热处理硅中的新施主(Ⅱ)

本文继续研究了LSI常用的p型CZ硅单晶经700℃热处理后产生的新施主。在n型样品中,同样观察到新施主,其性质与p型的相同,但生成率和浓度较p型的低。新施主与热施主有密切关系,在300～800℃间预热处理都可以促进新施主的产生,其中450℃预热处理的促进作用最大。大于800℃预热处理则减少新施主的产生。新施主比热施主稳定,经1050℃、30小时的热处理,浓度约为1.33×10~(15)cm~(-3)的新施主只消除了68％。本文还较详细地讨论了新施主的本质和产生机理。     

退火直拉硅中小于10nm的微缺陷

直拉硅中氧的浓度高达10~(18)at/cm~3,在器件工艺的热处理过程中,会产生氧的沉淀或形成硅氧团(SiO_x)。经过650℃下较长时间热处理所形成的与氧有关的缺陷,在表观上起施主陷阱中心的作用,引起硅片电阻率的漂移,影响器件的阈值电压,降低VLSI的成品率。近些年来,人们越来越注重研究施主陷阱的产生及其微观结构。这一方面是由于VLSI生产向低温工艺发展后,不可避免地会遇到施主陷阱问题,另一方面,新近的研究表明,在较低温度退火中形成的施主陷阱或硅氧团,在器件的后续工艺中,会成为氧进一步沉淀的核心,促进了更为复杂的沉淀物一位错络合物(PDC)的形成。因此研究在较低温度(例如650℃左右)热处理所形成的微缺陷的性质、结构及其它杂质对它生成的影响,无疑对弄清硅中与氧有关施主陷阱的本质,对改善用于VLSI器件的材料性能,都会具有十分重要意义的。     

直拉硅单晶中氮关新施主的研究

研究了微氮硅单晶在６００～９００℃温区的新施主形成特性，发现氧、氮杂质对新施主有重要影响．明确提出含氮直拉硅中存在不同于传统新施主的以氮硅氧复合体为成核中心的新型氮关新施主ＮＮＤ，其热处理行为类似于普通新施主，但形成特性受氮杂质的较大影响．对其形成机制也作了初步探讨     

微氮硅单晶中新施主的形成特性

借助于电学测量和低温（８Ｋ）红外分析技术，研究了微氮硅单晶中新施主的形成特性在６５０℃长时间热处理后，微氮硅单晶不产生新施主，其中氮破坏了新施主的可能形核中心低温４５０℃预退火能促进新施主生成，而高温１０５０℃预退火样品则同样没有新施主生成．     

p型含氮CZ—Si单晶的退火性质

本文报道了在不同热处理条件下P型含氮CZ-Si单晶材料的退火性质。实验表明:400℃及1100℃温度的退火处理都会在含氮CZ-Si单晶中产生新的施主态。400℃退火时产生的施主态会在高温(T>600℃)退火时迅速消灭,它与单晶中N-O复合体的生成和生长机制有关;1100℃退火时产生的施主态则与材料中的氮沉淀有关。     

微氮直拉硅单晶中氮杂质的施主行为

氮杂质在微氮直拉硅单晶中引入了不同于热施主（ＴＤ）和新施主（ＴＮＤ）的氮关施主（ＮＲＤ）（ｎｉｔｒｏｇｅｎ－ｒｅｌａｔｅｄｄｏｎｏｒ）．其形成于５００～９００℃，６００℃左右最为活跃．短时间热处理时，ＮＲＤ的形成与消除具有可回复性，并与氮—氮对的可逆变化──对应．随热处理时间的延长，可逆行为逐渐消失．硅中的氮最终固化于稳定的微沉淀态．     

热预处理对中子辐照直拉硅中热施主的影响

对快中子辐照的直拉硅分别进行了650 ℃和120 ℃快速(RTP)预热处理.450 ℃下不同时间热处理激发热施主,通过四探针测量电阻率和载流子浓度的变化规律,应用傅里叶红外光谱(FTIR)测量间隙氧含量的变化.实验表明经650 ℃预热处理,使辐照样品热施主的形成受到了抑制;Ar气氛RTP预处理条件下,随辐照剂量的增加热施主形成的总量会不断下降.N2气氛RTP预处理,使未辐照样品的热施主形成被抑制,气氛对辐照样品热施主的形成没有明显的影响.     

热预处理对中子辐照直拉硅中热施主的影响

对快中子辐照的直拉硅分别进行了650 ℃和120 ℃快速(RTP)预热处理.450 ℃下不同时间热处理激发热施主,通过四探针测量电阻率和载流子浓度的变化规律,应用傅里叶红外光谱(FTIR)测量间隙氧含量的变化.实验表明经650 ℃预热处理,使辐照样品热施主的形成受到了抑制;Ar气氛RTP预处理条件下,随辐照剂量的增加热施主形成的总量会不断下降.N2气氛RTP预处理,使未辐照样品的热施主形成被抑制,气氛对辐照样品热施主的形成没有明显的影响.     

CZNTD Si中氧碳对缺陷-杂质复合体行为的影响

本文研究了CZNTD Si中氧碳和缺陷-杂质复合体的热处理行为.分析了辐照和退火中的氧碳沉淀、缺陷-杂质复合体的形成、演变与施主的关系.确定了辐照施主是很少的,而主要是退火中形成的新施主,并且碳对这种施主起着强烈的促进作用.     

高温快速热处理对硅中热施主的影响

研究了不同气氛(N2、O2、Ar)下高温快速热处理(RTP)对热施主形成和消除特性的影响.研究发现无论在何种气氛下进行高温RTP,对热施主的形成均无影响.扩展电阻的分析结果表明,热施主在硅片纵向的分布是均匀的.根据高温RTP后硅片的空位特征,认为点缺陷对热施主的形成特性无影响.同时研究了高温RTP预处理对热施主消除特性的影响,发现氧气和氩气高温RTP的样品其生成的热施主经过650℃退火即可消除,和普通的热施主消除特性相同.而N2气氛下高温RTP的样品,650℃退火后仍有部分施主存在,经950℃退火才能彻底消除,这可能是由于RTP处理中发生氮的内扩散,在后续热处理中形成氮氧复合体浅施主中心所致.     

NTDCZSi中辐照施主的研究

本文对中子嬗变掺杂直拉硅(NTDCZSi)中辐照施主(ID)的退火行为和性质进行了研究,并探讨了不同中子辐照剂量和氧、碳含量对辐照施主形成的影响。首次报道了低于750℃热处理所产生的施主平台现象,并分别利用低温Hall测量和透射电镜对其进行了研究。结果表明,ID在禁带中产生～20meV的浅施主能级,其电活性起源于硅和二氧化硅沉淀的界面态。     

高温快速热处理对硅中热施主的影响

研究了不同气氛(N2 、O2 、Ar)下高温快速热处理(RTP)对热施主形成和消除特性的影响.研究发现无论在何种气氛下进行高温RTP ,对热施主的形成均无影响.扩展电阻的分析结果表明,热施主在硅片纵向的分布是均匀的.根据高温RTP后硅片的空位特征,认为点缺陷对热施主的形成特性无影响.同时研究了高温RTP预处理对热施主消除特性的影响,发现氧气和氩气高温RTP的样品其生成的热施主经过6 5 0℃退火即可消除,和普通的热施主消除特性相同.而N2 气氛下高温RTP的样品,6 5 0℃退火后仍有部分施主存在,经95 0℃退火才能彻底消除,这可能是由于RTP处理中发生氮的内扩散     

直拉硅单晶中热施主的快速热退除

本文研究了快速热处理退除热施主态的丁艺，及４５０℃、１小时热处理施主的再生问题．结果表明快速热处理是一种有效的退除热施主的方法，其效果与常规６５０℃、２小时处理相同．４５０℃、１小时处理没有热施主再生现象发生．     

高压热处理对氧沉淀低温形核的影响

研究了外加高压(1GPa)下对450℃热处理硅片中氧沉淀行为的影响.透射电镜观察表明相对于大气压下热处理的样品,高压处理的样品会产生密度更高、尺寸更小的氧沉淀,表明高压有利于小直径氧沉淀的生成.电学性能测试表明,高压下处理的样品其热施主生成浓度和生成速率远远高于常压下处理的样品,这表明热施主与低温热处理过程中生成的高浓度氧沉淀核心有密切的关系.     

高压热处理对氧沉淀低温形核的影响

研究了外加高压(1GPa)下对450℃热处理硅片中氧沉淀行为的影响.透射电镜观察表明相对于大气压下热处理的样品,高压处理的样品会产生密度更高、尺寸更小的氧沉淀,表明高压有利于小直径氧沉淀的生成.电学性能测试表明,高压下处理的样品其热施主生成浓度和生成速率远远高于常压下处理的样品,这表明热施主与低温热处理过程中生成的高浓度氧沉淀核心有密切的关系.     

中子嬗变掺杂直拉硅退火温度与目标电阻率的关系

由于中子辐照诱生的施主(简称中照施主)的产生,使得中子嬗变掺杂直拉硅(NTDCZ Si)的退火行为比较复杂。采用中子嬗变掺杂区熔硅(NTDFZ Si)或者CZ Si热处理消除热施主的退火工艺不能获得真实的目标电阻率。本文研究了NTDCZ Si退火温度与电阻率变化的关系,提出了获得准确目标电阻率的退火温度,讨论了中照施主的产生和消除条件。     

Ⅲ、Ⅴ族杂质对硅中热施主性质的影响

首次利用导纳谱技术研究了450℃处理后的CZ-Si.导纳谱、DLTS和霍耳测量的结果表明:热施主有四个施主能级,即 E_c-(330～280)meV、E_c- 120meV、E_c-52meV和E_c- 30 meV.同时证明:Ⅲ族和Ⅴ族杂质对这些能级的影响不同.对Ⅲ族杂质增强热施主形成的效应和目前已报道的有关热施主能级的分歧进行了详细研究和讨论.本文指出,用一个统一微观模型说明热施主的各种性质似乎不妥,并对这四个施主能级可能的缺陷结构进行了简单探讨.     

红外辐照退火硼离子注入硅的后热处理特性研究

本文研究了硼离子注入硅经红外辐照退火后的热处理特性.实验发现,对于20keV,3.5×10~(14)cm~(-2)~(11)B离子注入硅样品,经10秒到几十秒红外辐照后再进行不同温度的后热处理,表面薄层电阻随退火温度呈规律性变化,在1050℃附近达到最小值,此时杂质的电激活率大于100%.     

红外吸收法测定硅中氧含量

一、前言氧原子是存在于半导体材料硅中的主要非金属杂质之一,是引起硅器件成品率低和质量不稳定的一大因素,这是因为:1.硅单晶中存在的氧含量可高达10~(16)原子/cm~3——10~(18)原子/cm~3在单晶热处理时会产生施主,因而引起电阻率发生剧烈变化,甚至改型。2.进入硅中的氧围绕在重金属杂质的周围,屏蔽了金属原子对少子寿命的作用,经过热     

红外辐照退火砷离子注入硅的后热处理特性研究

本文研究了硅中砷离子注入层经红外辐照退火后的热处理特性,测量了表面薄层电阻随后热处理温度的变化关系.实验结果表明,对于红外辐照~(75)As离子注入样品,表面薄层电阻随后热处理温度的升高而发生规律性的变化,在900℃附近达到最小值,此时注入杂质的电激活率大于100%.