高能粒子輻照單晶硅輻照效應(yīng)的研究.pdf

1、超大規(guī)模集成電路的高速發(fā)展對硅單晶材料提出了越來越嚴(yán)格的要求，控制和消除直拉硅中的微缺陷是硅材料發(fā)展面臨的最關(guān)鍵問題。研究單晶硅的高能粒子輻照效應(yīng)、開發(fā)新的輻照吸雜工藝具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值，是目前和今后國際硅材料界重要的研究領(lǐng)域之一。本文主要通過高能粒子（快中子、電子）對單晶硅材料進(jìn)行輻照，人為引入缺陷，實(shí)現(xiàn)控制缺陷、利用缺陷的目的，這也是目前硅材料研究的熱點(diǎn)。通過對硅中的輻照缺陷的形成、存在狀態(tài)、轉(zhuǎn)化規(guī)律和輻照對氧沉淀及本征吸

2、除效應(yīng)所產(chǎn)生的影響的系統(tǒng)研究，得到一系列有價(jià)值的研究結(jié)果： 1）快中子輻照對單晶硅電學(xué)性能產(chǎn)生較大影響。快中子輻照在硅中引入的具有電活性的缺陷使硅的電阻率發(fā)生巨大變化，經(jīng)450 ℃退火后輻照硅會(huì)在禁帶中引入多個(gè)受主能級；650 ℃以上退火后單晶硅中四空位型缺陷很快消失，導(dǎo)電類型開始恢復(fù)；通過預(yù)熱處理，可減緩或抑制輻照單晶硅中熱施主的形成。隨著輻照劑量的增加，對熱施主的抑制作用加強(qiáng)。 2）快中子輻照使硅中氧沉淀的速度明顯加

3、快。經(jīng)快中子輻照后，硅中間隙氧含量顯著下降；主要輻照缺陷VO 經(jīng)200 ℃退火消失，轉(zhuǎn)化為V2O 以及O-V-O等體積較大的復(fù)合體；硅中氧含量較低時(shí)，雙空位型缺陷在低溫退火時(shí)，相互鏈接成鏈狀，當(dāng)氧含量較高時(shí)，雙空位通過捕獲VO，形成V3O等復(fù)合體；經(jīng)高溫（1100 ℃）退火后，氧沉淀迅速形成并長大，大劑量輻照樣品，退火后球狀氧沉淀、八面體氧沉淀以及盤狀氧沉淀開始出現(xiàn)，快速熱處理結(jié)果表明，高速降溫有助于氧沉淀的形成。 3）快中子輻

4、照及快速熱處理加速了摻氮直拉硅清潔區(qū)的形成。摻氮直拉硅在1100 ℃/10 h 退火形成較好的清潔區(qū)，退火后體內(nèi)缺陷密度的變化同間隙氧含量的變化相對應(yīng)；高溫快速熱處理后，快中子輻照摻氮單晶硅中間隙氧含量上升，輻照劑量越大，間隙氧含量上升幅度越大；快速熱處理的降溫速率影響氮氧復(fù)合體的生成，高的降溫速率有助于氮氧復(fù)合體的生成，但同時(shí)會(huì)降低清潔區(qū)的寬度。 4）單晶硅經(jīng)電子輻照后其電學(xué)性能發(fā)生較大變化，也對清潔區(qū)的形成產(chǎn)生影響。研究發(fā)現(xiàn)