掺氮直拉硅单晶的研究和应用

掺氮直拉硅单晶是最早由我国实现产业化并系统研究的集成电路用基础材料，它具有容易消除微缺陷，低成本制备高质量内吸杂洁净区和增加机械强度等优点，这对大直径的现代集成电路用硅片尤其重要。经过10多年的研究和开发，掺氮直拉硅单晶的优越性能逐渐被国际硅产业界和集成电路产业界所接受，目前已经在国际硅工业界相当广泛地使用，成为国际上硅单晶的一个重要新品种。     

大直径直拉硅中氮对原生氧沉淀的影响

研究了在大直径直拉硅单晶中掺氮 (N )对原生氧沉淀的影响 .通过高温一步退火 (10 5 0℃ )和低 -高温两步退火 (80 0℃ +10 5 0℃ )发现在掺 N直拉 (NCZ)硅中氧沉淀的行为与一般直拉 (CZ)硅是大不相同的 ,经过高温一步退火后 ,在氧化诱生层错环 (OSF- ring)区氧沉淀的量要小于空洞型缺陷 (voids)区 ,而经过低 -高温两步退火后 ,OSF-ring区的氧沉淀量要远远大于 voids区 .由此可得 ,在晶体生长过程中 ,N通过改变硅晶体中空位的浓度及其分布从而改变原生氧沉淀的尺寸和分布 .并在此基础上讨论了在大直径 NCZ硅中掺 N影响原生氧沉淀的机理 .     

大直径直拉硅中氮对原生氧沉淀的影响

研究了在大直径直拉硅单晶中掺氮(N)对原生氧沉淀的影响.通过高温一步退火(1050℃)和低-高温两步退火(800℃+1050℃)发现在掺N直拉(NCZ)硅中氧沉淀的行为与一般直拉(CZ)硅是大不相同的,经过高温一步退火后,在氧化诱生层错环(OSF-ring)区氧沉淀的量要小于空洞型缺陷(voids)区,而经过低-高温两步退火后,OSF-ring区的氧沉淀量要远远大于voids区.由此可得,在晶体生长过程中,N通过改变硅晶体中空位的浓度及其分布从而改变原生氧沉淀的尺寸和分布.并在此基础上讨论了在大直径NCZ硅中掺N影响原生氧沉淀的机理.     

氮对重掺锑直拉硅中氧沉淀的影响

通过在不同条件下退火,研究氮杂质对重掺锑硅(HSb- Si)中氧沉淀的影响.实验结果表明,在高温单步退火(10 0 0～115 0℃)和低高两步退火(6 5 0℃+10 5 0℃)后,掺氮HSb- Si中与氧沉淀相关的体微缺陷的密度都要远远高于一般的HSb- Si.这说明在HSb- Si中,氮能分别在高温和低温下促进氧沉淀的生成.因此,可以认为与轻掺直拉硅一样,在HSb- Si中,氮氧复合体同样能够生成,因而促进了氧沉淀的形核.实验结果还表明氮的掺入不影响HSb硅中氧沉淀的延迟行为.     

氮对重掺锑直拉硅中氧沉淀的影响

通过在不同条件下退火,研究氮杂质对重掺锑硅(HSb-Si)中氧沉淀的影响.实验结果表明,在高温单步退火(1000～1150℃)和低高两步退火(650℃+1050℃)后,掺氮HSb-Si中与氧沉淀相关的体微缺陷的密度都要远远高于一般的HSb-Si.这说明在HSb-Si中,氮能分别在高温和低温下促进氧沉淀的生成.因此,可以认为与轻掺直拉硅一样,在HSb-Si中,氮氧复合体同样能够生成,因而促进了氧沉淀的形核.实验结果还表明氮的掺入不影响HSb硅中氧沉淀的延迟行为.     

低缺陷掺氮直拉硅单晶抛光片

1、产品及其简介该产品采用气相掺氮技术,即氮气既作为保护气,又通过与硅熔体反应掺入熔体,是硅晶体中氮的来源,解决了气相掺氮掺入量控制的难题。用气相(氮气)直接掺氮,操作简便,成本低廉,但需要用特殊方法精确控制掺入量。     

微氮硅单晶中的空洞型原生缺陷

研究了掺氮和不掺氮直拉硅单晶中,空洞型原生缺陷(voids)的分布行为和其退火性质.从两种晶体不同位置取样,观察与大尺寸voids相关的流水花样缺陷(FPD)沿晶体轴向的分布,然后在1050～1250℃下Ar气中退火不同时间.实验结果表明在掺氮直拉硅中与较大尺寸voids相关的FPD缺陷的密度大量减少,其体内这种FPD缺陷的退火行为与不掺氮直拉硅一样,在高温下才能被有效的消除.这表明在直拉硅中掺氮可以抑制大尺寸的voids的产生,而且掺氮硅中voids的内壁也有氧化膜存在.     

微氮硅单晶中的空洞型原生缺陷

研究了掺氮和不掺氮直拉硅单晶中,空洞型原生缺陷(voids)的分布行为和其退火性质.从两种晶体不同位置取样,观察与大尺寸voids相关的流水花样缺陷(FPD)沿晶体轴向的分布,然后在1050～1250℃下Ar气中退火不同时间.实验结果表明在掺氮直拉硅中与较大尺寸voids相关的FPD缺陷的密度大量减少,其体内这种FPD缺陷的退火行为与不掺氮直拉硅一样,在高温下才能被有效的消除.这表明在直拉硅中掺氮可以抑制大尺寸的voids的产生,而且掺氮硅中voids的内壁也有氧化膜存在.     

高能粒子辐射直拉硅中辐照缺陷的控制

受高能粒子辐射,在直拉硅中会产生各种辐照缺陷,对硅及硅基器件的性能产生不利的影响,对辐照缺陷的控制可以增加硅的辐照稳定性。     

含氮直拉硅中氧沉淀及伴生缺陷的特征

氧沉淀吸杂工艺的应用使直拉硅中氧的沉淀及伴生缺陷的形成及其微观结构成为热门的研究课题。氮因有钉扎位错,增加硅片强度的作用而引起重视,并在实际应用中收到了良好的效果,本工作用TEM和HREM研究了氮在直拉硅中沉淀相及其伴生缺陷的特征,并和不含氮的样品进行了对比。所用材料为N型无位错直拉硅单晶,含5.5×10~(17)cn~(-3)的氧和8.4×10~(15)cm~(-3)的氮,经过450℃64小时+750℃223小时+1050℃3小时三步退火处理。IR分析表明此时样品中53％的氧和100％的氮已消失,样品减薄到3μm后,用Ar~+减薄成电镜试样,在JEM-200cx上进行TEM和HREM观察。     

重掺直拉硅对重金属Cr的内吸杂能力

研究了重掺硼( HB)、重掺砷( HAs)以及重掺锑( HSb)直拉( CZ)硅片对重金属Cr的内吸杂能力.将不同程度(～10 1 2 cm- 2 ,～10 1 4 cm- 2 )沾污Cr的硅片在N2 下进行常规的高-低-高三步退火,并由全反射X射线荧光光谱( TRXF)测量退火前后样品表面Cr的含量.结果表明在三种重掺硅中,HB硅片的内吸杂能力最强,HAs硅片次之,HSb硅片最低     

重掺直拉硅对重金属Cr的内吸杂能力

研究了重掺硼(HB)、重掺砷(HAs)以及重掺锑(HSb)直拉(CZ)硅片对重金属Cr的内吸杂能力.将不同程度(～1012cm-2,～1014cm-2)沾污Cr的硅片在N2下进行常规的高-低-高三步退火,并由全反射X射线荧光光谱(TRXF)测量退火前后样品表面Cr的含量.结果表明在三种重掺硅中,HB硅片的内吸杂能力最强,HAs硅片次之,HSb硅片最低.     

氮对直拉硅片中氧沉淀分布的影响

研究了氮在退火过程中对直拉硅片中的氧沉淀分布的影响.实验结果表明,三步退火后在掺氮硅片截面形成特殊的M形的氧沉淀密度分布,即表面形成没有氧沉淀的洁净区(DZ),体内靠近DZ区域形成高密度、小尺寸的氧沉淀,而在硅片的中心处形成低密度、大尺寸的氧沉淀.分析认为,由于在第一步高温退火过程中氮在硅片表面外扩散,同时在硅片体内促进氧沉淀,改变了间隙氧的分布,从而导致在随后的热处理过程中氧沉淀的特殊分布行为.     

氮对直拉硅片中氧沉淀分布的影响

研究了氮在退火过程中对直拉硅片中的氧沉淀分布的影响.实验结果表明,三步退火后在掺氮硅片截面形成特殊的M形的氧沉淀密度分布,即表面形成没有氧沉淀的洁净区(DZ) ,体内靠近DZ区域形成高密度、小尺寸的氧沉淀,而在硅片的中心处形成低密度、大尺寸的氧沉淀.分析认为,由于在第一步高温退火过程中氮在硅片表面外扩散,同时在硅片体内促进氧沉淀,改变了间隙氧的分布,从而导致在随后的热处理过程中氧沉淀的特殊分布行为     

锗对重掺硼直拉硅中氧沉淀的影响

通过单步长时间退火(650～1150℃/64h)和低高两步退火(650℃/16h 1000℃/16h和800℃/4～128h 1000℃/16h),研究锗对重掺硼硅(HB-Si)中氧沉淀的影响.实验结果表明,经过退火后,掺锗的重掺硼硅中与氧沉淀相关的体微缺陷密度要远远低于一般的重掺硼硅,这表明锗的掺人抑制了重掺硼硅中氧沉淀的生成,并对相关的机制做了初步探讨.     

锗对重掺硼直拉硅中氧沉淀的影响

通过单步长时间退火(650～1150℃/64h)和低高两步退火(650℃/16h+1000℃/16h和800℃/4～128h+1000℃/16h),研究锗对重掺硼硅(HB-Si)中氧沉淀的影响.实验结果表明,经过退火后,掺锗的重掺硼硅中与氧沉淀相关的体微缺陷密度要远远低于一般的重掺硼硅,这表明锗的掺人抑制了重掺硼硅中氧沉淀的生成,并对相关的机制做了初步探讨.     

p型微氮直拉硅中氧施主的电学特性

研究了p型含氮以及不含氮直拉(CZ)硅中热施主(TD)以及氮氧(N-O)复合体的电学性质.硅片在350～850℃范围进行不同时间的退火后,利用四探针和通过室温傅里叶红外光谱(FTIR)分别测量其载流子浓度和间隙氧浓度的变化.实验结果表明:p型含氮直拉硅(NCZ)中热施主的电学特性基本与n型NCZ硅相同,但N-O复合体的消除温度明显低于n型NCZ硅,这是由于p型NCZ硅中硼促进了N-O复合体的消除.     

p型微氮直拉硅中氧施主的电学特性

研究了p型含氮以及不含氮直拉(CZ)硅中热施主(TD)以及氮氧(N-O)复合体的电学性质.硅片在350～850℃范围进行不同时间的退火后,利用四探针和通过室温傅里叶红外光谱(FTIR)分别测量其载流子浓度和间隙氧浓度的变化.实验结果表明:p型含氮直拉硅(NCZ)中热施主的电学特性基本与n型NCZ硅相同,但N-O复合体的消除温度明显低于n型NCZ硅,这是由于p型NCZ硅中硼促进了N-O复合体的消除.     

扫描隧道显微镜重掺硅（111）表面微缺陷研究

利用电化学扫描隧道显微镜（ＥＣ－ＳＴＭ）初步研究了重掺锑硅（１１１）抛光片表面的微结构．多数硅晶片表面不同部位的ＳＴＭ形貌相表明，表面处理过程产生的微缺陷远比晶体生长过程产生的微缺陷多；粗糙度约为几个纳米的大面积平整区域与面积虽小但缺陷密度很高而且无规则分布的微区共存．微缺陷密度与晶体完整性、掺杂浓度和抛光条件有关．轻掺锑硅（１１１）表面相对平整，微结构尺寸较大（１００ｎｍ左右）边缘较平滑；重掺锑硅表面微缺陷密度很高，结构复杂，平整度明显降低．表面机械损伤，杂质条纹，过腐蚀等缺陷密度通过优化表面抛光条件可