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直拉单晶硅的内吸杂效应及铜沉淀行为

直拉单晶硅的内吸杂效应及铜沉淀行为

作者：林丽霞浙江大学

学位级别：硕士

超大规模集成电路(Integrated Circuit, IC)的发展对硅单晶材料提出了越来越严格的要求,随着集成电路特征线宽的减小,利用硅片的内吸杂来减少乃至消除集成电路制造过程中不可避免的金属沾污带来的危害成为一个重要的问题。改善硅片的内... 详细信息

超大规模集成电路(Integrated Circuit, IC)的发展对硅单晶材料提出了越来越严格的要求,随着集成电路特征线宽的减小,利用硅片的内吸杂来减少乃至消除集成电路制造过程中不可避免的金属沾污带来的危害成为一个重要的问题。改善硅片的内吸杂能力,除了快速热处理技术外,还可应用杂质工程技术。研究表明,在直拉硅中掺入适量的锗杂质,不仅可以调控硅中的微缺陷,还可增强硅片的内吸杂能力。到目前为止,关于掺锗直拉硅的研究仍集中在轻掺直拉单晶硅。本文研究了掺锗的重掺和轻掺磷直拉单晶硅的内吸杂效应以及掺锗的重掺磷直拉单晶硅中的铜沉淀行为,得到以下主要结果：(1)研究了共掺锗的重掺磷直拉单晶硅的内吸杂效应。发现共掺锗的重掺磷直拉单晶硅可以在基于普通炉退火和快速热处理的内吸杂工艺中形成良好的内吸杂结构,并且掺锗可以改善重掺磷直拉单晶硅的内吸杂能力。同时发现,对于高-低-高普通炉退火内吸杂工艺,改变氧沉淀形核温度对共掺锗的重掺磷直拉硅片的体微缺陷(Bulk MicroDefect, BMD)密度及洁净区(Denuded Zone, DZ)影响不显著。此外,发现掺锗并没有改善重掺磷直拉单晶硅铜吸杂的热稳定性。(2)研究了共掺锗的轻掺磷直拉单晶硅的内吸杂效应。发现经传统的高-低-高三步退火内吸杂工艺和基于快速热处理的内吸杂工艺(以下称MDZ工艺)形成的洁净区在受铜沾污后的表现不相同,即：由传统内吸杂工艺形成的洁净区完全消失,而由MDZ工艺形成的洁净区仍然存在,这表明MDZ工艺的吸杂效果要优于传统的内吸杂工艺。同时,也表明传统内吸杂工艺形成的洁净区是表观上的洁净区,实际上还可能存在小尺寸的氧沉淀及相关微缺陷;而经MDZ工艺形成的洁净区则是真正意义上的无缺陷区。通过对比掺锗浓度为1019和1020cm-3的直拉单晶硅的内吸杂行为,发现当锗掺杂浓度达到一定程度后,再提高锗的掺入量对直拉单晶硅中内吸杂的作用有限。(3)研究了共掺锗的重掺磷直拉单晶硅中的铜沉淀行为。发现共掺锗的重掺磷直拉单晶硅经1000℃/3min退火并以30℃/s冷却时形成的铜沉淀的腐蚀形貌表现为低密度大尺寸的棒状聚集体,与未掺锗样品的腐蚀形貌不相同,这表明掺锗对重掺磷直拉单晶硅的铜沉淀行为产生了显著的影响。同时发现,热处理温度和冷却速度也会影响共掺锗的重掺磷直拉单晶硅中的铜沉淀行为,这与形成铜沉淀的驱动力有关。通过高温快速热处理注入空位后,共掺锗的重掺磷直拉单晶硅中铜沉淀的腐蚀坑尺寸减小,密度增加。这是由于空位和铜沉淀释放的自间隙硅原子复合,从而促进了铜沉淀的形成。此外,发现经1000℃高温退火后共掺锗的重掺磷直拉单晶硅中的铜沉淀可以发生消融,这说明掺锗并没有改善重掺磷直拉单晶硅中铜沉淀的热稳定性。

关键词：直拉单晶硅氧沉淀内吸杂铜沉淀掺锗

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快速退火处理单晶硅片获得内吸杂效果的研究

快速退火处理单晶硅片获得内吸杂效果的研究

2004年中国材料研讨会

作者：冯泉林王敬周旗钢北京有色金属研充总院国家半导体材料研究中心北京有色金属研充总院国家半导体材料研究中心北京有色金属研充总院国家半导体材料研究中心

运用快速退火（Rapid Thermal Annealing）优化常规内吸杂（Internal Gettering）三步退火工艺,研究了快速退火参数对内吸杂性能的影响。研究发现快速退火保护气氛对硅片洁净区的形成有重要影响:Ar/NH3混合气氛下快速退火可以获得较薄... 详细信息

运用快速退火（Rapid Thermal Annealing）优化常规内吸杂（Internal Gettering）三步退火工艺,研究了快速退火参数对内吸杂性能的影响。研究发现快速退火保护气氛对硅片洁净区的形成有重要影响:Ar/NH3混合气氛下快速退火可以获得较薄的洁净区厚度、很高的氧沉淀密度;N2气氛下快速退火得到相对较厚的洁净区、较高的氧沉淀密度:在Ar气氛下的快速退火获得的洁净区很宽、氧沉淀密度很低。研究了快速退火保温时间、保温温度、降温速率等对洁净区厚度和氧沉淀密度的影响。研究发现:提高快速退火保温温度、保温时间、降温速度都可以降低洁净区厚度,提高吸杂区域氧沉淀密度。

关键词：硅单晶快速退火内吸杂洁净区氧沉淀

来源： cnki会议评论

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热处理气氛对直拉硅单晶中体缺陷的影响

Journal of Semiconductors 2007年第6期28卷 865-868页

作者：崔灿杨德仁马向阳浙江理工大学物理系杭州310018 浙江大学硅材料国家重点实验室杭州310027

研究了五种不同的热处理气氛对直拉硅中氧沉淀及其诱生缺陷的影响.实验结果表明,经过低-高退火处理的硅片继续在五种不同的气氛中高温退火,氧沉淀会部分溶解,其溶解量与热处理气氛没有明显的关系,但不同气氛中处理的硅片中体缺陷(BMDs)... 详细信息

研究了五种不同的热处理气氛对直拉硅中氧沉淀及其诱生缺陷的影响.实验结果表明,经过低-高退火处理的硅片继续在五种不同的气氛中高温退火,氧沉淀会部分溶解,其溶解量与热处理气氛没有明显的关系,但不同气氛中处理的硅片中体缺陷(BMDs)的分布不同.并对此现象的机理进行了讨论,认为热处理气氛影响了硅片中点缺陷的分布从而影响到BMDs的分布.此研究对集成电路生产中内吸杂工艺的保护气氛的选择有指导意义.

关键词：直拉硅氧沉淀内吸杂

N_2气氛下快速退火(RTA)对硅片氧沉淀密度和表面形貌的影响

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稀有金属 2005年第6期29卷 810-813页

作者：冯泉林周旗钢王敬刘斌刘佐星北京有色金属研究总院有研半导体材料股份有限公司北京100088

快速退火(RTA)单晶硅片时,硅片内部会形成一种特殊的空位分布。空位的分布将决定后序两步退火(800℃,4 h+1000℃,16 h)后生成的洁净区宽度和氧沉淀密度。研究了N2气氛下,不同RTA恒温时间对洁净区形成和氧沉淀密度的影响。发现延长RTA恒... 详细信息

快速退火(RTA)单晶硅片时,硅片内部会形成一种特殊的空位分布。空位的分布将决定后序两步退火(800℃,4 h+1000℃,16 h)后生成的洁净区宽度和氧沉淀密度。研究了N2气氛下,不同RTA恒温时间对洁净区形成和氧沉淀密度的影响。发现延长RTA恒温时间,会增加氧沉淀密度。使用原子探针显微镜(原子力显微镜)研究了RTA后表面形貌的变化。发现在N2气氛下RTA处理过的硅片,表面微粗糙度略有增加。

关键词：硅抛光片洁净区氧沉淀内吸杂原子力显微镜微粗糙度

快速退火气氛对300mm硅片内洁净区和氧沉淀形成的影响

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Journal of Semiconductors 2006年第1期27卷 68-72页

作者：冯泉林史训达刘斌刘佐星王敬周旗钢北京有色金属研究总院有研半导体材料股份有限公司北京100088 有研半导体材料股份有限公司

300mm硅片中厚度合适的洁净区和高密度氧沉淀,有利于对器件有源区金属沾污的吸除,改善栅氧化物的完整性.文中使用Ar,N2/NH3混合气作为快速退火(RTA)气氛,研究RTA气氛对洁净区、氧沉淀形成的影响.研究发现N2/NH3混合气氛处理的硅片表层... 详细信息

300mm硅片中厚度合适的洁净区和高密度氧沉淀,有利于对器件有源区金属沾污的吸除,改善栅氧化物的完整性.文中使用Ar,N2/NH3混合气作为快速退火(RTA)气氛,研究RTA气氛对洁净区、氧沉淀形成的影响.研究发现N2/NH3混合气氛处理的硅片表层洁净区明显薄于Ar气氛处理的硅片,氧沉淀密度明显高于Ar气氛处理后的硅片.同时发现在两种气氛下,延长恒温时间都可以降低洁净区厚度,增加氧沉淀密度.基于空位增强氧沉淀成核和氮化空位注入的基本原理,就RTA气氛和恒温时间对洁净区和氧沉淀分布的影响进行了讨论.

关键词：洁净区氧沉淀单晶硅片内吸杂 RTA

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快速退火气氛对硅片洁净区和表面形貌的影响

微电子学 2008年第4期38卷 477-480页

作者：冯泉林王敬何自强常青周旗钢北京有色金属研究总院有研半导体材料股份有限公司北京100088 清华大学微电子学研究所北京100084

使用N2和N2／NH3混合气氛作为快速热退火（RTA）气氛，研究了RTA气氛对洁净区、氧沉淀和硅片表面形貌的影响。在N2／NH3混合气氛下，RTA处理后，硅片表面出现小坑，同时，微粗糙度增加，后续热处理工艺中会出现薄的洁净区（～10μm）和... 详细信息

使用N2和N2／NH3混合气氛作为快速热退火（RTA）气氛，研究了RTA气氛对洁净区、氧沉淀和硅片表面形貌的影响。在N2／NH3混合气氛下，RTA处理后，硅片表面出现小坑，同时，微粗糙度增加，后续热处理工艺中会出现薄的洁净区（～10μm）和高密度的氧沉淀。经过N2气氛RTA处理的硅片，表面微粗糙度变化不大，后续热处理中获得较厚的洁净区（≥40μm）和较低的氧沉淀密度。

关键词：单晶硅片洁净区氧沉淀内吸杂快速热退火

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3d过渡族金属杂质在硅中的行为

材料科学与工程 1997年第4期15卷 19-21页

作者：张溪文杨德仁阙端麟浙江大学硅材料国家重点实验室

本文综述了３ｄ过渡族金属在直拉硅单晶中的扩散、溶解、沉淀及间隙位演变等性质，介绍了国际上在此领域的研究进展，为进一步开展这方面的工作提供了有益的借鉴。

关键词： 3d过渡族金属内吸杂氧沉淀硅 IC 扩散

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高温氩退火对提高硅片质量的研究

高温氩退火对提高硅片质量的研究

作者：李宗峰北京有色金属研究总院

学位级别：硕士

目前,集成电路正朝着大直径化和高集成度化方向迅速发展,对硅基材料的要求也越来越高,尤其是对大直径单晶硅中VOID缺陷的要求,变得越来越严格。随着线宽的减小,VOID的存在会严重降低栅氧化层完整性,进而影响MOS器件质量。研究表明,高温... 详细信息

目前,集成电路正朝着大直径化和高集成度化方向迅速发展,对硅基材料的要求也越来越高,尤其是对大直径单晶硅中VOID缺陷的要求,变得越来越严格。随着线宽的减小,VOID的存在会严重降低栅氧化层完整性,进而影响MOS器件质量。研究表明,高温退火能够有效地消除大直径硅片近表面区域的VOID缺陷,提高硅片质量。此外,还可利用退火工艺在硅片内部形成氧沉淀来提高硅片的内吸杂能力,进而提高硅片质量。基于此,本文主要研究了高温退火对300mm硅片中空洞型微缺陷的消除作用,并通过热退火工艺优化提高了硅片内吸杂能力。本文利用氩气在高温下对硅片进行热处理,首先是利用高温退火使硅片表面区域的间隙氧向外扩散,进而消除硅片近表面区域的空洞型微缺陷,在硅片表面形成一个洁净区;然后利用低高两步退火工艺在硅片内部形成大量的氧沉淀和二次缺陷,这些缺陷可作为金属吸除的陷阱,从而起到内吸杂作用。本文主要研究了不同退火温度和时间对微缺陷的消除以及对内吸杂的影响。研究发现,硅片经过1200℃的高温退火能够有效消除硅片表面的空洞型微缺陷。随着退火温度的增加和退火时间的延长,表面VOID缺陷的密度也进一步降低。然而,高温退火并不能消除硅片中所有空洞型微缺陷,仅能消除距离表面10μm以内的空洞型微缺陷。此外,本论文对高温退火消除硅片表面空洞型微缺陷的机理进行了讨论。本论文还研究了三步退火工艺对硅片内吸杂能力的影响。研究表明,在硅片经过第一步高温退火后,再对其进行800℃/4h+1600℃/16h的后续热处理,能够有效提高硅片的内吸杂能力。实验表明,高温退火可以促进氧原子向外扩散,在1200℃及后续热处理后,会在硅片表面形成10μm左右的洁净区,同时在硅片内部形成高密度的氧沉淀,能有效提高硅片的吸杂能力。最后,本论文研究了高温退火对硅片GOI的影响。在第一步高温退火后,将原生硅片和退火硅片做成MOS电容器,测量其击穿电压Vbd的变化。实验发现,经过1200℃长时间高温退火后的硅片,MOS电容器的击穿电压有了明显的提高,这表明高温退火工艺能够有效改善MOS器件的GOI。

关键词：高温氩退火空洞型微缺陷氧沉淀洁净区内吸杂栅氧化层完整性

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直拉重掺硼硅单晶中氧沉淀的研究

直拉重掺硼硅单晶中氧沉淀的研究

作者：李春龙浙江大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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,n＞1)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。

关键词：重掺硼氧氧沉淀内吸杂快速热处理