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直拉单晶硅内吸杂研究

汤艳

  在集成电路工艺过程中,金属玷污会对器件的性能有着致命的影响。生产中除了避免金属污染源接触外,还采用吸杂工艺来降低金属杂质。相比于外吸杂,由于内吸杂避免了从背面引入损伤和杂质,内吸杂表现出更好的应用前景。在大直径的硅片中,Void是最重要的缺陷之一,它会严重影响分立器件、集成电路的成品率和性能。已有研究发现在掺氮的硅片中,氮会抑制Void缺陷,因此微氮单晶硅片越来越受到国际上的关注。但是,到目前为止,国际上还没有系统地研究过微氮单晶硅在内吸杂工艺中氮对氧沉淀形核以及洁净区的影响。本文研究了直拉单晶硅的内吸杂工艺和机理,着重研究了微氮直拉单晶硅中氮杂质对内吸杂的影响。首先,本文研究了普通单晶硅片与微氮单晶硅片内吸杂工艺中低温退火对作为吸杂点的氧沉淀形核的影响,发现在微氮单晶硅片和普通单晶硅片内吸杂工艺退火时,都出现了氧沉淀的延迟现象;但由于氮的存在,延迟了微氮硅片中氧沉淀延迟现象出现的初始时间。其次,本文研究了高压(1GP)下不同温度时间预处理对普通直拉单晶硅片和微氮直拉单晶硅片的高-低-高三步热处理的内吸杂的影响。研究发现高压预处理的硅片经内吸杂工艺后均没有得到洁净区,而常压下经过同样温度时间预处理后的硅片在内吸杂工艺后则有洁净区。文中探讨了高压对氧沉淀形核的影响,高压预处理可以降低自间隙硅原子的平衡浓度,有助于小尺寸氧沉淀的稳定存在,促进了氧沉淀的生成,导致在随后的热处理过程中没有形成洁净区。文中还讨论了氮在高压热处理中的作用。本文还通过改变第一步外扩散退火时间和温度,研究了氮对内吸杂洁净区的影响,得到以下结论:发现在普通单晶硅片和微氮单晶硅片中,洁净区的宽度随着高温外扩散温度增加而增加,随着高温外扩散时间增加而增加。通过对比,发现微氮单晶硅和普通单晶硅片的洁净区没有区别,氮对洁净区没有影响。本文也对8英寸的直拉单晶硅片进行1100℃湿氧氧化,在硅片的表面发现了分布不均匀的雾缺陷,在OSF-ring区雾缺陷的密度明显要低于硅片的其他区域(voids区和A-缺陷区)。经过常规的高低高三步退火,相对于硅片的voids浙江大学硅材料国家重点实验室d顾士学位论文区和个缺陷区,OSF-ring区很难得到较好的洁净区,而且氧沉淀的量较小。这是因为在OSF1hn区的这些大尺寸原生氧沉淀无法在第一步高温退火过程中被溶解,导致了洁净区难以生成;在V。ids区和A-缺陷区的原生氧沉淀尽管尺寸较小,但密度要远远高于OSF*lug区,所以在低温长时间的退火过程中能充分长大,从而导致了在随后的第三步高温退火过程中氧沉淀量要高于OSF*ing区。此外,本文对重掺的硅片用Ra。p i ng工艺进行内吸杂处理,研究不同的升温速率下重掺硅片的内吸杂效果。重掺硼样品在 ZaC加in升温速率的 Ra。ping处理中得到了洁净区,而在laC/。in和0.SC/min的升温速率Ramping处理中没有发现洁净区。说明较快的升温速率使得氧沉淀的长大速率小于氧沉淀核心临界形核半径长大的速度,升温过程中表面的氧沉淀核心融解,表面得到洁净区。而慢速升温时氧沉淀有足够的时间长大,表面没有洁净区生成。最后,文中还研究了升温过程和降温过程中氮对氧沉淀的影响。发现:升温和降温过程中氮促进了氧沉淀的形核,这与氮能够提供氧沉淀形核的异质形核中心有关。升温实验中,升温结束后,氧沉淀的量随着高温时的保温时间的延长而增加。降温过程中,在以IOC/min速率降温过程中,氧沉淀的量低于以3OC/Inin速率降温的样品中氧沉淀的量。……   
[关键词]:直拉单晶硅;吸杂;单晶硅片;洁净区;雾缺陷;硅单晶;湿氧氧化;高温退火;沉淀量;低温退火
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:浙江大学2002年
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