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 .     

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.     

微氮硅单晶中氧沉淀

实验研究了微氮硅单晶在７００℃，１０５０℃单步退火及二步退火的氧沉淀，指出碳、氮杂质对低温退火生成的氧沉淀有明显促进作用，而对中温退火的氧沉淀基本没有影响，主要取决于原始氧浓度，实验还研究了低温预退火促进氧沉淀及氧沉淀延迟现象，探讨了碳氮杂质在氧沉淀中的作用。     

热处理硅中的氧、碳沉淀

利用红外吸收、x射线形貌照相、x射线反常透射、俄歇电子能谱和高压透射电子显微镜研究了在450℃、700℃和1050℃热处理后无位错CZ-Si单晶中的氧、碳沉淀.从X射线反常透射强度的结果,证明甚至在较低温度 450℃热处理,沉淀即已产生.由红外吸收可以证明,在700℃热处理已有大量沉淀产生.但是由于沉淀颗粒太小,无法用X射线形貌相观察这种沉淀.沉淀物的大小估计为数埃至500埃.氧沉淀决定于氧含量和单晶的热历史.但是,碳和低高温两步热处理都可以促进氧沉淀.测定了700℃和1050℃经不同时间热处理所产生的氧、碳沉淀率.对于碳对氧沉淀的作用,沉淀图样和机理进行了讨论.     

硅单晶中的氧和碳在超大规模集成电路技术中的作用

氧在大规模集成技术中既有优点,也有缺点;对切克劳斯基法生长的硅片来说,因为碳起着对器件性能有不利影响的热感生微缺陷核的作用,所以它是有害的;这种微缺陷受晶体生长期间所经受的热过程和硅片中碳浓度控制。因此,可以在不降低硅片中氧浓度的情况下,通过控制晶体生长技术来抑制微缺陷的形成。     

锗离子注入硅单晶的非晶化及二次缺陷的研究

本文用卢瑟福背散射(RBS),横断面透射电子显微镜(XTEM)及微区电子衍射技术研究了锗离子注入硅单晶中的非晶化及二次缺陷的特性。离子注入能量为400keV,剂量范围为1×100~(13)至1×10~(15)/cm~2,离子束流强度为0.046μA/cm~2,注入温度为室温。实验发现,在本工作的离子注入条件下,入射锗离子使硅单晶表面注入层开始非晶化的起始剂量大于0.6×10~(14)/cm~2。形成一个完整匀质表面非晶层所需的临界剂量为1×10~(15)/cm~2。热退火后产生的二次缺陷特性极大地受到退火前样品注入层非晶化程度的影响。     

碳和氮原子在氧沉淀中的作用

本文研究硅中碳、氮原子对氧沉淀的作用机制,指出硅中碳、氮对间隙氧相互作用构成碳－硅－氧、氮对－硅－氧复合体,它们脱溶成核、构成氧沉淀的异质形核中心,促进氧沉淀的生成．文章指出硅中的氮仅参与氧沉淀的成核,而碳原子因条件而异,既可参与氧沉淀的成核,也可参与氧沉淀的长大．研究表明,高碳样品,在低于９００℃的热处理时,碳原子参与氧沉淀的长大,可显著降低氧沉淀引起的体积应变能,促进氧沉淀的长大;高于９００℃的热处理,碳原子可不参与氧沉淀的长大．但如果不经过高温预处理,由于在低温热历史中,碳原子已参与氧沉淀胚核的形成     

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.     

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.     

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     

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.     

硅中铁对氧碳沉淀的影响

本文研究了铁对氧碳沉淀的影响.对于高碳单晶,碳沉淀减少,氧沉淀减慢;对于低碳单晶、氧沉淀增加.     

硅单晶生长中氩气流动对氧碳含量的影响

通过对406mm热场中氩气的流动方式及流速进行调整,得到了氧碳含量不同的硅单晶,并通过数值模拟计算将氩气流线图描绘出来,对实验结果进行了分析,得到了降低氧碳含量的最佳氩气流场分布.     

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．     

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.     

硅单晶生长中氩气流动对氧碳含量的影响

通过对 40 6 m m热场中氩气的流动方式及流速进行调整 ,得到了氧碳含量不同的硅单晶 ,并通过数值模拟计算将氩气流线图描绘出来 ,对实验结果进行了分析 ,得到了降低氧碳含量的最佳氩气流场分布     

ULSI用CZ硅单晶中的空洞型原生缺陷及其控制

详细阐述了COP、LSTD和FPD等空洞型原生缺陷的基本性质、形成机理和它们与晶体生长参数的关系,以及目前主要采用的几种消除空洞型缺陷的方法.研究表明,利用快速退火消除空洞型原生缺陷,是一种简单而有效的方法.     

微氮硅单晶中的空洞型原生缺陷

研究了掺氮和不掺氮直拉硅单晶中,空洞型原生缺陷(voids)的分布行为和其退火性质.从两种晶体不同位置取样,观察与大尺寸voids相关的流水花样缺陷(FPD)沿晶体轴向的分布,然后在1050～1250℃下Ar气中退火不同时间.实验结果表明在掺氮直拉硅中与较大尺寸voids相关的FPD缺陷的密度大量减少,其体内这种FPD缺陷的退火行为与不掺氮直拉硅一样,在高温下才能被有效的消除.这表明在直拉硅中掺氮可以抑制大尺寸的voids的产生,而且掺氮硅中voids的内壁也有氧化膜存在.