重掺砷硅单晶中氧沉淀及诱生缺陷的研究

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近年来,在微波晶体管和超大规模集成电路的研制、生产中,已经越来越多地采用在重掺衬底上外延薄层材料,如N/N~+与p/p~+外延结构。采用这种结构与IG工艺相结合,能够大大地提高动态存储器DRAM的记忆保持时间,是解决电路中闩锁效应(Latch-up)和α粒子引起的软失效(Soft-error)的最佳途径。重掺砷硅衬底片正日益受到器件厂家的青睐,所以研究重掺砷硅单晶中的氧沉淀及诱生缺陷对实现重掺衬底的内吸除有重大意义。 本文通过化学腐蚀、光学显微镜、扫描电镜(SEM)、透射电境(TEM)等分析技术,对重掺砷硅单晶在单步退火工艺和内吸杂退火工艺中氧沉淀及诱生缺陷的形态,形核与热处理温度、时间的关系等进行了研究。探索出一种改进的内吸除技术,并探讨了其增强重掺硅片中氧沉淀的机理。 普通直拉硅氧沉淀在低温750℃形核,重掺As硅单晶形核温度较高,在750℃-900℃之间。重掺砷硅单晶在中高温退火时形成密度较高的氧沉淀及诱生缺陷。随着退火时间的延长氧沉淀尺寸增大,密度略有增加;随着退火温度的升高,氧沉淀尺寸相对减小。对氧沉淀形态及诱生缺陷进行了TEM测试分析,结果表明,在中温退火时出现氧沉淀引起的层错和位错环;在高温退火后生成了多面体形状的氧沉淀。使用改进的内吸除工艺,在重掺砷硅片表面形成了较宽的清洁区,体内形成了较高密度的氧沉淀和诱生缺陷。砷增强了硅片近表层区氧的外扩散。在该吸除工艺下,重掺B、P、Sb硅片表面也形成了不同宽度的清洁区,体内出现了较高密度的氧沉淀。
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