储佳[1]2001年在《氮对直拉硅单晶中氧化诱生层错的影响》文中指出氧是直拉硅单晶中的最重要的杂质之一，控制硅中氧、氧沉淀的量及其分布以及氧沉淀的工艺诱生缺陷一直是硅材料和集成电路工艺研究的重点课题。硅中的氧化诱生层错是氧化工艺中引起的缺陷，通常认为成核于氧沉淀。出于降低成本、提高生产率的考虑，硅片直径不断增大，目前已有300mm硅片投入生产。大直径硅单晶、硅片中的最重要的缺陷之一是VOID，它会严重影响硅器件、集成电路的生产成品率和性能稳定性。消除硅片近表面的VOID的方法主要有高温热处理和使用外延层，也有用掺氮的方法。前两种都需较高温度，这样会使用于内吸杂的氧沉淀溶解。硅中氮的掺入能减少VOID的出现，并能促进氧沉淀，同时有可能进一步影响氧化诱生层错（Oxidation-induced Stacking Faults，OSF/OISF）的形成和生长。目前国际上尚没有有关于氮对直拉硅中OSF的行为的影响的研究。 本文研究了不同低温热处理时间下，氮对OSF的影响，认为：氮能促进氧沉淀；当750℃热处理时间超过4小时，继以1100℃/8小时热处理时，热氧化后会形成大量的位错（环），由此与ACz-Si相比，NCz-Si中的层错密度较少，而且增加较少；随着低温热处理时间的增加，OSF尺寸增加；经历相同热处理、热氧化工艺的NCz-Si较ACz-Si有较大的OSF。 本文进行了氮对OSF生长规律的影响的研究，得到以下结论：氮对氧沉淀的促进作用是由于它能使氧沉淀（核）非常稳定，在很高温度时不会溶解，而未掺氮的硅单晶中的氧沉淀在较长时间高温（1150℃）热处理后会溶解；氮还能引起氧沉淀形态发生变化，使生成大量杆状、片状的氧沉淀，由此引起位错（环），使OSF的生长规律发生变化；另外，在氧化条件下，位错与层错能同时存在。 含氮硅单晶中OSF的行为的变化（与非含氮硅单晶相比），源于氮能引起氧沉淀形态的变化，由此诱发位错（环），吸收大量自间隙原子。位错（环）与OSF的相互作用有待进一步研究。
王宏杰[2]2004年在《掺氮直拉单晶硅中氧沉淀及其诱生缺陷的行为研究》文中进行了进一步梳理近年来的研究表明，在直拉单晶硅(Czochralski silicon，CZ-Si)中掺氮可以用于调控原生氧沉淀和空洞型缺陷，同时，掺氮直拉单晶硅(NCZ-Si)中的缺陷也得到了深入的研究。本论文结合FTIR、TEM、SRP、EBIC和光学显微镜等测试分析手段，对掺氮直拉单晶硅中的氧沉淀及其诱生缺陷进行了研究，并取得了以下主要结论： 1．掺氮对直拉单晶硅中氧沉淀的影响 对800℃和1000℃处理后NCZ-Si样品中的氧沉淀行为进行了研究。研究发现，掺氮能够在中、高温促进氧沉淀的形成，并且氧沉淀的尺寸小而密度高；经过1000℃／225 h处理的NCZ-Si样品中，片状和多面体两种形貌的氧沉淀共存，而CZ-Si样品中，只存在片状的氧沉淀，说明掺氮能够改变氧沉淀的形貌。 2．掺氮对直拉硅中氧沉淀及其诱生缺陷的热稳定性的影响 研究了800℃／225 h和1000℃／225 h热处理后，CZ-Si和NCZ-Si样品中存在的氧沉淀及其诱生缺陷的热稳定性。研究表明NCZ-Si样品中的氧沉淀在1200℃和1250℃的常规退火和RTP处理都能被消除，而CZ-Si样品中的氧沉淀需要在1250℃的常规退火和RTP处理才能消除，这主要是由于225 h处理后，NCZ-Si样品中存在高密度、小尺寸的氧沉淀。研究发现，短时间的高温RTP和长时间的高温常规退火对氧沉淀的溶解有相同的效果，这表明高温RTP对氧沉淀的溶解主要依赖于温度，而受处理时间影响较小。 3．掺氮对氧化诱生层错(OSFs)的影响 研究了单步退火(650℃—1150℃)和低—高两步退火后，再经过热氧化，CZ-Si和NCZ-Si样品中的OSFs行为，主要是为了揭示不同的氧沉淀对OSFs形成的影响。 对于CZ-Si样品，单步850℃以下温度退火后，再热氧化，很少形成OSFs；而NCZ-Si样品经过650℃退火，再热氧化，OSFs也很少形成；对于NCZ-Si样品，当处理温度为750℃和850℃时，预处理分别达到16 h和8 h，再热氧化，OSFs才出现；在1050℃和1150℃分别处理32 h，再热氧化，CZ-Si和NCZ-Si样品中产生的OSFs密度均最高，随着1050℃和1150℃预处理时间延长，再热浙江大学硕士研究生毕业论文氧化，OSFS密度降低，这是由于当1 050oC和1 150OC单步处理时间延长，氧沉淀将诱生出更多的位错，这些位错将优先吸收热氧化过程产生的自间隙硅原子，从而抑制了OSFs的形成。 对于低一高两步处理，再热氧化后的CZ一Si和NCZ一Si样品:(l)，当650oC低温处理时，CZ一Si中的OSFs密度基本不随时间延长而改变，NCZ一si样品中的OsFs密度则升高，这是由于氮在低温促进了氧沉淀的形核，从而促进了 OSFs的形成;(2)，当750oC低温处理时，CZ一Si样品中的OSFs密度随750oC处理时间延长而升高，而NCZ一51样品在750oC/sh后，再高温处理(1050oC八6h)和热氧化，OSFs密度最高，随750OC处理时间延长，OSFs密度反而降低;(3)，当低温850OC处理4h后，再高温和热氧化，CZ一51与NCZ一51样品中的OSFs密度均达到最高，随着850oC处理时间延长，密度降低。(2)和(3)中OSFS密度变低是由于低一高处理后形成的位错优先吸收热氧化中释放的自间隙硅原子而抑制了OSFS的形成。4.氧沉淀及诱生缺陷的Cu吸杂能力研究 研究了800OC/225h，800OC/225 h+1250oC/Zh和750oC/16 h+1050oC/32h叁种预处理后，样品中形成的氧沉淀诱生缺陷对Cu的吸杂能力。 对于CZ一Si样品而言，经过750“C/16h+105o“C/32h预处理后的样品中，cu同时被冲出型位错和不全位错(Frankp叭ials)吸杂，EBIC衬度很高;而经过800oC/2 25h和8000C/2 25h+1250OC/2h预处理后，再进行Cu扩散，Cu主要被不全位错吸杂，EBIC衬度较低。经过相同预处理和Cu扩散工艺的NCZ一si样品中，EBIC表征的缺陷衬度比CZ一Si样品低，这是由于预处理后的NCZ一si样品中存在高密度、小尺寸的诱生缺陷。当体内的吸杂中心不是很多，RTP会促进Cu扩散样品中缺陷密度和EBIC衬度，反之，RTP对Cu在氧沉淀诱生缺陷处的吸杂影响不大。
崔灿[3]2006年在《直拉硅单晶的氧沉淀及内吸杂的研究》文中研究表明直拉硅(CZ)单晶广泛地用于集成电路的制造中,一个很重要的原因就是它具有与氧沉淀及其诱生缺陷相关的内吸杂(IG)功能。在器件制造的过程中,硅片中产生的氧沉淀及其诱生缺陷可以有效地清除硅片表面的有害金属杂质,从而有利于提高器件的成品率。随着超大规模集成电路(ULSI)的特征线宽的不断减小,直拉硅片的IG变得愈加重要。本论文主要研究了不同的热处理步骤、热处理条件以及氮杂质和中子辐照缺陷对直拉硅中的氧沉淀和IG的影响,获得了以下一些结果: 研究了低温(300～750℃)预处理对直拉硅在后续低温或者低-高退火过程中氧沉淀的影响,发现不同的低温预处理,尤其是低温阶段线性升温(Ramping)对氧沉淀有很强的促进作用,认为在低温退火过程中形成了类氧分子(O_(2i)),它是一种快速扩散物质,能够促进氧的扩散和氧沉淀的形核。在掺氮直拉(NCZ)硅中,氮在低温下与氧形成的N_2O_n是氧沉淀的异质形核中心,并且O_(2i)的存在可能加快N_2O_n的形成。在此基础上,提出了基于低温Ramping的IG工艺,这种工艺能够缩短热处理的时间,降低热预算。 研究表明低温Ramping预处理对硅片在低-高退火后形成的氧沉淀的形貌有影响:在经过低温Ramping预处理的样品中,氧沉淀密度高,尺寸较小,主要是对称性较高的球形氧沉淀;而在没有经过低温Ramping预处理的样品中,氧沉淀密度较低,尺寸较大,主要是片状的氧沉淀。 研究了热处理气氛(Ar,N2,N_2+steam,O_2和O_2+steam)对直拉硅在常规高-低-高叁步退火IG工艺中氧沉淀的影响,发现不同的热处理气氛对硅中间隙氧原子的外扩散没有明显的影响,但对体内的氧沉淀有显着的影响。在氧气或者水汽气氛下,硅片表面的氧化会向硅片体内注入高浓度的自间隙硅原子,从而抑制氧沉淀的形核和长大,因此硅片中氧沉淀密度较低,洁净区(DZ)比较宽;而在氮气氛下,硅片表面的氮化会向硅片体内注入高浓度的空位,促进氧沉淀的形核和长大,并且氮原子的内扩散也会促进氧沉淀的生成,因此硅片中氧沉淀密度较高,DZ较窄。 研究了NCZ硅中的氧沉淀和常规高-低-高叁步退火IG工艺,发现经过高-低-高叁步退火后在NCZ硅片中形成M型的氧沉淀分布。我们认为,氮在低温下能够与氧结合生成N_2O_n复合体,在高温下与氧、空位结合形成N_2V_2O_m复合体,这两种复合体作为氧沉淀的异质核心可以促进氧沉淀,因此氮杂质在高-低-高叁步退火过程中会影响硅片中氧沉淀的分布;另外,氮原子在硅中的扩散速率
宫龙飞[4]2005年在《大直径直拉硅片的一种新型内吸杂工艺研究》文中进行了进一步梳理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-高叁步退火工艺相比,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着。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。
冯琰[5]2008年在《直拉硅单晶中氧沉淀的熟化》文中研究指明氧是直拉硅单晶中最重要的非故意掺入的杂质,与此相关的氧沉淀一直是硅材料的重要研究课题。在某一温度下,氧沉淀在达到平衡状态后会出现所谓的“熟化现象”。到目前为止,对这一现象的研究还不够系统深入。此外,掺氮对直拉硅氧沉淀熟化的影响还有待揭示。本论文在借助傅立叶红外光谱(FTIR)和择优腐蚀结合光学显微术的基础上,利用扫描红外显微术(SIRM)对掺氮和普通直拉硅片经低温和高温两步退火的氧沉淀的熟化现象进行了对比研究,得到如下主要结果:研究了普通直拉(CZ)硅单晶和掺氮直拉(NCZ)硅单晶经800℃/8 h和1000℃/X h(X=4、8、16、32、64、128、256)两步热处理后的氧沉淀行为。结果表明:CZ硅单晶在1000℃热处理64 h后出现氧沉淀的熟化,而NCZ硅单晶中氧沉淀的熟化则在1000℃热处理32 h后即可发生,这表明氮加速了直拉硅单晶中氧沉淀的熟化过程。这是由于氮的引入提供了氧沉淀的异质形核中心,使得NCZ硅单晶在低温热处理时形成的氧沉淀核心显着增多,因而在高温热处理时氧沉淀在较短的时间内即可达到平衡状态而进入熟化过程。SIRM明确地显示氧沉淀进入熟化过程后,小尺寸的氧沉淀被消融而大尺寸氧沉淀进一步长大并诱生出二次缺陷。氧沉淀与基体间的界面能的降低被认为是氧沉淀熟化过程的驱动力。研究了普通的和掺氮的重掺砷直拉硅单晶经650℃/8 h和1000℃/X h(X=4、8、16、32、64、128、256)两步热处理后的氧沉淀行为。研究表明,与普通重掺砷直拉硅单晶相比,掺氮的重掺砷直拉硅单晶中的氧沉淀密度显着增加而尺寸减小;并且氧沉淀的熟化提前16小时发生。此外,掺氮的重掺砷直拉硅单晶中的氧沉淀的尺寸分布更加均匀。分析认为,在650℃热处理时,掺氮的重掺砷直拉硅单晶中会形成氮氧复合体,它们作为氧沉淀的异质形核中心使氧沉淀核心的密度增加,因而加速了后续1000℃热处理时的氧沉淀及其熟化过程。
参考文献：
[1]. 氮对直拉硅单晶中氧化诱生层错的影响[D]. 储佳. 浙江大学. 2001
[2]. 掺氮直拉单晶硅中氧沉淀及其诱生缺陷的行为研究[D]. 王宏杰. 浙江大学. 2004
[3]. 直拉硅单晶的氧沉淀及内吸杂的研究[D]. 崔灿. 浙江大学. 2006
[4]. 大直径直拉硅片的一种新型内吸杂工艺研究[D]. 宫龙飞. 浙江大学. 2005
[5]. 直拉硅单晶中氧沉淀的熟化[D]. 冯琰. 浙江大学. 2008