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直拉单晶硅中洁净区形成后铜沉淀行为的研究

物理学报 2013年第7期62卷 305-310页

作者：张光超徐进厦门大学材料学院厦门361005 浙江大学硅材料国家重点实验室杭州310027

本文研究了直拉单晶硅中形成洁净区后过渡族金属杂质铜的沉淀行为.样品经过高低高三步常规热处理形成洁净区后,在不同温度下引入杂质铜,然后对样品分别进行普通热处理和快速热处理,通过腐蚀和光学显微镜研究发现,在700℃引入铜杂质后经... 详细信息

本文研究了直拉单晶硅中形成洁净区后过渡族金属杂质铜的沉淀行为.样品经过高低高三步常规热处理形成洁净区后,在不同温度下引入杂质铜,然后对样品分别进行普通热处理和快速热处理,通过腐蚀和光学显微镜研究发现,在700℃引入铜杂质后经过普通热处理和快速热处理都不会破坏洁净区,在900℃和1100℃引入铜杂质后经过普通热处理不会破坏洁净区,而经过快速热处理会破坏洁净区.研究表明,快速热处理可以使硅片体内产生大量的空位,空位的外扩散是破坏洁净区的主要原因.

关键词：直拉单晶硅铜沉淀洁净区

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直拉单晶硅晶体缺陷研究进展

微纳电子与智能制造 2022年第1期4卷 64-74页

作者：刘赟薛忠营魏星李炜信息功能材料国家重点实验室中国科学院上海微系统与信息技术研究所上海200050 中国科学院大学北京100049 上海新昇半导体科技有限公司上海201306 上海硅产业集团股份有限公司上海201306

直拉单晶硅是目前用于制造集成电路的主流衬底材料。随着集成电路的特征尺寸不断减小,对单晶硅衬底的晶体缺陷类型、密度、尺寸等提出日益苛刻的要求。因此,深入研究掌握直拉单晶硅晶体缺陷的形成机理并且快速准确地表征这些晶体缺陷,... 详细信息

直拉单晶硅是目前用于制造集成电路的主流衬底材料。随着集成电路的特征尺寸不断减小,对单晶硅衬底的晶体缺陷类型、密度、尺寸等提出日益苛刻的要求。因此,深入研究掌握直拉单晶硅晶体缺陷的形成机理并且快速准确地表征这些晶体缺陷,成为指导直拉单晶硅晶体生长工艺改进、实现晶体缺陷有效调控的重要技术手段。本文首先综述了晶体生长过程中控制缺陷形成的v/G理论的发展,并介绍了探测不同原生缺陷的表征方法。最后,简述了本文在缺陷表征方法的最新研究进展情况。

关键词：直拉单晶硅 v/G理论表征方法

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12英寸半导体级直拉单晶硅的制备

12英寸半导体级直拉单晶硅的制备

作者：黄末南昌大学

学位级别：硕士

直拉单晶硅是现代电子信息产业发展的的重要基本材料,它被广泛应用于功率半导体器件和超大规模集成电路产业,已逐渐成为推动电子与信息社会发展进步的关键。随着集成电路特征线宽持续缩小,对直拉单晶硅明确提出的生产要求为“大直径、... 详细信息

直拉单晶硅是现代电子信息产业发展的的重要基本材料,它被广泛应用于功率半导体器件和超大规模集成电路产业,已逐渐成为推动电子与信息社会发展进步的关键。随着集成电路特征线宽持续缩小,对直拉单晶硅明确提出的生产要求为“大直径、无缺陷”。目前集成电路的首选衬底材料仍然是直拉单晶硅硅片。主流集成电路生产急需十二英寸直拉单晶硅片,研发十二英寸单晶硅和晶体生产的工艺过程具有重要的理论价值和社会实际需求。本文以十二英寸直拉硅单晶硅生产为重点内容。深入研究热场结构设计、控制参量和外加磁场对十二英寸直拉单晶硅生长产生的作用。通过数值模拟的方法分析了控制参量对单晶硅产生的影响,提出了大规模生产研究的技术要求,解决了晶体生长实验研究,成本高,能耗高,实验周期长,生长现象不易观察的缺点。并在数值模拟的指示作用下采用三十二英寸热场制备出十二英寸无位错单晶硅,获得了适合高质量的硅晶体生长的液面距离和拉速区间,填补了国内十二英寸半导体级直拉单晶硅工业生产上的空白。通过四探针测量晶棒电阻率,研究晶棒的电阻率分布,除了满足集成电路端对晶棒的电学要求外,对晶棒的径向均匀性具有一定的展示作用。通过傅里叶变换红外光谱测试仪量测,研究晶棒的氧含量分布,为机械强度、氧析出物分布更加均匀提供了指导方向,并为更大尺寸半导体级单晶硅生长的可行性提供了参考依据。通过铜缀饰法分析,对晶体微观缺陷进行了宏观展现,满足对缺陷类型定性分析的要求,使得在晶棒分析评价过程中可以确认晶棒缺陷类型,解决了以往只能在硅片抛光后进行缺陷分析的缺点,节省了大量的加工成本和时间,同时对晶体生长工艺调整的及时性和连续性提供了强有力的支持。另一方面,避免了因抛光片缺陷分析无法确认插入型缺陷,可能造成集成电路端良率损失的潜在风险。通过铜缀饰法和缺陷检测仪进行对照分析,确认了铜缀饰显现的不同缺陷情况所对应的COP的尺寸和数量,从而根据集成电路端需求匹配相对应的缺陷情况的晶棒进行硅片加工。

关键词：直拉单晶硅半导体 12英寸缺陷

热处理和冷却速率对直拉单晶硅少子寿命的影响

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材料热处理学报 2012年第8期33卷 23-27页

作者：周潘兵柯航周浪南昌大学材料科学与工程学院太阳能光伏学院江西南昌330031

研究了加热温度与冷却速率对热处理直拉单晶硅少子寿命和间隙铁含量的影响。结果表明,直拉单晶硅在300～1050℃加热40 min,以50℃/s的速率快冷至室温会提高硅片的间隙铁含量,降低硅片的少子寿命;加热温度越高,快冷后硅片的间隙铁含量越... 详细信息

研究了加热温度与冷却速率对热处理直拉单晶硅少子寿命和间隙铁含量的影响。结果表明,直拉单晶硅在300～1050℃加热40 min,以50℃/s的速率快冷至室温会提高硅片的间隙铁含量,降低硅片的少子寿命;加热温度越高,快冷后硅片的间隙铁含量越高,少子寿命越低;直拉单晶硅片在900～1050℃加热,当以50℃/s的速率快冷至室温,90%以上的铁以沉淀形式存在,其余的铁以间隙态存在。直拉单晶硅片分别经800、900和1000℃加热40 min后在0.017～50℃/s的速率范围冷却,硅片间隙铁含量随冷却速率增加而增加,少子寿命随冷却速率增加而降低,加热温度越高,间隙铁含量上升的幅度越大,而少子寿命下降的幅度越大。

关键词：直拉单晶硅冷却速率少子寿命

热屏位置影响直拉单晶硅熔体和固液界面的模拟

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人工晶体学报 2015年第2期44卷 329-336页

作者：关小军张向宇潘忠奔王进曾庆凯山东大学材料科学与工程学院济南250061 山东大学晶体材料国家重点实验室济南250100 山东交通学院航空学院济南250357

为了研究热屏位置对于直拉单晶硅的熔体和固液界面的影响,采用CGSim有限元软件对200 mm直拉单晶硅生长过程进行了模拟,结果表明,随着热屏底端位置上升(或径向内移),熔体自由表面及其邻近区域的温度下降;随着热屏底端位置径向内移,位... 详细信息

为了研究热屏位置对于直拉单晶硅的熔体和固液界面的影响,采用CGSim有限元软件对200 mm直拉单晶硅生长过程进行了模拟,结果表明,随着热屏底端位置上升(或径向内移),熔体自由表面及其邻近区域的温度下降;随着热屏底端位置径向内移,位于两个大涡胞之间的较小涡胞强度增大且移向熔体液面深处;热屏位置上升或径向外移均会使固液界面上凸程度增大,这主要归因于晶体热场的相应变化。

关键词：直拉单晶硅有限元热屏位置流场温场固液界面

数值模拟自然对流对直拉单晶硅的影响(英文)

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人工晶体学报 2006年第4期35卷 696-701,695页

作者：宇慧平隋允康王敬安国平北京工业大学机电学院北京100022 北京有色金属研究总院北京100088

在直拉单晶硅生长的过程中,自然对流对晶体界面的形状、温度场及应力分布影响很大。本文采用二维模型对熔体内自然对流对单晶硅的影响作了数值模拟,在低雷诺数时采用层流模型,高雷诺数时采用紊流模型,Gr的变化范围从3×106到3×1010,这... 详细信息

在直拉单晶硅生长的过程中,自然对流对晶体界面的形状、温度场及应力分布影响很大。本文采用二维模型对熔体内自然对流对单晶硅的影响作了数值模拟,在低雷诺数时采用层流模型,高雷诺数时采用紊流模型,Gr的变化范围从3×106到3×1010,这样涵盖了从小尺寸到大尺寸的直拉单晶硅生长系统。数值结果表明熔体的流动状态不仅与熔体的Gr有关,还与熔体高度和坩埚半径的比值密切相关。当Gr>108时,熔体内确实存在紊流现象,层流模型不再适合,随着Gr的增大,紊流现象加剧,轴心处的等温线变得更为陡峭,不利于晶体生长。

关键词：直拉单晶硅自然对流数值模拟

300mm直拉单晶硅中的氮元素对氧化诱生层错的影响

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稀有金属 2009年第2期33卷 223-226页

作者：韩海建周旗钢戴小林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

采用直拉法生长普通和掺氮硅单晶,研究不同含氮浓度的晶体中氧化诱生层错(OSF)的行为。从4组晶体的相同位置取样,并对样品进行1100℃湿氧氧化实验。实验结果表明,随着晶体中氮浓度的增加样品中氧化诱生层错环(OSF-ring)宽度变大,且环内... 详细信息

采用直拉法生长普通和掺氮硅单晶,研究不同含氮浓度的晶体中氧化诱生层错(OSF)的行为。从4组晶体的相同位置取样,并对样品进行1100℃湿氧氧化实验。实验结果表明,随着晶体中氮浓度的增加样品中氧化诱生层错环(OSF-ring)宽度变大,且环内OSF缺陷的密度增加。这说明,氮的掺入促进了晶体中满足OSF形核要求的原生氧沉淀的形成,使OSF形核区变大。

关键词：掺氮 300 mm 氧化诱生层错(OSF) 直拉单晶硅

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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

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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