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氢气氛下高温退火对直拉硅中氧的行为的影响

氢气氛下高温退火对直拉硅中氧的行为的影响

作者：李金刚浙江大学

学位级别：硕士

硅材料是微电子产业的基础材料。随着超大规模集成电路(ULSI)特征线宽的不断减小，对直拉硅中杂质和缺陷控制的要求越来越严格。氧是直拉硅单晶中最重要的非故意掺入杂质，与氧相关的氧沉淀及内吸杂技术的研究一直是硅材料研究的重要课... 详细信息

硅材料是微电子产业的基础材料。随着超大规模集成电路(ULSI)特征线宽的不断减小，对直拉硅中杂质和缺陷控制的要求越来越严格。氧是直拉硅单晶中最重要的非故意掺入杂质，与氧相关的氧沉淀及内吸杂技术的研究一直是硅材料研究的重要课题。本论文研究了高温氢气退火对直拉硅中氧沉淀、洁净区形成、热施主等氧的行为的影响，得到了以下结果：研究了直拉(CZ)硅片、掺锗直拉(GCZ)硅片、掺氮直拉(NCZ)硅片经氢气和氩气氛下低—高缓慢升温(L-H Ramping)处理即：从800℃以1℃／min的升温速率升温到1050℃或1150℃并保温4小时后氧沉淀和洁净区形成的情况。结果表明：经过氢气氛下L-H Ramping处理，在上述硅片体内生成了更高密度的体微缺陷(BMD)，这是由于氢的引入导致了更高密度的氧沉淀核心。当高温温度为1050℃时，硅片没有形成洁净区(DZ)，而高温温度为1150℃时，则形成了DZ。这表明只有在1150℃及以上温度时，硅片近表面区域的氧沉淀才能被消融。当高温温度为1150℃时，硅片经氢气氛下L-H Ramping处理形成的DZ更宽，这是由于高温下氢促进了氧的外扩散，从而促进了氧沉淀的消融。研究了CZ、GCZ和NCZ硅片经氢气或氩气氛下1200℃／2h高温预处理，再进行800℃／4h+1050℃／16h热处理后氧沉淀和洁净区形成的情况。结果表明：上述硅片经氢气氛下1200℃／2h高温预处理，体内产生了更高密度的BMD，这是由于高温预处理引入的氢促进了低温热处理时氧沉淀的形核。CZ硅片经氢气氛下高温预处理形成的DZ更窄，而GCZ和NCZ硅片经氢气氛下高温预处理形成的DZ更宽，对这一现象做了定性的解释。研究了氢气和氩气氛下1200℃／1h退火对CZ和GCZ硅片经过低温(300～750℃)Ramping处理形成的氧沉淀的消融的影响。CZ和GCZ硅片经过低温(300～750℃)Ramping处理，体内形成了高密度的氧沉淀，经氢气或氩气氛下1200℃／1h退火，体内氧沉淀的消融没有显著区别，但经氢气氛下1200℃／1h退火在硅片近表面形成了更宽的洁净区，这是由于高温下氢促进了氧的外扩散。上述结果表明：低温(300～750℃)Ramping处理结合随后的高温处理可以作为直拉硅片的一种新型的内吸杂工艺。显然，该工艺与传统高—低—高三步退火工艺相比具有低热预算的优点。研究了经氢气和氩气氛1150℃／2h预处理的CZ和GCZ硅片在450℃时氧热施主的生成情况。结果表明，经氢气氛下预处理的CZ硅片生成了更多的热施主，而GCZ硅片在两种情况下热施主的生成没有明显的区别。这是由于GCZ硅片中存在大量的锗氧复合体，抑制了氧原子的扩散，而高温氢气预处理引入氢的浓度较低，不能促进热施主的生成。

关键词：直拉硅锗氮氢气退火氧沉淀洁净区氧热施主

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

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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：马强浙江大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：直拉硅原生氧沉淀洁净区快速热处理

联邦标准209B(洁净室)建议修订案之论据

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建筑技术通讯(暖通空调） 1989年第5期18卷 37-40页

作者：魏学盂陈盂伦

本文讨论了联邦标准209B关于洁净室空气洁净度分类的修订案之论据。该修订案是由环境科学学会第50委员会召开的一系列会议酝酿形成的。主要建议的变更是: 1.增加1级和10级; 2.两个新增加的级别,在适当调整所要求的浓度的情况下,可以以0.... 详细信息

本文讨论了联邦标准209B关于洁净室空气洁净度分类的修订案之论据。该修订案是由环境科学学会第50委员会召开的一系列会议酝酿形成的。主要建议的变更是: 1.增加1级和10级; 2.两个新增加的级别,在适当调整所要求的浓度的情况下,可以以0.1、0.2、0.3和0.5μm粒径的粒子标定;而100级可以以0.2、0.3和0.5μm直径的粒子标定; 3.其他级(如50级)认为是合适的; 4.取样点数有不同的规定;流型特征以单向流和非单向流区分,而不是层流和紊流; 5.基于测量误差,规定了最小取样体积; 6.规定了初始和定期的检测; 7.检测要求粒子计数; 8.粒子计数器要求定期地校正; 9.如果同时有下列两种情况,则认为净化区域满足该级别范围,即:每个位置的平均粒子数满足该级别范围;这些平均粒子数的平均值大大低于该级别极限,即总平均值肯定会低于该级别极限(95％可信度)。下面讨论这些建议变更的理由和论据。

关键词：修订案洁净室单向流粒子数空气洁净度环境科学学会极限值洁净区粒子计数流型

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大直径直拉硅片的一种新型内吸杂工艺研究

大直径直拉硅片的一种新型内吸杂工艺研究

作者：宫龙飞浙江大学

学位级别：硕士

半导体硅材料是微电子产业的基础材料。多年来,人们一直在研究如何控制和利用直拉硅中的杂质和缺陷,即所谓的“缺陷工程”。其中内吸杂工艺是学术界和工业界普遍关注的重点领域。近年来,人们一直在致力于简化内吸杂工艺和减少内吸杂工... 详细信息

半导体硅材料是微电子产业的基础材料。多年来,人们一直在研究如何控制和利用直拉硅中的杂质和缺陷,即所谓的“缺陷工程”。其中内吸杂工艺是学术界和工业界普遍关注的重点领域。近年来,人们一直在致力于简化内吸杂工艺和减少内吸杂工艺的热预算。本文在此方面做了探索性的工作,提出了一种新型的内吸杂工艺,取得了如下的主要结果: 提出了一种新的直拉硅片的内吸杂工艺,我们称之为“L-H Ramping IG”工艺。该工艺的基本思想是:通过从适当的低温缓慢升温到足够的高温并保温一定时间,使得硅片体内的原生氧沉淀长大而形成体缺陷(BMD),同时近表面区域的原生氧沉淀被融解,并发生氧的外扩散而形成洁净区(DZ)。这种新的内吸杂工艺充分利用了硅中原生缺陷的长大形成高密度的体缺陷,与传统的高-低-高三步退火工艺相比,很大程度上节省了内吸杂工艺的热预算。对上述的内吸杂工艺的详细研究表明:起始温度越低,产生的体缺陷密度越高;升温速率的降低会导致体缺陷的密度增加;高温保温温度和保温时间决定了洁净区的宽窄,只有在足够高的温度下保温才会产生稳定的洁净区;只有在惰性气氛中热处理,L-H Ramping工艺才可能产生洁净区。进一步的研究还表明,L-H Ramping内吸杂工艺更适合于掺氮直拉硅单晶。本文还研究了大直径直拉硅片在不同的退火制度中,氧气作为保护气氛对洁净区和氧沉淀形成的影响。研究表明,在氧沉淀的形成过程中,氧气氛保护退火主要影响氧沉淀的长大过程,而对氧沉淀形核的影响则不显著。研究还表明,在传统的H-L-H内吸杂工艺中,通过调整不同阶段的保护气氛,可以得到更好的内吸杂结构。

关键词：直拉硅掺氮直拉硅氧沉淀洁净区内吸杂工艺

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直拉单晶硅内吸杂研究

直拉单晶硅内吸杂研究

作者：汤艳浙江大学

学位级别：硕士

在集成电路工艺过程中，金属玷污会对器件的性能有着致命的影响。生产中除了避免金属污染源接触外，还采用吸杂工艺来降低金属杂质。相比于外吸杂，由于内吸杂避免了从背面引入损伤和杂质，内吸杂表现出更好的应用前景。在大直径的硅片... 详细信息

在集成电路工艺过程中，金属玷污会对器件的性能有着致命的影响。生产中除了避免金属污染源接触外，还采用吸杂工艺来降低金属杂质。相比于外吸杂，由于内吸杂避免了从背面引入损伤和杂质，内吸杂表现出更好的应用前景。在大直径的硅片中，Void是最重要的缺陷之一，它会严重影响分立器件、集成电路的成品率和性能。已有研究发现在掺氮的硅片中，氮会抑制Void缺陷，因此微氮单晶硅片越来越受到国际上的关注。但是，到目前为止，国际上还没有系统地研究过微氮单晶硅在内吸杂工艺中氮对氧沉淀形核以及洁净区的影响。本文研究了直拉单晶硅的内吸杂工艺和机理，着重研究了微氮直拉单晶硅中氮杂质对内吸杂的影响。首先，本文研究了普通单晶硅片与微氮单晶硅片内吸杂工艺中低温退火对作为吸杂点的氧沉淀形核的影响，发现在微氮单晶硅片和普通单晶硅片内吸杂工艺退火时，都出现了氧沉淀的延迟现象;但由于氮的存在，延迟了微氮硅片中氧沉淀延迟现象出现的初始时间。其次，本文研究了高压(1GP)下不同温度时间预处理对普通直拉单晶硅片和微氮直拉单晶硅片的高-低-高三步热处理的内吸杂的影响。研究发现高压预处理的硅片经内吸杂工艺后均没有得到洁净区，而常压下经过同样温度时间预处理后的硅片在内吸杂工艺后则有洁净区。文中探讨了高压对氧沉淀形核的影响，高压预处理可以降低自间隙硅原子的平衡浓度，有助于小尺寸氧沉淀的稳定存在，促进了氧沉淀的生成，导致在随后的热处理过程中没有形成洁净区。文中还讨论了氮在高压热处理中的作用。本文还通过改变第一步外扩散退火时间和温度，研究了氮对内吸杂洁净区的影响，得到以下结论：发现在普通单晶硅片和微氮单晶硅片中，洁净区的宽度随着高温外扩散温度增加而增加，随着高温外扩散时间增加而增加。通过对比，发现微氮单晶硅和普通单晶硅片的洁净区没有区别，氮对洁净区没有影响。本文也对8英寸的直拉单晶硅片进行1100℃湿氧氧化，在硅片的表面发现了分布不均匀的雾缺陷，在OSF-ring区雾缺陷的密度明显要低于硅片的其他区域(voids区和A-缺陷区)。经过常规的高低高三步退火，相对于硅片的voids浙江大学硅材料国家重点实验室d 顾士学位论文区和个缺陷区，OSF－ring区很难得到较好的洁净区，而且氧沉淀的量较小。这是因为在OSF1hn区的这些大尺寸原生氧沉淀无法在第一步高温退火过程中被溶解，导致了洁净区难以生成;在V。ids区和A－缺陷区的原生氧沉淀尽管尺寸较小，但密度要远远高于OSF＊lug区，所以在低温长时间的退火过程中能充分长大，从而导致了在随后的第三步高温退火过程中氧沉淀量要高于OSF＊ing区。此外，本文对重掺的硅片用Ra。p i ng工艺进行内吸杂处理，研究不同的升温速率下重掺硅片的内吸杂效果。重掺硼样品在 ZaC加in升温速率的 Ra。ping处理中得到了洁净区，而在laC／。in和***／min的升温速率Ramping处理中没有发现洁净区。说明较快的升温速率使得氧沉淀的长大速率小于氧沉淀核心临界形核半径长大的速度，升温过程中表面的氧沉淀核心融解，表面得到洁净区。而慢速升温时氧沉淀有足够的时间长大，表面没有洁净区生成。最后，文中还研究了升温过程和降温过程中氮对氧沉淀的影响。发现：升温和降温过程中氮促进了氧沉淀的形核，这与氮能够提供氧沉淀形核的异质形核中心有关。升温实验中，升温结束后，氧沉淀的量随着高温时的保温时间的延长而增加。降温过程中，在以IOC／min速率降温过程中，氧沉淀的量低于以3OC／Inin速率降温的样品中氧沉淀的量。

关键词：直拉单晶硅吸杂单晶硅片洁净区雾缺陷硅单晶湿氧氧化高温退火沉淀量低温退火

以江阴大昌行中央厨房设计为例的多层中央厨房探析

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以江阴大昌行中央厨房设计为例的多层中央厨房探析