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(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)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(zhì)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(zhì),與氧相關(guān)的氧沉淀及內(nèi)吸雜技術(shù)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(jié)果: 研究了直拉(CZ)硅片、摻鍺直拉(GCZ)硅片、摻氮直拉(NCZ)硅片經(jīng)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(jié)果表明:經(jīng)過氫氣氛下L-H Ramping處理,在上述硅片體內(nèi)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(jīng)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(jīng)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(jié)果表明:上述硅片經(jīng)氫氣氛下1200℃/2h高溫預處理,體內(nèi)產(chǎn)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(jīng)氫氣氛下高溫預處理形成的DZ更窄,而GCZ和NCZ硅片經(jīng)氫氣氛下高溫預處理形成的DZ更寬,對這一現(xiàn)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(jīng)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(jīng)過低溫(300～750℃)Ramping處理,體內(nèi)形成了高密度的氧沉淀,經(jīng)氫氣或氬氣氛下1200℃/1h退火,體內(nèi)氧沉淀的消融沒有顯著區(qū)別,但經(jīng)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(jié)果表明:低溫(300～750℃)Ramping處理結(jié)合隨后的高溫處理可以作為直拉硅片的一種新型的內(nèi)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(jīng)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(jié)果表明,經(jīng)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