论文摘要
快速热处理（RTP）作为一种敏捷制造手段,近十年来在直拉硅片内吸杂工艺中得到很好的应用,其根本原因在于高温RTP引入的空位能增强直拉硅片的氧沉淀且空位浓度的深度分布可以受控。虽然高温RTP对轻掺直拉硅片氧沉淀的影响规律已经得到很好的阐明,但这些规律是否适用于重掺直拉硅片还不清楚。此外,实验发现氮气氛下的高温RTP对直拉硅片氧沉淀的增强作用强于氩气氛下的高温RTP,但其机理还没有彻底清楚。本文研究了高温RTP对重掺砷直拉硅片氧沉淀的影响；研究了硅片在氮气氛下高温RTP过程中氮原子的内扩散行为,其目的在于理解氮气氛下的高温RTP对直拉硅片氧沉淀增强作用的机制。此外,还研究了氮气氛下高温RTP引入的氮杂质对硅片机械强度的影响。本文取得了如下主要结果：（1）对比研究了未经高温RTP和经过1100-1250℃下的RTP预处理的重掺砷直拉硅片在经历后续低温（450,650或800℃）处理4小时和高温（1000℃）处理16小时的氧沉淀情况。研究发现,RTP预处理可以明显促进重掺砷硅片中氧沉淀的形成,并且该促进作用在800℃形核时表现得最为明显,但650℃仍是氧沉淀的最易形核温度。根据这些结果,阐明了重掺砷直拉硅片在不同低温下的氧沉淀形核机制及高温RTP对氧沉淀形核的影响。（2）对比研究了未经过RTP和经过1250℃的RTP预处理的普通和掺氮的重掺砷直拉硅片在经历后续低温（450,650或800℃）处理4小时和高温（1000℃）处理16小时的氧沉淀情况。研究表明,无论是否经过RTP预处理,氮杂质都能促进重掺砷直拉硅片的氧沉淀。未经过RTP预处理时,普通和掺氮样品中氧沉淀的最易形核温度为650℃,并且氮在650℃对氧沉淀形核的促进作用最为明显；当经过RTP预处理后,普通重掺砷硅片中氧沉淀的最易形核温度为650℃,而掺氮的重掺砷硅片中氧沉淀的最易形核温度为800℃,并且氮在800℃对氧沉淀形核的促进作用最为明显。（3）研究了氮气氛下高温RTP过程中氮杂质在硅片中的内扩散过程。研究发现,在1150-1250℃的RTP过程中,氮杂质在硅片中发生了显著的内扩散,氮浓度随RTP温度的升高而增加。经过1250℃/90s的RTP后,扩散到硅片表面区域的氮杂质的浓度可达1×1016 cm-3,而扩散至深度为100μm处的氮杂质的浓度为5×1015cm-3。研究还表明,在1250℃进行30-90s的RTP时,氮杂质浓度随时间增加而升高。X光电子谱研究表明,RTP中的卤钨灯光照促进了硅片表面的氮化。与此同时,RTP的高温过程中硅片表面处的-Si-N-键被分解,从而使氮原子向硅片体内扩散。计算表明在1250℃时氮在硅中的扩散系数为10-6cm2/s数量级。上述结果表明,氮气氛下的高温RTP不仅在硅片中注入高浓度的空位,同时也注入高浓度的氮杂质,因而比氩气氛的高温RTP有更强的氧沉淀促进作用。（4）研究了经氩气和氮气氛下1150-1250℃的RTP预处理的直拉硅片中受压痕引入的位错在后续热处理过程中的滑移行为。研究表明,氩气氛下的RTP预处理对硅片中位错的滑移行为几乎没有影响,而在氮气氛下的RTP预处理则使硅片中位错的最大滑移距离和滑移速度都得到显著的降低,并且其降低程度随着RTP温度的升高而增强。这表明氮气氛下的RTP预处理在硅片中引入的氮杂质显著提高了硅片的机械强度。