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.     

硅单晶片中的氧及对后续缺陷的影响

通过测量硅晶棒不同部位的氧含量,分析了氧在硅晶棒中的分布规律。结合高温氧化后的缺陷观察结果,研究了氧含量及后续高温生产工艺对硅晶体中缺陷数量的影响。对不同氧含量的两种硅单晶片所生产的功率集成电路进行了失效分析。结果表明,硅单晶片中的氧含量对产品成品率具有重要影响。当氧含量在1.77×10¹⁸~1.87×10¹⁸atoms/cm³及以上时,硅单晶片边缘出现明显的位错排,断面存在大量层错和位错缺陷,部分缺陷进入外延层中的晶体管,造成该处晶体管结漏电。相反,当氧含量偏低时,硅单晶片内的缺陷较少且分布不均,使得硅单晶片受到金属污染时不能有效吸杂而产生失效。     

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.     

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     

大直径直拉硅中氮对原生氧沉淀的影响

研究了在大直径直拉硅单晶中掺氮 (N )对原生氧沉淀的影响 .通过高温一步退火 (10 5 0℃ )和低 -高温两步退火 (80 0℃ +10 5 0℃ )发现在掺 N直拉 (NCZ)硅中氧沉淀的行为与一般直拉 (CZ)硅是大不相同的 ,经过高温一步退火后 ,在氧化诱生层错环 (OSF- ring)区氧沉淀的量要小于空洞型缺陷 (voids)区 ,而经过低 -高温两步退火后 ,OSF-ring区的氧沉淀量要远远大于 voids区 .由此可得 ,在晶体生长过程中 ,N通过改变硅晶体中空位的浓度及其分布从而改变原生氧沉淀的尺寸和分布 .并在此基础上讨论了在大直径 NCZ硅中掺 N影响原生氧沉淀的机理 .     

300mm掺氮直拉硅片的原生氧沉淀径向分布

采取从某一温度(600～1000℃)开始缓慢升温至高温(1150℃)并保温若干时间的方法,使得直拉Si片中大于起始温度对应的氧沉淀临界尺寸的那一部分原生氧沉淀得以长大,然后通过傅里叶红外光谱测量氧浓度变化以及利用扫描红外显微术测量氧沉淀密度.通过这样的方法,定性地研究了300mm掺N直拉Si片的原生氧沉淀的径向分布.研究表明:氧沉淀异常区域(称为P区)的原生氧沉淀密度显著高于空位型缺陷区域(称为V区);此外,V区中的原生氧沉淀的尺寸分布是不连续的,表现为高温下形成的大尺寸原生氧沉淀和低温下形成的小尺寸氧沉淀,而P区中的原生氧沉淀的尺寸分布则是连续的.我们从直拉Si晶体生长过程中原生氧沉淀的形成机制出发,对上述结果做了定性的解释.     

300mm掺氮直拉硅片的原生氧沉淀径向分布

采取从某一温度(600～1000℃)开始缓慢升温至高温(1150℃)并保温若干时间的方法,使得直拉Si片中大于起始温度对应的氧沉淀临界尺寸的那一部分原生氧沉淀得以长大,然后通过傅里叶红外光谱测量氧浓度变化以及利用扫描红外显微术测量氧沉淀密度.通过这样的方法,定性地研究了300mm掺N直拉Si片的原生氧沉淀的径向分布.研究表明:氧沉淀异常区域(称为P区)的原生氧沉淀密度显著高于空位型缺陷区域(称为V区);此外,V区中的原生氧沉淀的尺寸分布是不连续的,表现为高温下形成的大尺寸原生氧沉淀和低温下形成的小尺寸氧沉淀,而P区中的原生氧沉淀的尺寸分布则是连续的.我们从直拉Si晶体生长过程中原生氧沉淀的形成机制出发,对上述结果做了定性的解释.     

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 .     

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.     

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.     

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.