碳杂质对含氮直拉单晶硅中氧相关缺陷的影响

摘要

近十年来，掺氮直拉硅片由于具有更高的机械强度、更好的内吸杂性能以及更易消除空洞型缺陷等优点而日益成为集成电路广泛使用的高端材料。碳杂质的引入是直拉硅单晶生长过程中无法避免的，只能通过恰当的工艺控制其浓度。本文研究了较高浓度的碳杂质对掺氮直拉硅片的氮-氧复合体浅热施主（N-O STDs）、氧沉淀和氧热施主形成的影响，取得如下主要结果：
　　1.研究了碳杂质对NCz硅片在650℃热处理时N-O STDs形成的影响。当碳浓度较低时（3.4×1016cm-3），N-O STDs的形成几乎不受影响。当碳浓度较高时（5.1×1016cm-3），N-O STDs的形成则受到显著的抑制。对碳浓度较高的NCz硅片而言，在650℃热处理时，一部分自间隙氧原子被碳原子俘获形成复合体，因此可供氮氧复合体形成的自间隙氧原子显著减少，从而导致N-O STDs的形成受到抑制。另外一方面，碳原子和氮原子之间可能存在相互作用，这也部分抑制了N-O STDs的形成。研究了1250℃/60s高温快速热处理对掺氮直拉硅片在650℃热处理时N-O STDs形成的影响。对普通的掺氮直拉硅片（即：碳杂质含量几乎可以忽略）而言，N-O STDs的形成几乎不受高温快速热处理的影响；而对于含碳量较高的掺氮硅片而言，高温快速热处理促进了N-O STDs的形成。初步分析认为：高温快速热处理消除了碳和氮原子之间可能的相互作用，释放出的氮原子可以参与至N-O STDs的形成。高温快速热处理也打散了含碳量较高的掺氮硅片样品中尺寸较小的氧沉淀，从而提高间隙氧原子的数量，促进N-O STDs的形成。
　　2.研究了碳杂质对掺氮直拉硅片在低-高两步热处理中氧沉淀行为的影响。无论是在氧沉淀形核时间不同还是在氧沉淀长大时间不同的情况下，碳杂质都会促进氧沉淀的形成。分析指出：一方面碳和氧原子间相互作用形成的C-O复合体可以作为氧沉淀异质形核的前驱体，降低了氧沉淀形核的势垒；另一方面，替代位碳原子周围的硅晶格处于拉伸状态，有利于氧沉淀形核过程中所产生的压应力的释放。当在低-高两步热处理前预置1250℃/60s高温快速热处理时，碳对掺氮直拉硅片氧沉淀的促进作用更加显著，这是由于碳促进了可作为氧沉淀形核前驱体的空位-氧（VO2）复合体的形成。
　　3.研究了碳杂质对掺氮直拉硅片的氧热施主形成的影响。研究表明，在氮杂质抑制直拉硅片的氧热施主形成的基础上，碳杂质进一步抑制了氧热施主的形成，碳浓度越高，其抑制作用越显著。初步分析认为：在氧热施主形成温度下，有可能形成碳-氧复合体，消耗了一部分间隙氧原子；此外，一部分替代位碳原子与自间隙硅原子发生了“踢出（kick-out）”机制的反应，消耗了一部分自间隙硅原子。而氧热施主的形成则依赖于间隙氧原子和自间隙硅原子的数量。

目录

第一章 前言

1.1 研究的背景

1.2 本文的结构安排和内容提要

第二章 文献综述

2.1 引言

2.2 直拉单晶硅中的氧杂质

2.3 直拉单晶硅中的氮杂质及氮氧复合体

2.4 直拉单晶硅中的碳杂质及碳氧复合体

2.5 直拉单晶硅中的氧沉淀

2.6 直拉单晶硅中的氧热施主(TD)

2.7 快速热处理技术（RTP）

第三章 实验样品和实验设备

3.1 实验样品参数

3.2 热处理设备

3.3 主要测试方法和测试设备

第四章 碳杂质对含氮直拉单晶硅中氮氧复合体形成的影响

4.1 引言

4.2 实验

4.3 较低浓度的碳杂质对氮氧复合体形成的影响

4.4 较高浓度的碳杂质对氮氧复合体形成的影响

4.5 RTP预处理条件下碳杂质对氮氧复合体形成的影响

4.6 本章小结

第五章 碳杂质对含氮直拉单晶硅中氧沉淀形成的影响

5.1 引言

5.2 实验

5.3 碳杂质对含氮直拉单晶硅中氧沉淀形成的影响

5.4 RTP预处理条件下碳杂质对氧沉淀形成的影响。

5.5 本章小结

第六章 碳杂质对含氮直拉单晶硅中氧热施主形成的影响

6.1 引言

6.2 实验

6.3 结果与讨论

6.4 本章小结

第七章 总结

参考文献

致谢

个人简历

攻读学位期间发表的论文与取得的其他研究成果