高溫快速熱處理對直拉硅單晶中雜質(zhì)行為的影響.pdf

1、快速熱處理(RTP)作為一種敏捷制造手段,近十年來在直拉硅片內(nèi)吸雜工藝中得到很好的應(yīng)用,其根本原因在于高溫RTP引入的空位能增強直拉硅片的氧沉淀且空位濃度的深度分布可以受控。雖然高溫RTP對輕摻直拉硅片氧沉淀的影響規(guī)律已經(jīng)得到很好的闡明,但這些規(guī)律是否適用于重摻直拉硅片還不清楚。此外,實驗發(fā)現(xiàn)氮氣氛下的高溫RTP對直拉硅片氧沉淀的增強作用強于氬氣氛下的高溫RTP,但其機理還沒有徹底清楚。本文研究了高溫RTP對重摻砷直拉硅片氧沉淀的影響;

2、研究了硅片在氮氣氛下高溫RTP過程中氮原子的內(nèi)擴散行為,其目的在于理解氮氣氛下的高溫RTP對直拉硅片氧沉淀增強作用的機制。此外,還研究了氮氣氛下高溫RTP引入的氮雜質(zhì)對硅片機械強度的影響。本文取得了如下主要結(jié)果:
　　 (1)對比研究了未經(jīng)高溫RTP和經(jīng)過1100-1250℃下的RTP預(yù)處理的重摻砷直拉硅片在經(jīng)歷后續(xù)低溫(450,650或800℃)處理4小時和高溫(1000℃)處理16小時的氧沉淀情況。研究發(fā)現(xiàn),RTP預(yù)處理可以

3、明顯促進重摻砷硅片中氧沉淀的形成,并且該促進作用在800℃形核時表現(xiàn)得最為明顯,但650℃仍是氧沉淀的最易形核溫度。根據(jù)這些結(jié)果,闡明了重摻砷直拉硅片在不同低溫下的氧沉淀形核機制及高溫RTP對氧沉淀形核的影響。
　　 (2)對比研究了未經(jīng)過RTP和經(jīng)過1250℃的RTP預(yù)處理的普通和摻氮的重摻砷直拉硅片在經(jīng)歷后續(xù)低溫(450,650或800℃)處理4小時和高溫(1000℃)處理16小時的氧沉淀情況。研究表明,無論是否經(jīng)過RTP預(yù)

4、處理,氮雜質(zhì)都能促進重摻砷直拉硅片的氧沉淀。未經(jīng)過RTP預(yù)處理時,普通和摻氮樣品中氧沉淀的最易形核溫度為650℃,并且氮在650℃對氧沉淀形核的促進作用最為明顯;當經(jīng)過RTP預(yù)處理后,普通重摻砷硅片中氧沉淀的最易形核溫度為650℃,而摻氮的重摻砷硅片中氧沉淀的最易形核溫度為800℃,并且氮在800℃對氧沉淀形核的促進作用最為明顯。
　　 (3)研究了氮氣氛下高溫RTP過程中氮雜質(zhì)在硅片中的內(nèi)擴散過程。研究發(fā)現(xiàn),在1150-125

5、0℃的RTP過程中,氮雜質(zhì)在硅片中發(fā)生了顯著的內(nèi)擴散,氮濃度隨RTP溫度的升高而增加。經(jīng)過1250℃/90s的RTP后,擴散到硅片表面區(qū)域的氨雜質(zhì)的濃度可達1×1016 cm-3,而擴散至深度為100μm處的氮雜質(zhì)的濃度為5×1015cm-3。研究還表明,在1250℃進行30-90s的RTP時,氮雜質(zhì)濃度隨時間增加而升高。X光電子譜研究表明,RTP中的鹵鎢燈光照促進了硅片表面的氮化。與此同時,RTP的高溫過程中硅片表面處的-Si-N-鍵

6、被分解,從而使氮原子向硅片體內(nèi)擴散。計算表明在1250℃時氮在硅中的擴散系數(shù)為10-6 cm2/s數(shù)量級。上述結(jié)果表明,氮氣氛下的高溫RTP不僅在硅片中注入高濃度的空位,同時也注入高濃度的氮雜質(zhì),因而比氬氣氛的高溫RTP有更強的氧沉淀促進作用。
　　 (4)研究了經(jīng)氬氣和氮氣氛下1150-1250℃的RTP預(yù)處理的直拉硅片中受壓痕引入的位錯在后續(xù)熱處理過程中的滑移行為。研究表明,氬氣氛下的RTP預(yù)處理對硅片中位錯的滑移行為幾乎沒