中子辐照直拉硅中的本征吸除效应＊.PDF

维普资讯 第 51卷 第 10期 2002年 10月 物 理 学 报 Vo1．51，No．10，October，2002 20o2，51(10)／2407—04 ACTA PHYSICASINICA ⑥2002Chin．Phys．Soc． 研 究 快 讯 中子辐照直拉硅 中的本征吸除效应* 李养贤 刘何燕 牛萍娟 刘彩池 徐岳生 杨德仁 阙端鳞 ’(河：1t32~大学材料学 院，天津 300130) (浙江大学硅材料国家重点实验室 ，杭州 310027) (2002年 5月 14日收到 ；2002年6月 1o日收到修改稿) 对经中子辐照的直拉硅 中的本征吸除效应进行 了研究．结果表 明：经 中子辐照后 ，直拉硅片经一步短时退火就 可 以在硅片表面形成完整的清洁区．清洁区宽度受辐照剂量和退火温度所控制 ，清洁区一旦形成 ，就不随退火时间 变化 ．大量 的缺陷在 中子辐照时产生 ，并 同硅 中氧相互作用 ，加速 了硅片体 内氧 的沉淀 ，是快速形成本征吸除效果 的主要 因素 ，从而把热历史的影响降到次要地位 ． 关键词 ：本征吸除，中子辐照 ，直拉硅 PACC：8160C，6180，8190 退火过程 中，在清洁区形成 的同时，体 内也有相 当数 1．引 言 量的核被溶解 ，从而使随后的第二步退火时沉淀核 的产生速率减慢 ．若要在体 内能得到较高 的缺 陷密 自从 Tan…提 出硅 片本征 吸除以来 ，对本征 吸 度 ，就需延长退火时间． 除的工艺及形成机理进行 了多方面探讨 ．实际上是 近年来 ，随着工艺的不断的改进完善，器件 的实 实现对硅中杂质缺 陷进行控制与利用 ．由于直拉硅 际应用推动了大规模集成 电路 的发展 ．但 目前本征 中存在过饱和的氧，它在本征 吸除工艺 中经历一个 吸除工艺还存在很多技术难点：1)本征吸除工艺热 复杂 的过程 ：硅片表面氧的外扩散、体内氧沉淀 的成 退火时间长 (一般三步退火要经历 40—6oh)，显然 ， 核 、长大并诱生缺陷 ．为实现这个过程 ，工艺上通 常 在器件工艺前这么长时间退火 ，既不经济 ，又会引入 采用两步退火 、三步退火及多步退火 。． 其他杂质 ．2)硅片表面容易产生缺陷，对器件制作不 采用 “低．高”两步退火工艺时，由于低温下氧的 利 ．3)清洁区控制 比较 困难 ，受多种因素制约．4)长 扩散系数小 ，氧的溶解度也小 ，此时硅中过饱和氧沉 时间退火硅片容易发生翘区，硅片尺寸越大 ，翘区更 淀 以均匀成核形式为主 ．也就是说 ，无论在硅片表面 加明显 ．5)重复性及稳定性差 ．6)无法得到通用 的工 区域还是在体内，都有过饱和的氧发生沉淀 ，而有些 艺条件 ，很难推广应用 ． 较大的沉淀在随后的高温退火时不一定都收缩或消 通过一定剂量 的快 中子辐照 ，以改变原硅片体 失 ，这对获得表面清洁区不利 ．采用 “高．低”两步退 内本征点缺陷的浓度 ，并利用这类 引入缺 陷在热过 火工艺 ，其最高温度低于器件工艺实际温度 ，所以在 程中与氧相互作用 ，来控制硅片表面氧 的外扩散和 器件工艺的最高温度下 ，两步退火 中形成 的表面清 体 内间隙氧的沉淀 ．把硅片受热历史 的影 响降到次 洁区和体内沉淀还可能发生变化 以至清洁区消失 ． 要的地位 ，初步实现 了直拉硅 中过饱和间隙氧的可 采用 “高．低．高”三步退火工艺后 ，所产生 的表面清 控沉淀 ，是一种很有前景的本征吸除技术 ．本文