模拟CMOS集成电路热处理过程中基于快速热处理内吸杂工艺的研究

作     者：马强 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨德仁

授予年度：2006年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：直拉硅 原生氧沉淀 洁净区 快速热处理 

摘      要：直拉硅片的内吸杂对于提高集成电路的成品率具有重要意义。传统的高-低-高退火工艺,虽然能形成良好的内吸杂结构,但是不符合集成电路热处理工艺“低热预算的发展趋势。近年来提出的基于快速热处理(RTP)的“内吸杂工艺,在一定程度上缩短了热处理的时间,但是整个工艺过程的热预算依然较高。本文的研究目的是将基于快速热处理的内吸杂工艺溶入到CMOS集成电路工艺中,目的是在硅片中形成内吸杂结构,而不显著增加热预算。在实验中,本文选取了有代表性的长热预算和短热预算的CMOS工艺,模拟工艺中的热氧化步骤、阱推进步骤和消除离子注入损伤的热处理步骤等主要热过程,通过对这些步骤进行适当的调整,使得硅片在集成电路工艺过程中形成了内吸杂结构。本论文重点研究了普通(CZ)、掺氮(NCZ)和N/N+直拉硅外延片在上述热过程中形成的内吸杂结构,获得了如下主要结果: 一、模拟的短热预算CMOS工艺(≈12小时)的研究结果: 如果短热预算CMOS工艺不经过任何改动,那么经过该工艺处理的普通(CZ)和掺氮(NCZ)硅片体内均未出体缺陷(BMD)。这主要是因为热处理时间太短(≈12小时),硅片内原生氧沉淀来未能充分长大,因而不能形成体缺陷(BMD)。 将用于消除离子注入损伤的RTP的温度调整为1250℃后,在CZ和NCZ硅片内均形成宽度超过30μm的洁净区和高密度的BMD,而NCZ硅片的DZ宽度明显小于CZ硅片的。这是因为RTP的温度提高至1250℃后,大量的空位注入到硅片内,空位为原生氧沉淀的长大提供了空间,同时空位还会于氧结合形成复合体,从而促进氧沉淀的形核。氮对氧沉淀的促进作用,使得NCZ硅片氧浓度较低的近表面处,仍会有少量氧沉淀出现,从而使得洁净区变窄。 当用于消除离子注入损伤的RTP的温度调整为1250℃时,同时调整阱推进步骤的升温速度至1℃/min后,CZ和NCZ硅片内BMD的密度进一步增加,同时DZ的宽度缩小至20μm左右。推进升温速度的降低,硅片中尺寸大于阱推进起始温度(800℃)临界形核半径的那部分原生氧沉淀可以充分长大,进而达到或超过阱推进最高温度(1000℃)的临界形核半径,从而可以在高温下继续长大,形成体缺陷,因此体缺陷密度进一步增加;同时,硅片洁净区也会因为其近表面部分小的原生氧沉淀长大而变小。