硅中氧行为的新进展资料.pdfVIP

第 卷 第 期 年 月 上 海 有 色 金 属 护园园园园园园龟 学术讲座 马四四已 曰 四四四夕 硅中氧行为研究的新进展 胡才雄 夏锦禄 上海有色金属研究所 , 张建宇 上海 摘 要 本文根据硅 片表层 器 件有源 区 中的缺陷时器件性能有着严重的影响 , 以 及在制 备器件时会 引入的杂质和缺 陷 的事实 , 提 出 了使用内吸除技术来改进硅材 料 与器件的质量 , 并对 与内吸除有关的 因素 , 即硅 中氧行 为 , 如硅 中氧施主 、 氮沉 淀及其衍生缺 陷 、 硅 片中的吸净层 、 硅 片中的氧与翘 曲的成因机制等 , 作 了概要介绍 。 关键词 硅 氧行 为 缺 陷 , 吸除技 术 引 言 为了制得性能 良好的硅器件 , 必须消除 硅片表层器件有源区的有害金 属 杂 质 和缺 陷 。 最近 , 美国贝尔实验室详细研究了 的高漏电流和低击穿电 压 的原 因 , 结 果证 实 在 里 , 薄氧化层和硅衬底之间的 、 已被 、 、 等缀饰的堆垛层错 , 会使 电容的特性变劣 , 从而 导 致 的 、 失效 ‘〕 。 然而 , 目前还不可能完全避免这些杂质 和缺陷对硅材料质量的影响 , 只能对这些缺 陷加以控制和利用 , 这就是当今在半导体硅 材料研究领域中十分受重视的缺陷 工 程 包 括硅的内吸除技术 。 利用直拉硅中的氧沉淀及其 衍 生 缺 陷 进行吸除 , 就是一种十分有效的 内 吸 除 技 术 。 年 , 美国 公司的 等人报 导川了上述 动 态 , 随 后 取 得 了 较 快的发 展 “ 喀 〕 。 内吸除技术是通过热处理等工 艺 , 并 使硅片表层形成一定深度的 、 无缺陷的吸净 层 , 而在硅片内部形成高密度的氧沉淀及其 衍生缺陷来吸除杂质和缺陷 , 从而改善了器 件电性能和提高成品率 。 内吸除技术的主导因素是硅片 一 中的氧 , 为了提高吸除能力 , 对硅中氧进行深入的研 究是十分必要的 。 硅中的氧 直拉硅中一般含有 ‘ 一 ’日 一 “的氧 , 对于半导体硅材料来说 , 氧具有有益和有害 的两方面作用 , 它能吸除杂质及制止滑移 , 但也会形成氧施主 , 及产生缺陷 , 导致硅片 翘曲 。 硅中的叙施主 发现氧的施主效应 , 已有三十多年了 。 在这期间人们不仅深入研究了热施主和在较 高温度下产生的新施主 , 而且还研究了它对 器件的影响及消除方法 。 。 。 热施主 等人首先报导了将含氧 硅 加 热 ‘ 到‘ 。℃左右时 , 会产生大量的热施主、它苛 只 上 海 有 色 金 属 第 卷 使预期的单晶电阻率发生严重漂移 。 大多认 为 , 它是由间隙氧扩散形成的 ‘ 电活性络 合物 , 其最大产生速度与退火温度和氧浓度 的关系 , 如图 所示 “ 〕。 在 ℃热施主产生 的速度 , 如表 所示川 。 从表 中可看到 , 在热处理的开始 分钟内 , 热施主的形成是 非常迅速的 。 ‘ 权浓度 丫 , , 吞 丫 ‘ ’ 纵 ‘才三赵用州忆翔长峪 退 火沮度 , ℃ 叙施主最大产生速度与 温度 、 叙浓度的关系 在 ℃下热施主浓度 图表 暇 含 量 分钟后形成的施 主浓度 一 最大施主浓度 一 ‘ ‘ 火 吕 火 又 已 又 ‘ ﹁八通‘臼 命最大施主浓度是 指经 小时热 处理后达到的浓度 近来 。 等人采用扫描红外法 、 扩 展电阻技术和高分辨率的腐蚀法来研究直拉 硅中的热施主 〕 。 实验结果表明 , ℃几小 时的热处理产生的初始热施主浓度 , 并不直 接随硅中氧浓度而变化 。 这与从前流行的观 点 基于氧和热施主浓度 的宏观平均值 的分 析 一 不大相同 。 考虑到 ℃下空位 和氧的 扩散系数 , 等人认为 , 这些热施主 只能归因于氧一空位络 合物的 存在 。 热施主 分布和微缺陷分布的关系也证实了同样的结 论 。 并发现高浓度的 型缺陷会抑制热施主 的激活 , 这与以前的看法是一致的 。 。 。 新施主 等 人 报导 , 直拉硅片在 ℃范围内热退火 , 会产生不同于 ℃热 施主的额外施主 , 称之为新施主 。 新施主 的 热行为不同于热施主 , 在低于 ℃时 , 是比 较稳定的〔 “ 〕。 从图 中可知 , 单晶中原始氧 含量越高 , 新施主产生的速率越大 。 硅单晶中的碳对新施主有影 响 , 等人的研究表明 , 在退火时 , 硅中的高 浓度碳会促进新施主的产生 。 最近 , 等人采用红外 、 低 温 霍 耳 、 四 探 针和 技术研究了 型 一 中的新施主 后 指出 新施主的电离能随退火条件而变化 。 高温时新施主的稳定性不仅仅与氧沉淀热力 学的稳定性有关 , 同时也与氧沉淀粒子形状 的变化有关 。 。 。 氛施主对器件的影响 及浦除方 法 在半导体器件制备过程中 , 会产生氧施 主 。 当原