微氮硅單晶在功率器件中的應(yīng)用研究.pdf

1、浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文微氮硅單晶在功率器件中的應(yīng)用研究姓名：路景剛申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：材料物理與化學(xué)指導(dǎo)教師：楊德仁;闕端麟2001.6.1塹逛盔堂塑圭堂壁壘奎 絲壑壁墊雖查塾空i 絲寶叢墮旦型塞 一—』龜塾型—一A B S T R A C TI nr e c e n t y e a r s ，n i t r o g e nb e h a v i o ri ns m g i ec r y s t a ! s i l i c o nh

2、a sb e e ni n t e n s i v e l ys t u d i e d I ng e n e r a l ，n i t r o g e ni s u s e da s ap r o t e c t i v eg a So rac a r r i e rg a si nm a n u f a c t u r ep r o c e s s e so f v e r yl a r g es c a l ei n t e g

3、r a t i o n ( V L S I ) I ti s w e l lk n o w n t h a t n i t r o g e ni ns i l i c o nc a ns u p p r e s sm i c r o d e f e c t s ，a n dl o c kd i s l o c a t i o n st oi n c r e a s ew a f e r s ’m e c h a n i c a ls t

4、 r e n g t h ．N i t r o g e ni nC z o c h r a l s k i ( C Z ) s i l i c o nh a sb e e nr e c e n t l y b e l i e v e d t o i m p r o v e t h ey i e l d a n d p e r f o r m a n c eo fi n t e g r a t e c i r c u i t s ．H o

5、 w e v e r ，m a n ya s p e c t so f n i t r o g e ni nC Z s i l i c o nh a ss t i l l k e p tu n c l e a r ．I nt h i s p a p e r ，p r o c e s s —i n d u c e dd e f e c t si nn i t r o g e nd o p e dC Z s i l i c o n ( N

6、c z ·s i ) a n dt h e i ri n f l u e n c eo np o w e rd i o d ea n ds w i t c h i n gt r a n s i s t o rc h a r a c t e r i s t i c sa r ei n v e s t i g a t e d ．I n o r d e rt o s t u d yt h e e f f e c to f n i t

7、 r o g e n —d o p i n go nd e v i c ep e r f o r m a n c e ，3a n d4i n c h e sN C Z —S ii n g o t sg r o w n i nn i t r o g e na t m o s p h e r e w e r eu s e df o r m a n u f a c t u r i n g d i o d ea n d t r a n s i

8、s t o rr e s p e c t i v e l y ．I n e a c h s t e p s o ft h e p r o c e s s ，t h e w a f e r s w e r e c h e c k e d b y a n o p t i c a l m i c r o s c o p e a f t e r t h ep r e f e r e n t i a le t c h i n go f b e v

9、 e l e ds a m p l e sf o rd e f e c t s ，a n dm e a s u r e db yaF o u r i e r t r a n s i t i o ni n f r a r e ds p e c t r o m e t e r ( F T I R ) f o ri n t e r s t i t i a l o x y g e n ( o i ) c o n c e n t r a t i

10、o n ．F i n a l l y ，t h ed e v i c ec h a r a c t e r i s t i c sw e r et e s t e dt of i n di t s c o r r e l a t i o nw i t ht h ep r o c e s s —i n d u c e dd e f e c t s ．F o rc o m p a r i s o n ，t h ec o m m o nC Z

11、s i l i c o n ( A C Z —S i ) s a m p l e sw i t h t h e a l m o s ts a m eo x y g e nc o n c e n t r a t i o na n dt h e r m a l h i s t o r yw h i c h w e r e g r o w n i na r g o na m b i e n t w e r e a l s ou s e d i

12、 no u r e x p e r i m e n t s ．I tw a s f o u n d t h a ta f t e r t h ed i o d e p r o c e s s ，a l ls u p e r s a t u r a t i o nO ii nN C Z - S i s a m p l e sw a s p r e c i p i t a t e da n dt h eO ic o n c e n t r

13、a t i o nf e l l t ot h ec o r r e s p o n d i n gs o l u b i l i t yc o n c e n t r a t i o n ．O nt h ec o n t r a r y ，o n l ys l i g h t o x y g e n p r e c i p i t a t e s w e r e f o r m e d i n t h e A C Z —S i w a

14、 f e r ．W h e n t h e i n i t i a l o x y g e nc o n c e n t r a t i o ni nN C Z s i l i c o n i sh i g h e rt h a n1 0 1 8c m ～，h i g h - d e n s i t yd i s l o c a t i o n s 卜1 0 5 c m 。2 ) W e r ef o r m e di nd i o d

15、 ea c t i v er e g i o na n dr e s u l t e di n r e v e r s er e c o v e r yt i m e ( T r r ) d e c r e a s e ．I tw a sf o u n dt h a tn i t r o g e n h a s r ／oi m p o r t a n t i n f l u e n c e o f fr e v e r s eb r e

16、 a k d o w n v o l t a g e a n d f o r w a r d v o l t a g ed r o po fd i o d e s ·I t i s c o n c l u d e d t h a t d u r i n g t h e d i o d e p r o c e s s n i t r o g e n s t r o n g l y e n h a n c e s o x y g

17、e np r e c i p i t a t i o n ．A c c o r d i n gt o o u rr e s u l t s ，i t i s s u g g e s t e dt h a tn i t r o g e n - d o p i n gw i l l i m p a i rt h eT r rc h a r a c t e r i s t i c so f d i o d e si ft h eo x y g

18、 e nc o n c e n t r a t i o ni sal i t t l eh i g h e r ( > 1 0 1 8 c m “ 3 ) ；i f n o t ，i th a sn oi m p o r t a n ti n f l u e n c e o n d i o d e c h a r a c t e r i s t i c s ．T o a c h i e v ea h e a v i l yd o

19、p e d s u b s t r a t ew h i c h i sn e c e s s a r yf o rs w i t c h i n g t r a n s i s t o r ，ap r o l o n g e d h i g ht e m p e r a t u r e p h o s p h o r u sd i f f u s i o n ( m a i nd i f f u s i o n ) p r o c e

20、 s sw a s e m p l o y e d ．I tw a sf o u n d t h a ts i m i l a rd e n s i t yd i s l o c a t i o n s w e r e f o r m e d i n t h e h i g h r e s i s t a n c e r e g i o n o fb o t h A C Z ．S i a n dN C Z ．S is a m p l e

21、 si nt h i sp r o c e s s ．N e v e r t h e l e s s ，f o rA C Z —S is a m p l e s ，t h ed i s l o c a t i o nd i s t r i b u t i o nw a sv c r yh e t e r o g e n e o u s ，w h i l e i t w a s h o m o g e n e o u s i n N C

22、Z ．S i s a m p l e s ．I t w a s a l s o f o u n d t h a t t h ed i s l o c a t i o n d e n s i t y a n d d i s t r i b u t i o n h a d n e v e r c h a n g e d i n t h e f o l l o w i n g t r a n s i s t o r p r o c e s s

23、 ．A c c o r d i n g l y ，t r a n s i s t o rs t o r a g et i m e ( T s ) w e r em e a s u r e d ．I tw a sd e m o n s t r a t e dt h a t ．c o r r e l a t e dw i t hd i s l o c a t i o nd i s t r i b u t i o n ，t h eN C Z

24、- S it r a n s i s t o r s ’T s w e r em o r eh o m o g e n e o u s l yd i s t r i b u t e d t h a nt h o s e o fA C Z - S it r a n s i s t o r s ．I t i s c o n c l u d e d t h a t n i t r o g e n - d o p i n g c a i l m