直拉硅中氧相關(guān)缺陷的研究.pdf

1、在直拉硅單晶生長過程中，氧不可避免地被引入至硅單晶中，其濃度一般在(5-10)×1017cm-3。位于硅晶格間隙位的氧原子可以與空位或其它雜質(zhì)原子結(jié)合，形成空位-氧復(fù)合體，或者形成具有電活性的雜質(zhì)-氧復(fù)合體，如:氮-氧復(fù)合體，對硅單晶的電學(xué)性能產(chǎn)生不利的影響。在器件制造過程中，間隙氧原子會(huì)聚集形成氧沉淀。硅片體內(nèi)的氧沉淀可以作為集成電路制造過程中不可避免的金屬沾污的吸除中心，從而提高集成電路的成品率。然而，位于硅片近表面的氧沉淀則會(huì)導(dǎo)致

2、器件漏電流的增加。因此，深入研究直拉硅中氧相關(guān)缺陷的性質(zhì)，對于提高硅片和器件的性能具有重要的意義。本論文主要研究了直拉硅片中的原生氧沉淀、高濃度的鍺摻雜或氮摻雜對直拉硅中氧相關(guān)復(fù)合體、氧沉淀及其內(nèi)吸雜能力的影響以及氧沉淀對載流子輸運(yùn)的影響及機(jī)制。通過上述研究，加深了對直拉硅中氧、空位、氮或鍺原子之間的相互作用以及氧沉淀的認(rèn)識。本文取得如下創(chuàng)新結(jié)果:
　　(1)研究了300mm直拉硅片徑向上原生氧沉淀的分布及其與銅沉淀之間的關(guān)系。結(jié)

3、果表明:原生氧沉淀的密度沿硅片徑向從中心到邊緣逐漸降低;而棒狀銅沉淀密度的分布情況與原生氧沉淀的相似，即:棒狀銅沉淀與原生氧沉淀兩者的密度呈正相關(guān)。這是由于原生氧沉淀作為銅沉淀的異質(zhì)形核中心所致。因此，通過銅綴飾的方法可以間接地顯示直拉硅片中原生氧沉淀的分布情況。
　　(2)研究了1020cm-3量級的鍺摻雜對直拉硅中空位-氧復(fù)合體的形成及氧沉淀的影響。研究發(fā)現(xiàn):當(dāng)沒有經(jīng)過預(yù)先的高溫快速熱處理(RTP)時(shí)，鍺摻雜抑制了直拉硅在低-

4、高兩步熱處理中的氧沉淀，這可歸因于1020cm-3量級的鍺摻雜在硅晶格中引入了較顯著的壓應(yīng)力，導(dǎo)致了氧沉淀臨界形核半徑的增大;但是，當(dāng)經(jīng)過1250℃的RTP預(yù)處理后，鍺摻雜則促進(jìn)了直拉硅在隨后的低-高兩步熱處理中的氧沉淀。進(jìn)一步的研究表明:1020cm-3量級的鍺摻雜促進(jìn)了RTP過程中空位-氧復(fù)合體(VOm)的形成。VOm復(fù)合體濃度的升高，不僅降低了氧沉淀的臨界形核半徑，而且提供了更多的氧沉淀異質(zhì)形核中心，由此促進(jìn)了直拉硅中的氧沉淀。<

5、br>　　(3)對比研究了直拉Si1-xGex和直拉硅晶體在高溫RTP過程中空位-氧復(fù)合體的形成。結(jié)果表明:高溫RTP預(yù)處理對直拉Si1-xGex在隨后的低-高兩步熱處理中氧沉淀的促進(jìn)作用明顯弱于直拉硅的情形，這表明直拉Si1-xGex中空位-氧(VOm)復(fù)合體的形成受到了抑制。通過金擴(kuò)散與深能級瞬態(tài)譜測試相結(jié)合的方法，進(jìn)一步證實(shí)了這一結(jié)論。另外，實(shí)驗(yàn)還證實(shí)直拉Si1-xGex在650-1000℃溫度范圍內(nèi)的氧擴(kuò)散系數(shù)比直拉硅的小一些;

6、而基于密度泛函理論的計(jì)算結(jié)果表明:在直拉Si1-xGex中空位傾向于在鍺的第一近鄰位產(chǎn)生，而氧向空位的擴(kuò)散不利于系統(tǒng)能量的降低。由于以上所述的兩個(gè)不利因素，直拉Si1-xGex中VOm復(fù)合體的形成受到了抑制。
　　(4)利用深能級瞬態(tài)譜研究了摻氮直拉硅中的氮-氧復(fù)合體。發(fā)現(xiàn)了氮-氧復(fù)合體的一個(gè)新能級，它位于EC-84meV，深于以前報(bào)道的氮-氧復(fù)合體淺施主能級(EC-(34～37)meV)。該氮-氧復(fù)合體在熱穩(wěn)定性上與淺施主氮-氧

7、復(fù)合體相似，即在800℃及以上溫度退火就可以被消除。目前認(rèn)為上述能級位于EC-84meV的氮-氧復(fù)合體可能是由“氮對”與氧原子的相互作用而形成。
　　(5)研究了氮摻雜對n/n+硅外延片中的重?fù)缴橹崩枰r底的氧沉淀及其內(nèi)吸雜的影響。通過在氮?dú)庀碌母邷豏TP預(yù)處理，在n/n+硅外延片的重?fù)缴橹崩枰r底中實(shí)現(xiàn)了氮摻雜。在650℃/16h+1000℃/16 h的兩步熱處理過程中，由于氮原子與空位的共同作用，在重?fù)缴橹崩枰r底中形成了高密