大直径直拉硅片的快速热处理

主要研究了快速热处理(RTP)对大直径直拉(CZ)硅片的清洁区(DZ)和氧沉淀的影响.通过在Ar、N2、O2三种不同气氛中,在不同温度下RTP发现在大直径CZ硅片中氧沉淀的行为及DZ的宽度与RTP的温度、气氛有很大关系.在实验的基础上,讨论了在大直径CZ硅中RTP对氧沉淀和DZ的影响机理.     

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.     

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.     

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.     

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.     

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     

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.     

高温快速热处理对硅中热施主的影响

研究了不同气氛(N2、O2、Ar)下高温快速热处理(RTP)对热施主形成和消除特性的影响.研究发现无论在何种气氛下进行高温RTP,对热施主的形成均无影响.扩展电阻的分析结果表明,热施主在硅片纵向的分布是均匀的.根据高温RTP后硅片的空位特征,认为点缺陷对热施主的形成特性无影响.同时研究了高温RTP预处理对热施主消除特性的影响,发现氧气和氩气高温RTP的样品其生成的热施主经过650℃退火即可消除,和普通的热施主消除特性相同.而N2气氛下高温RTP的样品,650℃退火后仍有部分施主存在,经950℃退火才能彻底消除,这可能是由于RTP处理中发生氮的内扩散,在后续热处理中形成氮氧复合体浅施主中心所致.     

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.     

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.     

单晶硅中过渡族金属镍对洁净区形成的影响

研究了过渡族金属镍在快速热处理作用下对直拉单晶硅中洁净区形成的影响.实验结果发现:硅中魔幻洁净区(MDZ)形成后,氧沉淀及其诱生缺陷能有效地吸杂金属镍;而沾污金属镍的硅中,随后的快速热处理工艺不能形成MDZ,硅片近表面出现大量沉淀.采用传统的内吸杂工艺,镍沾污的次序对洁净区的形成没有影响.实验表明由于硅片表面形成的镍硅化合物的晶格常数比硅小,所以在硅片近表面产生高浓度的空位,导致近表面的氧依然能够在MDZ工艺中形成沉淀.     

Effect of Nickel Contamination on Formation of Denuded Zone in Czochralski Silicon

研究了过渡族金属镍在快速热处理作用下对直拉单晶硅中洁净区形成的影响.实验结果发现:硅中魔幻洁净区(MDZ)形成后,氧沉淀及其诱生缺陷能有效地吸杂金属镍;而沾污金属镍的硅中,随后的快速热处理工艺不能形成MDZ,硅片近表面出现大量沉淀.采用传统的内吸杂工艺,镍沾污的次序对洁净区的形成没有影响.实验表明由于硅片表面形成的镍硅化合物的晶格常数比硅小,所以在硅片近表面产生高浓度的空位,导致近表面的氧依然能够在MDZ工艺中形成沉淀.     

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.     

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 .     

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.     

快速热处理对PECVD氮化硅薄膜性能的影响

利用PECVD在硅片上沉积了氮化硅(SiNx)薄膜,将沉积膜后的样品放在N2气氛中进行快速热处理(RTP),研究了不同快速热处理对PECVD氮化硅薄膜件能的影响.采用原子力显微镜(AFM)检测薄膜的表面形貌,利用椭圆偏振仪测量样品膜厚和折射率,利用准稳态光电导衰减法(QSSPCD)测鼋样品的少子寿命.实验结果表明随着RTP温度的升高,薄膜厚度迅速减小,折射率迅速增大;低于500℃热处理时,少子寿命基本不变;高于500℃热处理时,随着温度的升高,少子寿命急剧下降.氮化硅薄膜经热处理后反射率基本不变.     

Characterization of oxide etching and wafer cleaning using vapor phase anhydrous hydrofluoric acid and ozone

A cleaning process using anhydrous hydrofluoric acid/methanol (AHF) and ozone was carried out in a vapor phase cleaning module (VPC). The dependence of the AHF vapor phase etch rate of thermally grown silicon dioxide on different process parameters, such as etch time, AHF-flow and temperature was studied. The optimized etch process is attained at a temperature of 40°C and a pressure of 50 mbar. To demonstrate the feasibility of this cluster tool for advanced gate dielectric formation, investigations on surface properties after AHF vapor cleaning, such as contact angle measurement and atomic force microscopy (AFM) were carried out. Using XPS, the surface binding states of HF-vapor treated silicon surfaces were studied. Traces of fluorine and low oxygen coverage were monitored. An ozone treatment immediately after AHF cleaning increases significantly the fluorine concentration on the silicon surface. A beneficial impact of AHF and ozone on the electrical characteristics of 4 nm oxide films grown in oxygen by RTP in a cluster tool immediately after cleaning without breaking the vacuum was found.     

Manufacturability issues related to transient thermal annealing oftitanium silicide films in a rapid thermal processor

Transient thermal annealing of sputtered titanium films in a rapid thermal processor (RTP) is critically evaluated from the viewpoint of manufacturability-related considerations. In particular, the thin-film properties of the resulting titanium silicide on polysilicon and silicon, process uniformity, and unit step wafer yield of high-density scaled device structures are investigated. The experimental results suggest that RTP silicides show good thin-film properties for manufacturability on planar wafer surfaces. Transient thermal gradients in an RTP system are shown to cause substantial variations in the electrical and structural properties of TiSi_x films formed on silicon substrates with varying substrate thicknesses. Closed-loop temperature control in an RTP reactor provided stoichiometrically identical TiSi_x films with negligible substrate thickness dependence. The experimental results also suggest that careful wafer surface temperature control is needed when forming titanium silicide films on nonplanar silicon surfaces, silicon trenches, and process monitor wafers without predetermined wafer thicknesses     

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.