直拉單晶硅的內吸雜效應及銅沉淀行為.pdf

1、超大規(guī)模集成電路(Integrated Circuit,IC)的發(fā)展對硅單晶材料提出了越來越嚴格的要求,隨著集成電路特征線寬的減小,利用硅片的內吸雜來減少乃至消除集成電路制造過程中不可避免的金屬沾污帶來的危害成為一個重要的問題。改善硅片的內吸雜能力,除了快速熱處理技術外,還可應用雜質工程技術。研究表明,在直拉硅中摻入適量的鍺雜質,不僅可以調控硅中的微缺陷,還可增強硅片的內吸雜能力。到目前為止,關于摻鍺直拉硅的研究仍集中在輕摻直拉單品硅。

2、本文研究了摻鍺的重摻和輕摻磷直拉單晶硅的內吸雜效應以及摻鍺的重摻磷直拉單晶硅中的銅沉淀行為,得到以下主要結果:
　　 (1)研究了共摻鍺的重摻磷直拉單晶硅的內吸雜效應。發(fā)現(xiàn)共摻鍺的重摻磷直拉單晶硅可以在基于普通爐退火和快速熱處理的內吸雜工藝中形成良好的內吸雜結構,并且摻鍺可以改善重摻磷直拉單晶硅的內吸雜能力。同時發(fā)現(xiàn),對于高.低.高普通爐退火內吸雜工藝,改變氧沉淀形核溫度對共摻鍺的重摻磷直拉硅片的體微缺陷(Bulk MicroD

3、efect,BMD)密度及潔凈區(qū)(Denuded Zone,DZ)影響不顯著。此外,發(fā)現(xiàn)摻鍺并沒有改善重摻磷直拉單晶硅銅吸雜的熱穩(wěn)定性。
　　 (2)研究了共摻鍺的輕摻磷直拉單晶硅的內吸雜效應。發(fā)現(xiàn)經傳統(tǒng)的高-低-高三步退火內吸雜工藝和基于快速熱處理的內吸雜工藝(以下稱MDZ工藝)形成的潔凈區(qū)在受銅沾污后的表現(xiàn)不相同,即:由傳統(tǒng)內吸雜工藝形成的潔凈區(qū)完全消失,而由MDZ工藝形成的潔凈區(qū)仍然存在,這表明MDZ工藝的吸雜效果要優(yōu)于傳

4、統(tǒng)的內吸雜工藝。同時,也表明傳統(tǒng)內吸雜工藝形成的潔凈區(qū)是表觀上的潔凈區(qū),實際上還可能存在小尺寸的氧沉淀及相關微缺陷;而經MDZ工藝形成的潔凈區(qū)則是真正意義上的無缺陷區(qū)。通過對比摻鍺濃度為1019和1020cm-3的直拉單晶硅的內吸雜行為,發(fā)現(xiàn)當鍺摻雜濃度達到一定程度后,再提高鍺的摻入量對直拉單晶硅中內吸雜的作用有限。
　　 (3)研究了共摻鍺的重摻磷直拉單晶硅中的銅沉淀行為。發(fā)現(xiàn)共摻鍺的重摻磷直拉單晶硅經1000℃/3min退火

5、并以30℃/s冷卻時形成的銅沉淀的腐蝕形貌表現(xiàn)為低密度大尺寸的棒狀聚集體,與未摻鍺樣品的腐蝕形貌不相同,這表明摻鍺對重摻磷直拉單晶硅的銅沉淀行為產生了顯著的影響。同時發(fā)現(xiàn),熱處理溫度和冷卻速度也會影響共摻鍺的重摻磷直拉單晶硅中的銅沉淀行為,這與形成銅沉淀的驅動力有關。通過高溫快速熱處理注入空位后,共摻鍺的重摻磷直拉單晶硅中銅沉淀的腐蝕坑尺寸減小,密度增加。這是由于空位和銅沉淀釋放的自間隙硅原子復合,從而促進了銅沉淀的形成。此外,發(fā)現(xiàn)經1