深亚微米级集成电路用大直径CZSi单晶中微缺陷的研究

论文摘要

随着集成电路的飞速发展,特征尺寸不断缩小,对硅材料质量提出了越来越高的要求,当衬底材料的缺陷尺寸为ULSI特征线宽的1/3以上时,就成为致命的缺陷,会导致器件失效。如今在大直径直拉硅单晶中存在的空洞型原生微缺陷已成为影响集成电路成品率的关键因素。本文利用原子力显微镜及快速热处理技术,针对大直径直拉硅单晶中的空洞型微缺陷进行了系统的研究,分析了空洞型缺陷FPDs的微观形貌,及在热处理过程中的行为。这些研究结果对于ULSI用大直径直拉硅单晶中的缺陷工程具有非常重要的意义。研究了大直径直拉硅单晶中空洞型缺陷FPDs的微观形貌,并利用原子力显微镜对其微观结构进行观察,实验发现FPDs外部轮廓为抛物线型,内部存在台阶结构,其空洞有单型和双型两种类型,在空洞两侧有对称凸起结构。本文提出了一个抛物线模型,对FPDs在Secco腐蚀液中的演变,进行了合理的解释。研究了大直径轻掺直拉硅单晶中空洞型缺陷的热处理行为,实验发现硅片经1100°C以上高温RTA处理后,FPDs明显减少,其密度随着退火时间的延长而不断降低。探讨了高温RTA处理过程中FPDs端部空洞微结构湮灭机理。与其它退火气氛相比,其中O2气氛和H2气氛效果最好。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。研究了掺杂剂原子大小对空洞微缺陷密度的影响,对大直径重掺Sb硅片中的FPDs的研究在国内尚属首次。在经过相同工艺处理后,重掺Sb硅片中FPDs密度明显降低,且降低幅度大于轻掺B硅片。研究了不同气氛下快速预处理,对随后两步热处理形成清洁区的影响,同时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密度降低幅度较大,且随后两步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

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 深亚微米集成电路用大直径直拉硅单晶中微缺陷研究现状综述
• 1.1 集成电路发展趋势及对硅单晶材料的要求
• 1.2 大直径CZSi 单晶中的微缺陷
• 1.2.1 硅单晶中的微缺陷
• 1.2.2 大直径硅单晶中空洞型微缺陷种类
• 1.2.3 Void 微缺陷的形成
• 1.2.4 杂质对Void 微缺陷的影响
• 1.2.5 Void 微缺陷对器件性能的影响
• 1.2.6 Void 微缺陷的消除
• 1.3 氧沉淀
• 1.4 RTA 技术在集成电路中的应用
• 1.5 本论文主要研究内容
• 第二章 实验方法
• 2.1 实验设备
• 2.2 实验样品制备
• 第三章 深亚微米集成电路用大直径CZSi 单晶中的流动图形缺陷的腐蚀与显示
• 3.1 大直径硅单晶中FPDs 的微观形貌
• 3.2 腐蚀机理及抛物线模型
• 3.3 小结
• 第四章 RTA 退火气氛对轻掺硅单晶中void 微缺陷的影响
• 4.1 实验
• 4.2 实验结果
• 4.2.1 热处理气氛对FPDs 微观结构的影响
• 4.2.2 RTA 处理条件对FPDs 密度的影响
• 4.2.3 RTA 退火对硅片中间隙氧含量的影响
• 4.3 高温RTA 工艺对FPDs 的影响机制
• 4.4 小结
• 第五章 RTA 对重掺硅单晶中的void 微缺陷的影响
• 5.1 掺杂剂原子对大直径CZSi 单晶中的流动图形缺陷的影响
• 5.2 RTA 条件下重掺硅单晶中的流动图形缺陷消除机制
• 5.3 小结
• 第六章 RTA 预处理对轻掺CZSi 中的MDZ 的影响
• 6.1 实验方案
• 6.2 实验结果
• 6.3 分析与讨论
• 6.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 在学期间发表论文情况说明
• 致谢