高溫快速熱處理對直拉硅單晶中雜質(zhì)行為的影響.pdf

1、快速熱處理(RTP)作為一種敏捷制造手段,近十年來在直拉硅片內(nèi)吸雜工藝中得到很好的應(yīng)用,其根本原因在于高溫RTP引入的空位能增強(qiáng)直拉硅片的氧沉淀且空位濃度的深度分布可以受控。雖然高溫RTP對輕摻直拉硅片氧沉淀的影響規(guī)律已經(jīng)得到很好的闡明,但這些規(guī)律是否適用于重?fù)街崩杵€不清楚。此外,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)氮?dú)夥障碌母邷豏TP對直拉硅片氧沉淀的增強(qiáng)作用強(qiáng)于氬氣氛下的高溫RTP,但其機(jī)理還沒有徹底清楚。本文研究了高溫RTP對重?fù)缴橹崩杵醭恋淼挠绊?

2、研究了硅片在氮?dú)夥障赂邷豏TP過程中氮原子的內(nèi)擴(kuò)散行為,其目的在于理解氮?dú)夥障碌母邷豏TP對直拉硅片氧沉淀增強(qiáng)作用的機(jī)制。此外,還研究了氮?dú)夥障赂邷豏TP引入的氮雜質(zhì)對硅片機(jī)械強(qiáng)度的影響。本文取得了如下主要結(jié)果:
　　 (1)對比研究了未經(jīng)高溫RTP和經(jīng)過1100-1250℃下的RTP預(yù)處理的重?fù)缴橹崩杵诮?jīng)歷后續(xù)低溫(450,650或800℃)處理4小時(shí)和高溫(1000℃)處理16小時(shí)的氧沉淀情況。研究發(fā)現(xiàn),RTP預(yù)處理可以

3、明顯促進(jìn)重?fù)缴楣杵醒醭恋淼男纬?并且該促進(jìn)作用在800℃形核時(shí)表現(xiàn)得最為明顯,但650℃仍是氧沉淀的最易形核溫度。根據(jù)這些結(jié)果,闡明了重?fù)缴橹崩杵诓煌蜏叵碌难醭恋硇魏藱C(jī)制及高溫RTP對氧沉淀形核的影響。
　　 (2)對比研究了未經(jīng)過RTP和經(jīng)過1250℃的RTP預(yù)處理的普通和摻氮的重?fù)缴橹崩杵诮?jīng)歷后續(xù)低溫(450,650或800℃)處理4小時(shí)和高溫(1000℃)處理16小時(shí)的氧沉淀情況。研究表明,無論是否經(jīng)過RTP預(yù)

4、處理,氮雜質(zhì)都能促進(jìn)重?fù)缴橹崩杵难醭恋怼Ｎ唇?jīng)過RTP預(yù)處理時(shí),普通和摻氮樣品中氧沉淀的最易形核溫度為650℃,并且氮在650℃對氧沉淀形核的促進(jìn)作用最為明顯;當(dāng)經(jīng)過RTP預(yù)處理后,普通重?fù)缴楣杵醒醭恋淼淖钜仔魏藴囟葹?50℃,而摻氮的重?fù)缴楣杵醒醭恋淼淖钜仔魏藴囟葹?00℃,并且氮在800℃對氧沉淀形核的促進(jìn)作用最為明顯。
　　 (3)研究了氮?dú)夥障赂邷豏TP過程中氮雜質(zhì)在硅片中的內(nèi)擴(kuò)散過程。研究發(fā)現(xiàn),在1150-125

5、0℃的RTP過程中,氮雜質(zhì)在硅片中發(fā)生了顯著的內(nèi)擴(kuò)散,氮濃度隨RTP溫度的升高而增加。經(jīng)過1250℃/90s的RTP后,擴(kuò)散到硅片表面區(qū)域的氨雜質(zhì)的濃度可達(dá)1×1016 cm-3,而擴(kuò)散至深度為100μm處的氮雜質(zhì)的濃度為5×1015cm-3。研究還表明,在1250℃進(jìn)行30-90s的RTP時(shí),氮雜質(zhì)濃度隨時(shí)間增加而升高。X光電子譜研究表明,RTP中的鹵鎢燈光照促進(jìn)了硅片表面的氮化。與此同時(shí),RTP的高溫過程中硅片表面處的-Si-N-鍵

6、被分解,從而使氮原子向硅片體內(nèi)擴(kuò)散。計(jì)算表明在1250℃時(shí)氮在硅中的擴(kuò)散系數(shù)為10-6 cm2/s數(shù)量級。上述結(jié)果表明,氮?dú)夥障碌母邷豏TP不僅在硅片中注入高濃度的空位,同時(shí)也注入高濃度的氮雜質(zhì),因而比氬氣氛的高溫RTP有更強(qiáng)的氧沉淀促進(jìn)作用。
　　 (4)研究了經(jīng)氬氣和氮?dú)夥障?150-1250℃的RTP預(yù)處理的直拉硅片中受壓痕引入的位錯(cuò)在后續(xù)熱處理過程中的滑移行為。研究表明,氬氣氛下的RTP預(yù)處理對硅片中位錯(cuò)的滑移行為幾乎沒