论文部分内容阅读
集成电路技术的提升极大地促进了半导体产业的发展,21世纪,伴随物联网、人工智能的发展,半导体产业已经成为推动国民经济高质量发展的关键性产业。硅材料作为一种具有诸多优点的半导体材料,它的应用十分广泛。目前,集成电路的特征线宽逐渐减小,已经进入纳米级时代,过渡族金属对电路的影响越来越显著。Fe和Cu作为普遍存在于硅片加工过程中的过渡族金属,其在硅片中的沾污和扩散行为具有很大的研究价值。本文主要研究了 Fe在硅片中的沾污行为和Cu在硅片中的外扩散行为。利用不同的条件对硅片进行了研磨、腐蚀等处理,采用表面光电压法(SPV)研究了不同表面状态对硅片Fe沾污的影响;通过不同的热处理条件,利用全反射X射线荧光光谱仪(TXRF)研究了不同掺杂种类及不同掺杂浓度的硅片中Cu的外扩散行为。主要得出了以下结论:(1)硅片表面粗糙度能够影响表面在溶液中的Fe沾污。硅片的表面越粗糙,对Fe离子的吸附面积越大,当硅片浸入含有Fe离子的溶液中,表面会附着更多的Fe离子。(2)疏水性表面对Fe离子的吸附作用较小,而亲水性表面对Fe离子具有较强吸附作用。酸腐蚀硅片经过以HF酸结尾的改进型RCA清洗后,表面疏水性增强,相对不易附着Fe离子,通过超纯水冲洗后能够去除;而当酸腐蚀硅片表面经过SC-1溶液处理后,表面亲水性增强,Fe离子很容易附着在硅片表面,且难以通过超纯水冲洗去除,退火后将扩散进入体内。(3)硅片表面形成的损伤对Fe离子具有较强的吸附作用。当硅片的腐蚀去除量较小时,腐蚀后表面残留的研磨损伤层则较深,表面对Fe离子的吸附作用更强,表面吸附的Fe离子也越多,且通过超纯水冲洗后无法去除,退火后扩散进入硅片体内;当硅片经过喷砂形成表面软损伤或者存在表面划伤时,损伤区域对Fe离子的吸附作用较强,Fe沾污较严重。(4)对于P型硅,轻掺和重掺B硅片中的Cu在低温(300℃)退火较长时间(60min)时能够发生外扩散;而相比重掺B硅片,Cu在轻掺B硅片中更容易发生外扩散,且在较高温度(650℃和850℃)退火时,随着退火时间的增长,外扩散至表面的Cu首先增多,但当超过一定的退火时间后,表面的Cu会再次扩散进入硅片体内,并在体内被俘获。对于N型硅,重掺Sb硅片在低温(300℃)退火时,硅片中的Cu不会发生外扩散,而在650°C退火时则能够发生稳定的外扩散,且随着退火时间的增长,外扩散至表面的Cu也越多;但在较高温度(850℃)下,随着退火时间的增长,硅片表面的Cu重新进入体内并被俘获。对于掺杂浓度较高的重掺人s<100>和<111>硅片中的Cu,在300℃、650℃和850℃退火时,均不会发生外扩散。