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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

引用

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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直拉硅片的基于快速热处理的内吸杂工艺

直拉硅片的基于快速热处理的内吸杂工艺

引用

作者：蒋立伟浙江大学

学位级别：硕士

直拉硅片的内吸杂是通过合适的热处理工艺使氧沉淀过程仅发生在硅片体内,其产生的氧沉淀及其诱生缺陷[统称：体微缺陷(BMD)]吸除硅片表面的金属沾污。高温快速热处理(RTP)因可以在硅片中引入空位且能控制其浓度的深度分布,因而具有控制... 详细信息

直拉硅片的内吸杂是通过合适的热处理工艺使氧沉淀过程仅发生在硅片体内,其产生的氧沉淀及其诱生缺陷[统称：体微缺陷(BMD)]吸除硅片表面的金属沾污。高温快速热处理(RTP)因可以在硅片中引入空位且能控制其浓度的深度分布,因而具有控制氧沉淀的作用。美国前MEMC公司在2000年左右,提出了基于高温快速热处理的直拉硅片的内吸杂工艺(MDZ工艺),该工艺具有热预算低和再现性好的优点,一直受到人们的关注。在本文的工作中,一方面改进了广泛用于制造集成电路的硅片的MDZ工艺,另一方面探讨了有可能用于集成电路制造的硅片的MDZ工艺,得到如下主要结果：硅片的MDZ工艺通常为氩气氛下的RTP@1250℃+800℃/4h+ 1000℃/16h。研究表明：在MDZ工艺前先进行氩气氛下的1200℃/30min预处理,可以显著地促进800℃热处理时的氧沉淀形核,从而加快1000℃热处理时的氧沉淀过程。辉光放电质谱和深能级瞬态谱的分析表明：1200℃/30min预处理并没有在硅片中引入明显的金属沾污。因此,可以合理地排除金属沾污促进硅片在MDZ工艺中氧沉淀的可能性。分析认为：在通常的MDZ工艺中,RTP@1250℃所产生的空位大部分被原生氧沉淀的长大所消耗,只有小部分参与新的氧沉淀核心的形成;而1200℃/30min预处理使硅片中的原生氧沉淀得到显著的消融,这使得后续的RTP@1250℃C所产生的空位几乎都参与800℃热处理时氧沉淀的异质形核,这种情况下形成的氧沉淀核心远多于原生氧沉淀,从而显著促进硅片在MDZ工艺中1000℃C热处理时的氧沉淀。因此,1200℃/30min预处理可以减少MDZ工艺中的1000℃热处理时间,而不削弱硅片的内吸杂能力。直拉硅片因具有比直拉硅片更好的氧化层击穿特性,而有可能成为另外一种用于集成电路制造的硅片,但直拉硅片的氧沉淀行为及内吸杂工艺尚未被研究。通过对比硅片和硅片在低-高两步和高温RTP-低-高三步退火(MDZ)工艺中的氧沉淀行为,发现硅片的氧沉淀速率更大且形成的氧沉淀的密度更大。研究表明,上述两种硅片中氧在1000℃的扩散速度几乎没有差异。初步分析认为：由于硅片中自间隙硅原子的发射比硅片中的更为容易,硅片中氧沉淀的形核与长大处在更有利的条件。在相同的MDZ工艺下,硅片中的BMD密度比硅片的高得多,因而硅片的内吸杂性能更好。

关键词：直拉硅片快速热处理氧沉淀内吸杂工艺

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