氫氣氛下高溫退火對直拉硅中氧的行為的影響.pdf

1、硅材料是微電子產業(yè)的基礎材料.隨著超大規(guī)模集成電路(ULSI)特征線寬的不斷減小,對直拉硅中雜質和缺陷控制的要求越來越嚴格.氧是直拉硅單晶中最重要的非故意摻入雜質,與氧相關的氧沉淀及內吸雜技術的研究一直是硅材料研究的重要課題.本論文研究了高溫氫氣退火對直拉硅中氧沉淀、潔凈區(qū)形成、熱施主等氧的行為的影響,得到了以下結果: 研究了直拉(CZ)硅片、摻鍺直拉(GCZ)硅片、摻氮直拉(NCZ)硅片經氫氣和氬氣氛下低-高緩慢升溫(L-H

2、Ramping)處理即:從800℃以1℃/min的升溫速率升溫到1050℃或1150℃并保溫4小時后氧沉淀和潔凈區(qū)形成的情況. 結果表明:經過氫氣氛下L-H Ramping處理,在上述硅片體內生成了更高密度的體微缺陷(BMD),這是由于氫的引入導致了更高密度的氧沉淀核心.當高溫溫度為1050℃時,硅片沒有形成潔凈區(qū)(DZ),而高溫溫度為1150℃時,則形成了DZ.這表明只有在1150℃及以上溫度時,硅片近表面區(qū)域的氧沉淀才能被消

3、融.當高溫溫度為1150℃時,硅片經氫氣氛下L-H Ramping處理形成的DZ更寬,這是由于高溫下氫促進了氧的外擴散,從而促進了氧沉淀的消融. 研究了CZ、GCZ和NCZ硅片經氫氣或氬氣氛下1200℃/2h高溫預處理,再進行800℃/4h+1050℃/16h熱處理后氧沉淀和潔凈區(qū)形成的情況.結果表明:上述硅片經氫氣氛下1200℃/2h高溫預處理,體內產生了更高密度的BMD,這是由于高溫預處理引入的氫促進了低溫熱處理時氧沉淀的形

4、核.CZ硅片經氫氣氛下高溫預處理形成的DZ更窄,而GCZ和NCZ硅片經氫氣氛下高溫預處理形成的DZ更寬,對這一現象做了定性的解釋. 研究了氫氣和氬氣氛下1200℃/1h退火對CZ和GCZ硅片經過低溫(300～750℃)Ramping處理形成的氧沉淀的消融的影響.CZ和GCZ硅片經過低溫(300～750℃)Ramping處理,體內形成了高密度的氧沉淀,經氫氣或氬氣氛下1200℃/1h退火,體內氧沉淀的消融沒有顯著區(qū)別,但經氫氣氛下

5、1200℃/1h退火在硅片近表面形成了更寬的潔凈區(qū),這是由于高溫下氫促進了氧的外擴散.上述結果表明:低溫(300～750℃)Ramping處理結合隨后的高溫處理可以作為直拉硅片的一種新型的內吸雜工藝.顯然,該工藝與傳統(tǒng)高一低一高三步退火工藝相比具有低熱預算的優(yōu)點. 研究了經氫氣和氬氣氛1150℃/2h預處理的CZ和GCZ硅片在450℃時氧熱施主的生成情況.結果表明,經氫氣氛下預處理的CZ硅片生成了更多的熱施主,而GCZ硅片在兩種