快速热处理对大直径直拉硅中空洞型微缺陷及清洁区的影响

论文摘要

本文分别利用Ar,N2,N2/O2(9%),N2/O2(14%)和O2作为退火气氛,研究了高温快速热处理对大直径直拉硅片中空洞型微缺陷FPDs的退火行为。研究发现,不同的退火气氛对硅片中空洞型微缺陷密度有不同的影响,其中,O2气氛下退火后硅片中FPDs密度最低,Ar气氛居中,N2气氛下退火后硅片中FPDs密度最高,当硅片在N2/O2混合气氛中退火后,随着O2含量的增加,硅片中FPDs密度减少。各种气氛下快速热处理均可降低硅片近表面区域20μm内空洞型微缺陷的密度。硅片中空洞型微缺陷的消除同时受到间隙氧浓度和点缺陷密度的影响。通过研究掺杂杂质对空洞型微缺陷FPDs及COPs密度的影响,发现掺入较大杂质原子的硅片,空洞型微缺陷密度相对较高,掺入较小杂质原子的硅片,空洞型微缺陷的密度相对较低。不同气氛下高温快速热处理后,硅片中FPDs的密度均有很大减少,Ar气氛下退火后硅片中FPDs密度低于N2气氛。轻掺B硅片在O2气氛退火后FPDs密度下降最多,而重掺Sb硅片在O2气氛退火后FPDs密度下降最少。硅中空洞型微缺陷(Void defect)和金属杂质的存在对硅材料的性能和器件的成品率都有重要影响。本文研究了不同气氛下快速预处理后,硅片中的FPDs密度和随后热处理形成的魔幻清洁区(MDZ)之间的关系,寻求能够获得低密度空洞型微缺陷和形成高质量清洁区的退火工艺。研究发现,Ar气氛或N2/O2(9%)混合气氛下RTA预处理后FPDs密度较低,随后热处理形成的清洁区较宽。并且,N2/O2混合气氛下退火可以通过调节N2/O2混合气氛中两种气氛的比例来控制空洞型微缺陷和氧沉淀诱生缺陷的密度。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1-1 前言
• 1-2 文献综述
• 1-2-1 硅中缺陷
• 1-2-2 空洞型微缺陷的分类与特征
• 1-2-3 空洞型微缺陷对GOI的影响
• 1-2-4 空洞型微缺陷的形成
• 1-2-5 杂质对空洞型微缺陷的影响
• 1-2-6 空洞型微缺陷的消除
• 1-2-7 MDZ的形成机理
• 1-3 本论文研究的主要内容
• 第二章 实验
• 2-1 实验样品的腐蚀
• 2-2 FPDs及清洁区的光学显微观察
• 2-3 FPDs的原子力显微镜观察
• 2-3-1 原子力显微镜（AFM）的基本原理
• 2-3-2 AFM样品制备
• 2-3-3 AFM观察
• 2-4 硅片的热处理
• 2-4-1 快速热处理
• 2-4-2 常规热处理
• 第三章 RTA气氛对VOIDS缺陷的影响及其消除机制
• 3-1 实验方案
• 3-2 实验结果与分析
• 3-2-1 硅片中FPDs的密度分布和形貌
• 3-2-2 不同气氛快速热处理对硅片中FPDs的影响
• 3-3 小结
• 第四章 掺杂原子对空洞型微缺陷的影响
• 4-1 实验方案
• 4-2 结果与讨论
• 4-2-1 重掺Sb和轻掺B硅片中空洞型微缺陷的密度
• 4-2-2 快速热处理对不同掺杂硅片中FPDs的影响
• 4-2-3 不同气氛下快速热处理对重掺Sb和轻掺B硅片中FPDs的影响
• 4-3 小结
• 第五章 RTA预处理对MDZ的影响
• 5-1 实验方案
• 5-2 实验结果
• 5-3 分析与讨论
• 5-3-1 MDZ的形成
• 5-3-2 高温快速热处理对MDZ的影响
• 5-4 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果