直拉单晶硅中铜沉淀和铁沉淀的研究

摘要

鉴于过渡族金属铜和铁的玷污对硅基材料和器件的影响,研究直拉单晶硅中铜沉淀和铁沉淀的行为,不仅在理论上对“缺陷工程”的丰富和拓展有重大的意义,而且在生产工业中对提高硅基电子器件质量也有重要作用。本论文利用择优腐蚀配合光学显微镜及傅立叶红外光谱仪,得出了以下一些结论:
　　 (1)研究了不同快速热处理(Rapid thermal processing,RTP)气氛对铜沉淀的影响。研究发现,不同气氛下RTP预处理会影响硅片中点缺陷的种类和浓度分布曲线,从而对铜沉淀造成很大的影响:N2气氛下RTP预处理的样品中体微缺陷基本都集中在硅片近表面处;Ar气氛下RTP预处理的样品中体微缺陷都集中在硅片内部一定宽度的区域;O2气氛下RTP预处理的样品中体微缺陷与Ar气氛下RTP预处理的样品相似,都是在硅片内部,不过集中区域要更窄一些。
　　 (2)研究了氧沉淀对铜沉淀的影响。研究发现,氧沉淀形成的先后顺序对铜沉淀的密度、分布和形貌有很大的影响。先形成氧沉淀的样品中的铜沉淀成尺寸较小的类球状均匀分布在截面上;而先形成铜沉淀的样品中的铜沉淀由于重复形核,成大尺寸的星型状分布在截面上。结合傅立叶红外光谱分析,发现铜沉淀对氧沉淀有促进作用,所以后者的体微缺陷密度比前者的大。经过750℃退火8h形成的氧沉淀核心对铜沉淀的影响与氧沉淀的相似,这表明了氧沉淀的最初形核密度以及分布是决定铜沉淀的最主要因素。
　　 (3)研究了铁玷污对洁净区的影响。研究发现,引入铁玷污的次序对常规高-低-高三步热处理样品和RTP-低-高三步热处理样品中洁净区的形成都没有影响,且前者形成的洁净区比后者的宽。这说明洁净区宽度与引入铁杂质浓度无关,仍由第一步高温热处理的氧外扩散和空位浓度分布决定。