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《浙江大学》 2004年
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重掺杂直拉硅单晶氧沉淀及其诱生缺陷研究

黄笑容  
【摘要】:氧是直拉硅单晶中最重要的杂质之一,利用氧沉淀及其诱生缺陷作为器件制造过程中有害金属杂质沾污吸除的氧内吸杂工艺在轻掺硅单晶中得以广泛而深入地研究。近年来,不断发展的CMOS工艺普遍采用重掺硅片衬底/外延层结构并与氧内吸杂工艺结合以制备无闩锁的超大规模集成电路,因而,重掺硅片中氧内吸杂行为备受研究者关注。已有研究表明:重掺锑硅单晶氧沉淀受抑制而重掺硼硅单晶氧沉淀被促进,即重掺硅单晶表现出与轻掺硅单晶不同的氧沉淀行为。但由于重掺硅中氧浓度定量测试受到方法限制,重掺硅单晶氧沉淀及其诱生缺陷至今未得到全面而深入地研究。 本文利用工业界普遍用于测量钢样氧浓度的RO-416测氧仪对重掺硅单晶氧浓度进行了GFA方法测量,应用GFA方法并结合FTIR方法测量轻掺硅单晶氧浓度以作为标定曲线,保证了GFA测量重掺硅单晶氧浓度的可靠性和测量结果的可换算,使GFA方法在重掺硅单晶氧浓度的定量测试上得到了很好的应用,而且测量方法不受重掺杂浓度限制。在此基础上,通过化学择优腐蚀显微观察对重掺硅片热处理过程中氧沉淀及其诱生缺陷进行研究,并首次对RTP方法在N型重掺(P、As、Sb)硅片内吸杂工艺中的应用进行了系统研究,取得创新性结果,得出如下主要结论: 1.应用GFA方法测量并选取了一组具有氧浓度分布的各类重掺硅片,全面研究了重掺元素硼(B)、磷(P)、砷(As)、锑(Sb)对重掺硅片低高温两步退火氧沉淀及其诱生缺陷影响,实验结果表明:(1)不同类型重掺元素对氧沉淀有完全不同的影响:P型重掺B促进氧沉淀,氧沉淀及其诱生缺陷密度高;N型重掺P、AS、Sb抑制氧沉淀,氧沉淀及其诱生缺陷密度低;(2)N型重掺不同元素对氧沉淀抑制程度不同,在掺杂浓度及初始氧浓度相近条件下,重掺As较重掺P表现出更强的抑制作用;(3)N型重掺元素影响氧沉淀诱生缺陷形态,重掺P、Sb表现为层错,重掺AS表现为位错环。由于重掺杂影响硅中氧沉淀临界形核半径,以及存在于重掺硅单晶的自由电子效应和掺杂元素—本征点缺陷作用,使P型重掺和N型重掺对氧沉淀有着不同的影响;同时由于重掺杂原子 浙江大学硕士学位论文 半径效应,使N型不同重掺元素对氧沉淀抑制程度不同,并影响氧沉淀诱生缺 陷形态。 2.采用不同低温形核条件,对低高温两步退火重掺As、Sb硅片氧沉淀及其诱 生缺陷行为深入研究,指出:(l)重掺sb原子对氧沉淀的低温形核有抑制作用, 而对氧沉淀的高温长大不产生影响,氧沉淀诱生缺陷形态与轻掺P硅片表现相 同,均为层错;重掺As原子不仅对氧沉淀的低温形核有抑制作用,同时还影响 氧沉淀的高温长大,使氧沉淀诱生缺陷形态不同于轻掺硅片,氧沉淀诱生缺陷 为位错环;(2)低温形核条件对重掺硅片氧沉淀及其诱生缺陷行为有很大影响, 慢速线性升温退火由于能使低温氧沉淀核心的形成与长大同时进行,相对于等 温退火而言,显著地促进了后续高温氧沉淀形成,氧沉淀诱生缺陷密度增高。 3,本文对RTP方法应用于重掺N型(P、As、Sb)硅片氧的内吸杂作了研究, 指出:(1) RTP方法可以成功地应用于重掺N型硅片氧的内吸杂:经高温RTP 预处理并结合后续退火处理,重掺N型硅片表面形成有效的洁净区,体内形成 氧沉淀及其诱生缺陷;(2)为了使重掺N型硅片体内形成合理密度的体缺陷富 集区,硅片在RTP方法预处理后仍需结合低高温两步退火,低温氧沉淀形核预 处理是必不可少的步骤。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TB39

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