深亞微米級集成電路用大直徑CZSi單晶中微缺陷的研究.pdf

1、隨著集成電路的飛速發(fā)展,特征尺寸不斷縮小,對硅材料質量提出了越來越高的要求,當襯底材料的缺陷尺寸為ULSI特征線寬的1/3以上時,就成為致命的缺陷,會導致器件失效.如今在大直徑直拉硅單晶中存在的空洞型原生微缺陷已成為影響集成電路成品率的關鍵因素.本文利用原子力顯微鏡及快速熱處理技術,針對大直徑直拉硅單晶中的空洞型微缺陷進行了系統(tǒng)的研究,分析了空洞型缺陷FPDs的微觀形貌,及在熱處理過程中的行為,并首次研究了重摻銻硅單晶中空洞型微缺陷.這

2、些研究結果對于ULSI用大直徑直拉硅單晶中的缺陷工程具有非常重要的意義.研究了大直徑直拉硅單晶中空洞型缺陷FPDs的微觀形貌,并利用原子力顯微鏡對其微觀結構進行觀察,實驗發(fā)現(xiàn)FPDs外部輪廓為拋物線型,內部存在臺階結構,其空洞有單型和雙型兩種類型,并首次發(fā)現(xiàn)空洞兩側有對稱凸起結構. 首次提出了一個拋物線模型,對FPDs在Secco腐蝕液中的演變,進行了合理的解釋. 研究了大直徑輕摻直拉硅單晶中空洞型缺陷的熱處理行為,實驗

3、發(fā)現(xiàn)硅片經(jīng)1100℃以上高溫RTA處理后,FPDs明顯減少,其密度隨著退火時間的延長而不斷降低.探討了高溫RTA處理過程中FPDs端部空洞微結構湮滅機理.與其它退火氣氛相比,其中O<,2>氣氛和H<,2>氣氛效果最好.各種氣氛下快速熱處理均可降低硅片近表面區(qū)域20μm內空洞型微缺陷的密度.研究了摻雜劑原子大小對空洞微缺陷密度的影響,對大直徑重摻Sb硅片中的FPDs的研究在國內尚屬首次.在經(jīng)過相同工藝處理后,重摻Sb硅片中FPDs密度明顯

4、降低,且降低幅度大于輕摻B硅片. 研究了不同氣氛下快速預處理后,在隨后兩步熱處理形成的魔幻清潔區(qū)(MDZ),同時尋求能夠獲得低密度空洞型微缺陷和形成高質量清潔區(qū)的退火工藝.研究發(fā)現(xiàn),Ar氣氛或N<,2>/O<,2>(9﹪)混合氣氛下RTA預處理后FPDs密度較低,隨后熱處理形成的清潔區(qū)較寬.并且,N<,2>/O<,2>混合氣氛下退火可以通過調節(jié)N<,2>/O<,2>混合氣氛中兩種氣氛的比例來控制空洞型微缺陷和氧沉淀誘生缺陷的密度