路景刚[1]2001年在《微氮硅单晶在功率器件中的应用研究》文中指出近年来，硅中氮的行为被广泛深入地研究。通常，在大规模集成电路工艺中氮气广泛地用作保护气和载气。人们知道，氮在硅中能够抑制微缺陷的形成，并能通过钉札位错提高硅片的机械强度。近年来，人们发现，直拉硅单晶中的氮能够提高集成电路的成品率和性能。但是，直拉硅中氮的行为还有许多方面不很清楚。在本文中，我们研究了掺氮直拉硅单晶中工艺诱生缺陷的特点以及它们对功率二极管和开关晶体管性能的影响。 为了研究氮掺杂对器件特性的影响，在氮气氛保护下分别生长3英寸和4英寸的掺氮硅单晶用于制造二极管和晶体管。在每一步工艺过程后，对硅片进行解理断口光学显微镜分析和傅利叶交换红外光谱分析（FTIR）。最后，对器件特性参数进行测试并找出它们与工艺诱生缺陷的相互关联。在本实验中，氩气氛保护下生长的、具有基本相同的间隙氧含量和热历史的普通直拉硅单晶被用作比较样品。 实验发现，在二极管工艺过程后，掺氮硅单晶中的全部过饱和间隙氧都沉淀下来，间隙氧浓度下降到相应工艺温度对应的固溶度值。相反，在普通硅片中只有很少的间隙氧沉淀下来。当掺氮硅片中的起始间隙氧含量超过10~(18)cm~(-3)，在二极管工作区中有较多的位错（~10~5cm~(-2)）形成，并最终导致二极管的反向恢复时间下降。试验发现，氮掺杂对二极管的反向击穿电压和正向导通电压没有明显的影响。由试验结果可得到以下结论：（1）在二极管工艺过程中，氮掺杂显着的促进间隙氧的沉淀；（2）当硅片中间隙氧浓度较高时，氮掺杂将损害二极管的反向恢复时间特性；反之，如果间隙氧浓度较低，则氮掺杂对二极管的特性参数没有显着的影响。 为了获得开关晶体管所必需的重掺杂衬底，在开关晶体管工艺中有一步长时间、高温磷扩散工艺-主扩散工艺。在主扩散工艺中，NCZ硅片和ACZ硅片的高阻层中有密度基本相同的位错产生。但是，ACZ硅片中的位错分布极不均匀，而NCZ硅片中的位错分布却很均匀。试验发现，在主扩散之后的工艺过程中，硅片高阻层中的位错密度和分布都基本保持不变。晶体管的存储时间测量结果显示了位错分布和晶体管存储时间分布之间的很好的对应性：掺氮硅单晶制造的晶体管的存储时间分布的均匀性较好；普通硅单晶制造的晶体管的存储时间分布均匀性则比较差。由试验结果可得到以下结论：氮掺杂使得器件活性区中的位错分布更均匀，并相应的提高晶体管存储时间分布的均匀性。
徐进[2]2003年在《直拉硅单晶中氧沉淀及其诱生缺陷的透射电镜研究》文中研究指明随着信息社会的不断发展，微电子工业对国民经济发展所起的作用越来越大。半导体硅材料是微电子产业的基础材料，也是信息技术产业的支柱材料，在国家的经济、国防和科技现代化进步方面起着举足轻重的作用。因此，研究硅材料中杂质和缺陷的相互作用，以及热处理时间、温度、气氛和应力对缺陷生成动力学和热力学的影响，对提高集成电路的产率，促进整个微电子产业的发展和进步有着重大而现实的意义。 本文主要通过透射电镜研究直拉硅(氩气氛下生长单晶样品、氮气氛下生长单晶样品、高压(10~9pa)热处理单晶样品、重掺杂单晶样品、快速热处理单晶样品)中氧沉淀及其扩展缺陷的形态、密度和分布随热处理时间、温度、气氛和应力的关系，主要取得以下成果： 首先，本文系统地研究了高压(1GPa)对氧沉淀及其扩展缺陷形成的影响，探讨硅材料中微缺陷形成的微观机制。结果表明：1)在高压(10~9Pa)下经过450℃，10小时处理过的样品中有很高密度的球形极小直径氧沉淀稳定生成，表明高压可以在很大程度上改变氧沉淀的形态；2)四探针电阻仪测试表明，450℃，高压热处理可以促进热施主的生成和提高其生成速率，表明高压可以在很大程度上改变热施主的生成热力学和动力学。这在实验上表明，极小直径的氧沉淀与热施主生成有密切关系。但是，研究发现，650℃，大气压下热处理10分钟就可以完全消除所有样品中的热施主，这表明，高压和大气压下热处理样品中生成的热施主消除特性是一致的。并且，氮杂质对热施主的生成和消除没有显着的影响；3)研究发现，957℃，高压处理5小时的样品中生成了氧沉淀相关的位错，1130℃，高压处理5小时的样品中，有尺度为50nm的氧沉淀生成，表明高压有利于小直径氧沉淀的生成。本文通过分析高压产生的应力对点缺陷生成的影响，对高压热处理过程中产生高密度，小尺寸氧沉淀以及促进热施主的生成做了详细的解释。研究表明，施加在样品上的应力可以在很大程度上改变硅片体内自间隙硅原子和空位的浓度，从而大大影响直拉硅中微缺陷生成的热力学和动力学过程。 随后，本文研究了氮掺杂对直拉硅中缺陷生成的影响。研究表明：1)氮掺杂可以改变原生氧沉淀的形态，透射电镜研究表明，在原生样品中有高密度的粒径只有5nm的多边形原生氧沉淀生成；2)氮掺杂可以在高温和低温过程中促进氧沉淀的生成；3)氮杂质可以影响硅样品中氧化诱生层错的热力学和动力学过程，研究发现，NCZ样品中，随着热氧化时间的增长，层错的尺寸不断减小，而在CZ中，随着热氧化的进行，层错尺寸随着热氧化时间的增长而增加。 最后，本文通过透射电镜系统地研究了在重掺硼样品和轻掺硼样品中，快速热处理工艺对氧沉淀和随后的扩展缺陷生成的影响。研究发现：1)在经历过RTP预处理的重掺硼样品中，有高密度的氧沉淀和层错产生，但是没有经历过RTP快速热处理的重掺硼样品中，只有位错产生。而对普通的轻掺样品来说，经历过RTP快速热处理的样品中有位错产生，但是在未经历RTP预处理的样品中，有氧沉淀相关位错产生；2)研究发现，只有在轻掺杂且经历高温RTP预处理的样品中才有洁净区生成，而在其它样品中，则没有洁净区生成。这表明，高浓度的硼掺杂原子对氧沉淀的促进作用，以及RTP预处理过程中空位体浓度的增加是导致不同缺陷产生的主要原因。
陈贵锋[3]2008年在《高能粒子辐照单晶硅辐照效应的研究》文中提出超大规模集成电路的高速发展对硅单晶材料提出了越来越严格的要求,控制和消除直拉硅中的微缺陷是硅材料发展面临的最关键问题。研究单晶硅的高能粒子辐照效应、开发新的辐照吸杂工艺具有重要的理论意义和实用价值,是目前和今后国际硅材料界重要的研究领域之一。本文主要通过高能粒子(快中子、电子)对单晶硅材料进行辐照,人为引入缺陷,实现控制缺陷、利用缺陷的目的,这也是目前硅材料研究的热点。通过对硅中的辐照缺陷的形成、存在状态、转化规律和辐照对氧沉淀及本征吸除效应所产生的影响的系统研究,得到一系列有价值的研究结果:1)快中子辐照对单晶硅电学性能产生较大影响。快中子辐照在硅中引入的具有电活性的缺陷使硅的电阻率发生巨大变化,经450℃退火后辐照硅会在禁带中引入多个受主能级;650℃以上退火后单晶硅中四空位型缺陷很快消失,导电类型开始恢复;通过预热处理,可减缓或抑制辐照单晶硅中热施主的形成。随着辐照剂量的增加,对热施主的抑制作用加强。2)快中子辐照使硅中氧沉淀的速度明显加快。经快中子辐照后,硅中间隙氧含量显着下降;主要辐照缺陷VO经200℃退火消失,转化为V2O以及O-V-O等体积较大的复合体;硅中氧含量较低时,双空位型缺陷在低温退火时,相互链接成链状,当氧含量较高时,双空位通过捕获VO,形成V3O等复合体;经高温(1100℃)退火后,氧沉淀迅速形成并长大,大剂量辐照样品,退火后球状氧沉淀、八面体氧沉淀以及盘状氧沉淀开始出现,快速热处理结果表明,高速降温有助于氧沉淀的形成。3)快中子辐照及快速热处理加速了掺氮直拉硅清洁区的形成。掺氮直拉硅在1100℃/10 h退火形成较好的清洁区,退火后体内缺陷密度的变化同间隙氧含量的变化相对应;高温快速热处理后,快中子辐照掺氮单晶硅中间隙氧含量上升,辐照剂量越大,间隙氧含量上升幅度越大;快速热处理的降温速率影响氮氧复合体的生成,高的降温速率有助于氮氧复合体的生成,但同时会降低清洁区的宽度。4)单晶硅经电子辐照后其电学性能发生较大变化,也对清洁区的形成产生影响。研究发现随电子辐照剂量的增加,间隙氧含量逐渐降低,VO复合体含量逐渐增多;400℃退火初期形成VO2复合体,强度受初始氧含量影响;电子辐照后电阻率随辐照剂量的增加而增加,少子寿命和载流子浓度随之下降,这些变化随后期退火温度的升高逐渐恢复;经快速热处理后,再一步高温退火可形成一定宽度的清洁区,快速热处理的温度及降温速率对清洁区宽度有明显影响。
参考文献：
[1]. 微氮硅单晶在功率器件中的应用研究[D]. 路景刚. 浙江大学. 2001
[2]. 直拉硅单晶中氧沉淀及其诱生缺陷的透射电镜研究[D]. 徐进. 浙江大学. 2003
[3]. 高能粒子辐照单晶硅辐照效应的研究[D]. 陈贵锋. 河北工业大学. 2008