺下,间隙铜对氧沉淀几乎没有影响,铜沉淀却能显著地促进氧沉淀的形成;而间隙镍或镍沉淀对氧沉淀的形成都没有影响.基于实验结果并结合氧沉淀的形核理论,对金属铜、镍对氧沉淀的影响机理进行了解释.     

快速预热处理对大直径CZ-Si中FPDs及清洁区的影响

研究了不同气氛下快速预热处理(RTA)后,硅片中的流动图形缺陷(FPDs)密度和随后两步热处理形成的魔幻清洁区(MDZ)之间的关系.硅片经过高温快速预热处理后,再经过800℃(4h) 1000℃(16h)常规退火,以形成MDZ.研究发现,当硅片在Ar气氛或N2/O2(9%)混合气氛下RTA预处理后,FPDs密度较低,随后热处理出现的氧沉淀诱生缺陷密度较高、清洁区较宽.对于N2/O2混和气氛,随着O2含量的增加,FPDs和氧沉淀诱生缺陷密度变小,纯O2气氛下预处理后硅片中FPDs和氧沉淀诱生缺陷密度最低.因此,可以通过调节N2/O2混合气氛中两种气氛的比例来控制空洞型微缺陷和硅片体内氧沉淀诱生缺陷的密度.     

氮对重掺锑直拉硅中氧沉淀的影响

通过在不同条件下退火,研究氮杂质对重掺锑硅(HSb- Si)中氧沉淀的影响.实验结果表明,在高温单步退火(10 0 0～115 0℃)和低高两步退火(6 5 0℃+10 5 0℃)后,掺氮HSb- Si中与氧沉淀相关的体微缺陷的密度都要远远高于一般的HSb- Si.这说明在HSb- Si中,氮能分别在高温和低温下促进氧沉淀的生成.因此,可以认为与轻掺直拉硅一样,在HSb- Si中,氮氧复合体同样能够生成,因而促进了氧沉淀的形核.实验结果还表明氮的掺入不影响HSb硅中氧沉淀的延迟行为.     

锗对重掺硼直拉硅中氧沉淀的影响

通过单步长时间退火(650～1150℃/64h)和低高两步退火(650℃/16h+1000℃/16h和800℃/4～128h+1000℃/16h),研究锗对重掺硼硅(HB-Si)中氧沉淀的影响.实验结果表明,经过退火后,掺锗的重掺硼硅中与氧沉淀相关的体微缺陷密度要远远低于一般的重掺硼硅,这表明锗的掺人抑制了重掺硼硅中氧沉淀的生成,并对相关的机制做了初步探讨.     

锗对重掺硼直拉硅中氧沉淀的影响

通过单步长时间退火(650～1150℃/64h)和低高两步退火(650℃/16h 1000℃/16h和800℃/4～128h 1000℃/16h),研究锗对重掺硼硅(HB-Si)中氧沉淀的影响.实验结果表明,经过退火后,掺锗的重掺硼硅中与氧沉淀相关的体微缺陷密度要远远低于一般的重掺硼硅,这表明锗的掺人抑制了重掺硼硅中氧沉淀的生成,并对相关的机制做了初步探讨.     

空位对普通和掺氮直拉硅单晶中氧沉淀形核的作用

研究了普通直拉（CZ）硅单晶和掺氮直拉(NCZ)硅单晶在氩气氛下进行1250℃/50s的快速热处理（RTP）后,再经600~1000℃的不同温区内的缓慢升温处理和1000℃保温处理后的氧沉淀行为. 研究表明,由RTP引入的空位在700~800℃间缓慢升温退火时对CZ硅中氧沉淀形核的促进作用最显著,而在800~900℃间缓慢升温退火时对NCZ硅中氧沉淀形核的促进作用最显著;在800℃以上,氮促进氧沉淀形核的作用比空位更强. 此外,提出了适用于CZ和NCZ硅片的基于高温RTP和低温缓慢升温热处理的内吸杂工艺.     

空位对普通和掺氮直拉硅单晶中氧沉淀形核的作用

研究了普通直拉(CZ)硅单晶和掺氮直拉(NCZ)硅单晶在氩气氛下进行1250℃/50s的快速热处理(RTP)后,再经600～1000℃的不同温区内的缓慢升温处理和1000℃保温处理后的氧沉淀行为.研究表明,由RTP引入的空位在700～800℃间缓慢升温退火时对CZ硅中氧沉淀形核的促进作用最显著,而在800～900℃间缓慢升温退火时对NCZ硅中氧沉淀形核的促进作用最显著;在800以上,氮促进氧沉淀形核的作用比空位更强.此外,提出了适用于CZ和NCZ硅片的基于高温RTP和低温缓慢升温热处理的内吸杂工艺.     

氮对直拉硅片中氧沉淀分布的影响

研究了氮在退火过程中对直拉硅片中的氧沉淀分布的影响.实验结果表明,三步退火后在掺氮硅片截面形成特殊的M形的氧沉淀密度分布,即表面形成没有氧沉淀的洁净区(DZ) ,体内靠近DZ区域形成高密度、小尺寸的氧沉淀,而在硅片的中心处形成低密度、大尺寸的氧沉淀.分析认为,由于在第一步高温退火过程中氮在硅片表面外扩散,同时在硅片体内促进氧沉淀,改变了间隙氧的分布,从而导致在随后的热处理过程中氧沉淀的特殊分布行为     

重掺杂直拉硅单晶氧沉淀及其诱生二次缺陷

研究了重掺杂直拉硅单晶中掺杂元素硼、磷、砷、锑对氧沉淀及其诱生二次缺陷行为的影响 .实验结果表明 :重掺p型 (硼 )硅片氧沉淀被促进 ,氧沉淀密度高但无诱生二次缺陷 ;重掺n型 (磷、砷、锑 )硅片氧沉淀受抑制 ,氧沉淀密度低却诱生出层错 ;不同掺杂元素及浓度对重掺n型硅片氧沉淀抑制程度不同 ,并对氧沉淀诱生层错的形态产生影响 .讨论了重掺硅单晶中掺杂元素影响氧沉淀及其诱生二次缺陷的机理 ,并利用掺杂元素 本征点缺陷作用模型和原子半径效应模型对实验结果进行了解释 .     

高碳CZ硅中氧沉淀的两种成核长大机制

应用红外光谱、高分辨透射电镜研究了高碳CZ硅中的氧沉淀．实验表明：高碳样品中有两种成核长大机制形成的氧沉淀,一是多碳中心的异质成核长大的氧沉淀,碳原子同时参与氧沉淀的成核和长大,红外光谱上1230cm－1处无氧沉淀的特征峰,TEM观察这种氧沉淀是10～30nm高密度的球状小沉淀;另一种氧沉淀类似于低碳样品中均匀成核长大的氧沉淀,它在红外光谱上1230cm－1处有吸收峰,TEM观察这种氧沉淀是100～300nm各种形态的大沉淀．热处理条件不同可以改变两种机制相互竞争的优势,低于900℃的热处理以异质成核为主,而只有经过1200℃高温预处理破坏异质核心后,再在900℃以上热处理时,均匀成核长大的氧沉淀才会占优势．     

热处理气氛对直拉硅单晶中体缺陷的影响

研究了五种不同的热处理气氛对直拉硅中氧沉淀及其诱生缺陷的影响.实验结果表明,经过低-高退火处理的硅片继续在五种不同的气氛中高温退火,氧沉淀会部分溶解,其溶解量与热处理气氛没有明显的关系,但不同气氛中处理的硅片中体缺陷(BMDs)的分布不同.并对此现象的机理进行了讨论,认为热处理气氛影响了硅片中点缺陷的分布从而影响到BMDs的分布.此研究对集成电路生产中内吸杂工艺的保护气氛的选择有指导意义.