直拉重掺硼硅单晶中氧沉淀的研究

作     者：李春龙 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨德仁;阙端麟

授予年度：2003年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：重掺硼 氧 氧沉淀 内吸杂 快速热处理 

摘      要：现代超大规模集成电路(ULSI)制造过程的主流工艺为COMS工艺。COMS工艺中普遍采用N/N、P/P的外延结构，这种以重掺杂硅片为衬底的外延结构与内吸杂工艺相结合，是解决集成电路中的闩锁效应和α粒子引起的软失效的有效途径。另一方面，在相同的晶体生长条件下，重掺硼硅单晶氧含量升高，氧沉淀被增强，能形成有效吸杂点，提高硅片机械强度，抑制Void缺陷，有利于提高ULSI的成品率。因此研究重掺硼硅单晶中氧和氧沉淀行为具有非常重要的意义，是目前硅材料界研究的热点之一。但是，相对于研究得较为深入的普通轻掺直拉硅中氧沉淀而言，国际上对直拉重掺硼硅单晶中氧沉淀的研究非常少，尤其是RTP处理过程中重掺硼硅单晶中氧沉淀的行为，目前还没有相关报道。本文研究了直拉重掺硼单晶硅的氧沉淀行为，着重研究了直拉重掺硼硅单晶中的氧沉淀的热处理、内吸杂、RTP处理等性能。 本文首先系统研究了重掺硼硅片在不同温度下的氧沉淀行为。结果表明，重掺B硅单晶能促进氧沉淀，而且这种效应在高温下表现尤为显著。在实验事实的基础上，我们认为在重掺硼硅单晶生长过程中，BmOn(m,n1)复合体或掺B引起的点缺陷能在晶体冷却过程中的较高温度阶段形成，且在随后的退火过程中能稳定存在，作为氧沉淀形核的核心，从而促进了氧沉淀，减小了大直径硅单晶中Void缺陷的尺寸，增加其密度。 随后，研究了重掺硼硅单晶内吸杂效应，主要包括单步高温热处理、随炉降温退火、传统高—低—高三步热处理等内吸杂退火工艺。结果显示，单步高温热处理时重掺硼样品不能形成洁净区;降温退火中，降温速度较为缓慢(3℃/min)时能生成一定量的氧沉淀，但没有洁净区形成;普通高—低—高三步热处理过程中，形成明显的洁净区，但相对轻掺样品而言，洁净区较窄，氧沉淀密度明显偏高，说明重掺硼样品吸杂能力强。在文中还讨论了这些实验结果形成的原因。 最后文章还系统研究了快速热处理(RTP)对重掺硼硅单晶中氧沉淀的影响。结果显示，对于普通轻掺硅片能形成明显的很宽的洁净区的RTP预处理工艺，应用于重掺硼样品时没有洁净区形成，所以RTP预处理获得洁净区的工艺不适用于重掺硼硅片，硼的大量掺杂对氧沉淀促进效果大于高浓度的空位对氧沉淀的 洲排 浙江大学硕士学位论文 李春龙：直拉重掺硼硅单晶中氧沉淀的研究 促进效果;大量空位的引入，有利于释放氧沉淀生长过程的内应力，适当增加重 掺硼样品氧沉淀密度，减少其尺寸，并伴有层错生成。普通轻掺对比样品实验结 果同时还显示，对于RTP预处理形成洁净区的工艺，RTP预处理温度越高，洁 净区宽度越宽;后继热处理温度越低，时间越长，洁净区宽度越窄;由于NZ气 氛保护下RTP预处理时造成表面空位的注入，故NZ气氛保护下RTP预处理时不 能形成洁净区。