快速熱處理下單晶硅中過渡族金屬行為的研究.pdf

1、過渡族金屬是硅中非常重要的雜質(zhì)元素。研究快速熱處理(RTP)作用下單晶硅中過渡族金屬的性質(zhì)不僅可以加深理解缺陷和過渡族金屬之間的相互作用規(guī)律，在理論上豐富“缺陷工程”；而且對實(shí)際的內(nèi)吸雜工藝也有著借鑒意義。本文通過多種手段對硅中最常見的過渡族金屬銅和鎳進(jìn)行了一系列研究，得到了如下主要的結(jié)論： 1.在內(nèi)吸雜中，無論是快速熱處理內(nèi)吸雜(MDZ)工藝還是常規(guī)高-低-高工藝先在硅片中形成潔凈區(qū)后，引入的銅、鎳雜質(zhì)對潔凈區(qū)都沒有影響，均被

2、氧沉淀或其誘生缺陷有效的吸雜；而先被銅、鎳沾污的硅片，在隨后的MDZ工藝中均形成不了潔凈區(qū)，但在傳統(tǒng)三步退火工藝中仍能形成潔凈區(qū)。因此在采用快速熱處理制備微電子器件的集成電路工藝中，避免過渡族金屬銅、鎳的沾污對隨后MDZ工藝中潔凈區(qū)的形成顯得非常之重要。 2.在直拉單晶硅中，間隙銅對氧沉淀幾乎沒有影響，銅沉淀卻能顯著的促進(jìn)氧沉淀的形成；而間隙鎳或鎳沉淀對氧沉淀的形成都沒有影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果揭示了銅沉淀及其誘生位錯(cuò)作為氧沉淀異質(zhì)形核的

3、中心促進(jìn)了氧沉淀的形核從而促進(jìn)了隨后的氧沉淀形成；而鎳沉淀與硅基體之間的晶格失配度很小，不能形成高密度的位錯(cuò)，所以不能影響氧沉淀的異質(zhì)形核和隨后的氧沉淀形成。 3.對RTP作用下Ni在區(qū)熔(Fz)硅中電學(xué)性質(zhì)的研究發(fā)現(xiàn)：Ni在硅中有小部分以替位(Nis)方式存在，具有電學(xué)活性，能在n型Fz硅中引入受主能級，改變其導(dǎo)電型號和電阻率；并在硅片近表面形成明顯的pn結(jié)。RTP不同氣氛引入的不同點(diǎn)缺陷能顯著的影響Nis的分布，進(jìn)而造成不同

4、氣氛下所形成pn結(jié)的差異。此外，Nis具有較好的穩(wěn)定性。 4.對不同氣氛RTP作用下過渡族金屬Cu在n型和p型直拉單晶硅中的復(fù)合行為的研究，進(jìn)一步驗(yàn)證了Cu在p、n型硅中的沉淀模型。Cu易于在n型硅中沉淀；而在p型硅中800℃以前Cu以外擴(kuò)散為主，800℃以后Cu以沉淀為主。 另外，RTPN2氣氛下Cu的復(fù)合性質(zhì)大于Ar氣氛和O2氣氛。說明RTP氮化時(shí)引入的大量空位對Cu的沉淀起促進(jìn)作用，這也揭示了點(diǎn)缺陷對過渡族金屬的行