能源导致全球气候变暖

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1、硅中的缺陷和硅片热处理摘要:本文评述了近年来着重研究的COP、LSTD、FPD和BMD等硅中的微缺陷。介绍了硅片在氢或氩气中高温退火对消除硅中微缺陷,提高GOI合格率的实验结果。研究表明,硅片的高温退火是提高硅片质量的一种技术途径。1引言90年代大规模集成电路的发展依然遵循摩尔定理，每3年器件的尺寸缩小1/3,芯片的面约增加1.5倍，芯片中的晶体管数增加4倍，现在已进入线宽0.18um的特大规模ULSI领域。随着集成电路的飞速发展对ULSI用的硅片质量提出了更高的要求。归纳起来就是要求硅片的晶格缺陷更

2、少以及对器件有害的杂质含量更低。研究表明,缺陷的尺寸在ULSI特征线宽的1/3以上时,就成为致命的缺陷[1],会导致器件失效。要提高硅片的质量，满足集成电路的要求，一方面要改进拉晶的工艺和硅片加工的质量，另一方面应用80年代提出的缺陷工程[2]来改善硅片的质量。缺陷工程广泛用于硅片生产和集成电路制备过程中的是内吸除和外吸除技术。硅片背面淀积多晶硅、背面软损伤等是已经在生产中应用的外吸除技术，用三步法退火利用硅片中氧在硅片体内形成高密度的氧沉淀——体微缺陷(BMD)起杂质吸除中心而在硅片表面形成一层洁净

3、区称之为吸除，通常称为氧本征吸除[3]，这也是常用的提高硅片质量的一种吸除技术。使用内吸除技术需要高氧含量的硅片，三步法热处理工艺过程，还与硅片的“热历史”有关，所以影响了这种技术的有效应用。90年代起为适应ULSI对硅片质量的要求，国际上两种技术途径在研究开拓：一种是硅片热处理技术；另一种是硅外延。硅片热处理以日本为代表，1993年日本东芝陶瓷公司开发成功硅片高温氢处理的新技术，并生产了称“Highwafe”(高质量硅片)的硅片[4]。这种硅片质量好，而价格提高了一倍，这种硅片已为日立、富士通、IB

4、M等集成电路生产企业所采用。另一途径是使用硅外延片，因外延层含氧量低，没有晶体原生颗粒缺陷，并且硅外延片还能把吸除技术结合起来应用，所以硅外延片是制作半导体器件的一种很好的材料。对器件而言，硅外延片具有能扼制闩锁效应、抗?粒子辐射等优点，因而倍受青睐，当然硅外延片成本比抛光硅片高。本文介绍了近年关注的硅中的缺陷和硅片高温热处理对降低硅中的缺陷、提高硅片质量的效果。2硅中的几种晶格缺陷在单晶硅晶锭生产和硅片加工的过程中，由于种种原因会破坏硅单晶晶格的完整性，即形成晶格缺陷。在拉制硅单晶过程中形成的缺陷称

5、为原生缺陷，而在硅片加工过程中及器件工艺过程中引入硅片中的缺陷称为诱生缺陷。随着集成电路对硅片质量提出更高的要求，近年来，硅中一些更微小的缺陷也引起人们的研究兴趣。2．1硅中的空位和填隙原子硅中的空位(V)和硅的自填隙原子(I)称为硅的本征缺陷，它们是在拉晶时在硅的固液界面形成的。随着硅晶体的冷却，因温度和浓度梯度的作用向晶锭固体部分扩散。一般在硅片的中间区域是空位富集区，而在硅片的边缘区域是填隙原子富集区，如图1所示，经过适当高温缀饰处理(例如水汽热氧化)，氧化层错往往产生在V和I富集区的交界处[5

6、－7]。本征缺陷在高温时是孤立的点缺陷，在晶锭冷却时点缺陷开始凝聚，在V富集区往往形成空位团，这种空位团称D缺陷。在I富集区，高浓度的填隙原子会形成非本征型(插入型)的位错环。对直拉(CZ)硅单晶，根据拉速v和固液界面处轴向温度梯度g的不同，V和I富集区的大小会发生变化。研究表明存在一种Ccrit=2.1x10-5cm2/SK参数,当v/g>Ccrit时,即高拉速或小的轴向温度梯度时，硅片中V富集区扩大甚至使I富集区消失，形成全部是V富集区。当v/g

7、V富集区缩小甚至消失,形成全部是I区。空位或填隙原子的凝聚是形成硅晶格中一些缺陷的起源。2．2晶体原生颗粒缺陷晶体原生颗粒缺陷(COP)是硅单晶中的原生缺陷。这种缺陷是用SC-1（NH4OH：H2O2：H2O=1：1：5）溶液，在85度下煮抛光硅片4小时后显示出来的一种晶格缺陷。用SC-1溶液处理硅片后，硅片表面层被腐蚀掉150nm。COP缺陷的密度可以通过激光扫描颗粒计数仪进行检测。COP缺陷是八面体微空洞，如图2所示，COP的大小为0.12~0.30um。COP缺陷的蚀坑通常可分为两类:一类为单型

8、，它是由{111}面组成的八面体;另一类为双型,是垂直洞,带有{111}小平面。COP缺陷的密度在硅片的中心区高，边缘区低，这与V及I富集区分布有关，研究认为COP的起源是空位团。拉晶时拉速快COP密度增加，缺陷的尺寸变小；反之，当拉速慢即晶锭冷却速率慢时，则COP密度减少，缺陷尺寸变大。图3显示了COP缺陷密度沿硅片径向的分布[9]。一般情况COP缺陷在硅片中心区域密度高，在硅片边缘区域密度低，这与硅片中心区是V富集区，而边缘区是I富集区相对应，即表明