晶体硅中铜沉淀和镍沉淀的研究

摘要

在晶体硅材料制备和硅基器件制造过程中，过渡族金属铜(Cu)和镍(Ni)非常有可能沾污硅片。研究表明，铜和镍在硅中具有很高的扩散系数，并且固溶度随着温度降低而急剧下降，因此在硅片热处理后的冷却过程中容易形成金属沉淀，对硅器件性能及可靠性带来非常不利的影响。因此，硅中过渡族金属的沉淀行为，尤其是铜、镍杂质的沉淀行为一直是硅材料研究领域受到关注的问题。研究铜、镍在晶体硅中的沉淀行为，不仅在理论上有着重要意义，而且对提高硅器件性能和成品率也有重要的作用。本论文通过择优腐蚀和光学显微镜观察，配合傅里叶红外光谱仪，得出了以下一些结论:
　　(1)研究了P型直拉单晶硅中铜沉淀和点缺陷的相互影响。研究发现，在P型直拉单晶硅中，铜沉淀呈现棒状聚集体并主要分布在硅片的近表面处，而在硅片引入铜沉淀前后分别进行热氧化处理和快速热处理后，铜沉淀的形貌和分布都发生了变化。实验证明，间隙硅原子和空位的分布都会直接影响铜沉淀在硅片体内的分布、密度和形貌。
　　(2)研究了在直拉单晶硅中，洁净区形成后过渡族金属铜和镍的沉淀行为。研究发现，对于过渡族金属铜，在P型直拉单晶硅中，只有在中高温下引入铜杂质并经过快速热处理后才会在洁净区中生成铜沉淀;对于过渡族金属镍，研究发现，无论在何种温度下引入镍杂质，经过快速热处理和常规热处理后洁净区中都没有沉淀产生。通过对比可以得出洁净区中铜沉淀的产生受到硅片内间隙铜原子的浓度和空位分布曲线的影响，而洁净区中镍沉淀难以产生是受到自身沉淀性质和镍硅化合物自吸杂作用的影响。
　　(3)研究了直拉单晶硅中，铜沉淀和氧沉淀及其诱生层错之间的关系。研究发现，氧沉淀可以作为异质形核核心促进铜沉淀的形成。另外，晶体硅中生成的铜沉淀可增加氧沉淀的密度，降低氧沉淀的尺寸。铜沉淀对氧沉淀尺寸和密度的影响会在很大程度上影响氧化诱生层错的形成，研究还发现氧化诱生层错的密度随着氧化时间的延长而增加。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 硅材料的研究和开发

1．2 硅单晶的缺陷

1．2．1 硅单晶中的点缺陷

1．2．2 硅单晶中的位错和层错

1．3 硅单晶中的氧沉淀

1．3．1 硅单晶中氧的基本性质

1．3．2 硅单晶中氧沉淀的基本性质

1．3．3 硅单晶中氧化诱生层错(OSF)

1．4 单晶硅中的过渡族金属杂质和吸杂

1．4．1 单晶硅中过渡族金属杂质的性质

1．4．2 单晶硅中过渡族金属杂质的吸杂

1．5 快速热处理技术

1．6 本研究的意义及内容

参考文献

第二章 实验设备与样品准备

2．1 实验设备及原理

2．1．1 热处理设备

2．1．2 观察测试设备

2．2 样品准备

2．2．1 实验样品

2．2．2 样品的清洗和腐蚀技术

第三章 P型直拉单晶硅中点缺陷与铜沉淀相互作用的研究

3．1 引言

3．2 直拉单晶硅中间隙硅原子与铜沉淀之间相互影响

3．2．1 实验方案

3．2．2 实验结果及讨论

3．3 直拉单量硅中空位与铜沉淀之间的相互影响

3．3．1 实验方案

3．3．2 实验结果及讨论

3．4 本章小结

参考文献

第四章 直拉单晶硅中洁净区形成后过渡族金属的沉淀行为

4．1 引言

4．2 直拉单晶硅中洁净区形成后过渡族金属铜的沉淀行为研究

4．2．1 实验方案

4．2．2 实验结果及分析

4．3 直拉单晶硅中洁净区形成后过渡族金属镍的沉淀行为研究

4．3．1 实验方案

4．3．2 实验结果及分析

4．3 本章小节

参考文献

第五章 直拉单晶硅中铜沉淀与氧化诱生层错的相互影响的研究

5．1 引言

5．2 实验方案

5．3 实验结果及讨论

5．3．1 铜沉淀和氧沉淀的相互作

5．3．2 铜沉淀对氧化诱生层错形成的促进作用

5．3．3 热氧化时间对氧沉淀和氧化诱生层错的影响

5．4 本章小结

参考文献

第六章 结论

攻读硕士期间发表的论文

致谢