第五章_直拉单晶硅中的杂质和位错.pdf

单晶硅中的杂质： 1.有意引入的电活性杂质：P B 2.其他杂质：氧，碳，氮，氢和金属杂质 对于集成电路用直拉单晶硅来说氧是主要的杂质，碳杂质可 以通过优化工艺降低到1016cm-3 的红外探测极限以下。 氮杂质用于控制微缺陷和增加机械强度 氢杂质钝化金属杂质和缺陷 其主要缺陷类型为：点缺陷组成的微缺陷 太阳能级别的直拉单晶硅 杂质较多：氧，碳和金属杂质 1.生长速度快所引起的杂质 2.原材料引入的杂质 3.所用的器械引入的杂质 其主要缺陷类型为：位错 正常格点上的原子，无时无刻不在作围绕平衡点的振动．由于存在热振动的涨 落，振幅达的原子就会摆脱平衡位置而进入原子间隙位置．这种由一个正常原子同 时产生一个填隙原子和一个空穴的缺陷称为弗仑克尔缺陷; 某格点上的原子，由于 热振动的涨落，某时刻它的振幅变得很大，会将最近邻原子挤跑，而自己占据这一 最近邻格点，在它原来的位置留下一个空位．由于该原子把能量传递给了挤跑的原 子，挤跑的原子也能将下一个原子挤跑，…，类似于一串小球的碰撞一样, 最表面 上的原位移到一个新的位置。晶体内这种不伴随填隙原产生的空位，称作肖持基缺 陷． 刃位错 螺位错  直拉单晶硅中的氧（重点）  直拉单晶硅中的碳（简要介绍)  直拉单晶硅中的金属杂质(重点）  直拉单晶硅中的位错（简要介绍）  浓度：1017-1018 cm-3 数量级  主要来源：石英坩埚的污染 (1420度），并经过 各种温度的热处理  存在形式：间隙氧，氧热施主，氧团簇，氧沉淀  双刃剑: 内吸杂，破坏器件性能 其微观机理尚不清楚  氧的基本性质  氧热施主  氧沉淀  硼氧复合体  如何进入？  进入硅后如何存在？  制约因素（固溶度随温度变化，分凝系数，对流， 熔硅和坩埚接触面积，氧从液态硅表面的蒸发） 轴向分布 径向分布 晶体硅中氧的固溶度随温度的变化曲线 晶体硅中氧浓度的检测方法一般有：带电粒子活 化法，溶化分析法，二次离子质谱法及红外吸收光 谱法。 1.带电粒子活化法 带电粒子活化分析指的是通过鉴别和测量试样因带电粒子辐照感生 的放射性核素的特征辐射来进行元素和核素分析的活化分析方法。 1938年美国化学家G.T.西博格和J.J.利文古德用回旋加速器加速的 氘核辐照纯铁试样，测定了其中镓的含量,实现了第一次带电粒子活化分 析。 分析灵敏度：对于轻元素，中子活化分析无法测定，光子活化分析也有局 限性，这时就必须借助于带电粒子活化分析。 缺点：方法复杂，费用昂贵！ 2.溶化分析法 过程：将样品至于石墨坩埚中，加热使其溶化，样品中的 氧与过量的碳反应生成一氧化碳，一氧化碳经加热的氧化 铜后转化为二氧化碳，然后采用红外法定量检测二氧化碳， 从而得到原来样品中氧的含量。 缺点：费时费力，精度不高 3. 二次离子质谱法 用能量1～20keV的一次离子束轰击固体试样，溅射出二次离子，再 进行质谱分析的方法，可以检测由氢到铀的所有元素，能够进行表面微 区分析和纵深分析，测出化学组分和同位素组成。 二次离子质谱法对于大部分元素都有很高的探测灵敏度，其检测下限 可达百亿分之几的数量级。对痕量组分能进行深度剖析，可在微观(μm级) 上观察表面的特征，也可以对同位索进行分析和对低原子序数的元素(如 氢、锂、铍等)进行分析。 缺点：设备昂贵 4.红外测试法 将样品进行一定的处理，利用间隙氧与硅成键对红外光的吸 收作用，测试其在红外波段的吸收，从而根据吸收峰的强度 计算氧的含量。 影响的因素：温度，对比样品，表面处理（杂质去除与打磨 抛光），载流子溶度。 优缺点：简便易行，快速，成本低 只能探测处于间隙位置的氧含量，精确度不够高。 氧吸收峰： -1 1）波长为λ =8.3μm(波数为1205.cm ), 此吸收波峰主要为 1