普通和掺氮的重掺砷直拉硅单晶的氧沉淀行为

摘要

重掺砷直拉硅片被广泛地用于外延硅片的衬底，而外延硅片的内吸杂能力取决于衬底硅片的氧沉淀，因此研究重掺砷直拉硅片的氧沉淀行为具有重要的实际意义。到目前为止，关于重掺砷直拉硅片的氧沉淀的研究还很少报道。在直拉硅单晶中重掺砷会引起晶格应力并对影响点缺陷浓度，因而重掺砷直拉硅片的氧沉淀行为与轻掺直拉硅片的会有所差异。本文利用扫描红外显微术以及择优腐蚀结合光学显微术研究了普通和掺氮的重掺砷直拉硅单晶的氧沉淀行为，得到了如下结果： 对比研究了普通和掺氮的重掺砷直拉硅单晶中的原生氧沉淀的长大行为，发现掺氮的重掺砷直拉硅单晶中的原生氧沉淀比普通重掺砷直拉硅单晶中的密度更高而且尺寸更大，初步认为这是由于前者可以在更高的温度下形成而且被氮杂质与空位和氧形成的复合体所促进，因而形成的原生氧沉淀的密度更高且有更长的时间长大。 研究了高温快速热处理(RTP)对重掺砷直拉硅片中的原生氧沉淀的消融作用。结果表明，重掺砷直拉硅片中的原生氧沉淀经三次1200℃/60s的RTP可被有效地消除。 通过对比研究重掺砷直拉硅片和轻掺N型直拉硅片经过低温(450-800℃)和高温(1000℃)两步退火的氧沉淀行为，阐明了低温退火对重掺掺砷直拉硅片的氧沉淀形核的作用。研究指出：重掺砷硅片在450℃和650℃退火时的氧沉淀形核比在800℃退火时更显著，这与轻掺硅片的情况截然相反；此外，与轻掺硅片相比，重掺砷硅片在450℃和650℃退火时氧沉淀的形核得到增强，而在800℃退火时氧沉淀的形核受到抑制。认为重掺砷硅片在450℃和650℃退火时会形成砷-空位-氧(As-V-O)复合体，它们促进了氧沉淀的形核；而在800℃退火时As-V-O复合体不能稳定的存在而缺少氧沉淀形核的前驱体，并且重掺砷会导致硅晶体中的晶格压应力，因此氧沉淀形核被显著地抑制。实验还表明，在重掺砷硅片中掺入氮杂质可以促进低温退火时的氧沉淀形核，这种促进作用在800℃退火时表现得更加明显，这与氮引入的异质形核中心有关。

目录

文摘

英文文摘

第1章前言

第2章文献综述

2.1引言

2.2直拉硅中的氧

2.2.1硅单晶的生长技术

2.2.2氧的引入

2.2.3氧的基本性质

2.2.4氧的测量

2.3.直拉硅中的氧沉淀

2.3.1直拉硅中氧沉淀的基本性质

2.3.2氧沉淀形核和长大的热力学和动力学过程

2.3.3氮对硅中氧沉淀的影响

2.4重掺杂对硅中氧沉淀的影响

2.4.1重掺P型直拉硅单晶中的氧沉淀行为

2.4.2重掺N型直拉硅单晶中的氧沉淀行为

2.4.3重掺As硅单晶中的氧沉淀行为

2.5本文的研究方向

第3章实验样品和研究方法

3.1晶体生长和样品制备

3.2热处理设备

3.2.1普通扩散炉退火(CFA)

3.2.2快速热处理炉退火(RTP)

3.3主要测试方法和测试设备

3.3.1硅中氧和氮的浓度以及电阻率的测试方法

3.3.2择优腐蚀和光学显微镜

3.3.3扫描红外显微镜

第4章重掺砷直拉硅单晶中的原生氧沉淀

4.1引言

4.2实验方案

4.2.1样品参数

4.2.2实验过程

4.3实验结果和分析

4.3.1 Ramping退火后重掺砷硅单晶中的氧沉淀

4.3.2单步高温退火后重掺砷硅单晶中的氧沉淀

4.3.3模拟原生氧沉淀

4.4本章小结

第5章高温快速热处理对重掺砷直拉硅中原生氧沉淀的消融作用

5.1引言

5.2实验方案

5.2.1样品参数

5.2.2实验过程

5.3实验结果和分析

5.4本章小结

第6章低温退火对重掺砷硅片中氧沉淀形核的影响

6.1引言

6.2实验

6.2.1实验样品

6.2.2实验方案

6.3实验结果和分析

6.3.1低温退火温度对重掺砷硅片中氧沉淀影响的定性分析

6.3.2低温退火温度对重掺砷硅片中氧沉淀影响的定量分析

6.3.3低温退火时间对重掺砷硅片中氧沉淀形核影响的定性分析

6.3.4低温退火时间对重掺砷硅片中氧沉淀形核影响的定量分析

6.4本章小结

第7章总结

参考文献

致谢

附录 攻读硕士期间发表的论文：