氧沉淀对直拉硅单晶硬度的影响

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1、第33卷第5期稀有金属2009年lO月V0l_33No．5CHINESEJOURNALOFRAREMETALS0cL2oo9氧沉淀对直拉硅单晶硬度的影响曾徵丹，马向阳，陈加和，杨德仁(浙江大学硅材料国家重点实验室，浙江杭州310027)摘要：研究了氧沉淀对直拉(cz)硅单晶维氏硬度的影响。研究表明，在发生一定程度氧沉淀的情况下，硅单晶的硬度会由于氧沉淀导致的间隙氧浓度的降低而减小，此时间隙氧原子的固溶强化作用对硅单晶硬度具有显著的影响；而当氧沉淀足够显著时，由于氧沉淀的密度和尺寸较大，氧沉淀在硅单晶中的第二相强化作用得以显现，此时硅单晶的硬度不随间隙氧浓度的降低而减小，反而有较为显著的提高。

2、关键词：单晶硅；氧沉淀；维氏硬度_．doi：10．3969／j．issn．0258—7076．2009．05．031中图分类号：TN304．1；O614．41文献标识码：A文章编号：0258—7076(2009)05—0758—04直拉(Cz)硅单晶广泛用于集成电路的制造，间隙氧浓度为9．4X10"cm(旧ASTM)，电阻率其原因在于cz硅单晶中的间隙氧原子可以提高硅为4OQ·cm的CZ硅片。样品经低温和高温两步退片的机械强度¨J，此外，在集成电路制造的工艺过火后形成氧沉淀，其中低温退火的温度分别为程中会产生氧沉淀并可诱发二次缺陷，它们能有650，750和800℃，退火时间为1～16h；高温

3、退效吸除硅片表面的金属沾污，这有利于提高集成火温度为1000℃，退火时间为8—64h。低一高两电路的成品率。氧沉淀的密度和尺寸不但影响硅步退火结束后，用傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)片的内吸杂能力，而且对硅片的机械强度也有影测试样品中的间隙氧浓度，从而确定间隙氧浓度响。一方面，超过一定临界尺寸的氧沉淀将会产生的变化量。采用扫描红外显微镜(SIRM)表征样品冲出位错，使硅片屈服强度降低，部分氧沉淀会在中氧沉淀的密度及其平均尺寸。在测量维氏硬度高温过程中诱生滑移位错，进而导致硅片翘前，采用化学机械抛光去除样品表面约30m厚曲-4]；另一方面，高密度小尺寸的氧沉淀则可抑的一层，以充分去除样品在经

4、历高温1000℃热处制由热应力导致的硅片翘曲J。随着硅片直径的理时导致的氧外扩散层。用稀氢氟酸溶液(HF：增大，硅片在集成电路制造过程中受到的热应力HO=1：10)去除样品表面的自然氧化层，然后采以及由重力导致的应力显著增大，从而导致滑移用显微维氏硬度仪在相同的载荷下测量样品的维位错和硅片翘曲的增加娟j。因此，对硅片的机械氏硬度。测量时，压痕的一条对角线方向和硅片的强度提出了更高的要求。为了进一步了解氧沉淀[11O]晶向平行，维氏硬度仪的载荷设定为100g，对CZ硅单晶机械性能的影响，本文研究了CZ硅加载时间为10s。对每个样品进行10次维氏硬度单晶经历不同热处理后形成的氧沉淀后对维氏硬的测

5、量，10个压痕都分布在同一条直线上，压痕度的影响。结果表明，一定程度的氧沉淀会使硅单间距为1mm。由压痕的尺寸可以计算出相应的维晶的硬度降低；当氧沉淀进一步加剧时反而会使氏硬度，每个样品的维氏硬度由上述10个压痕所硅单晶的硬度有所升高。进一步地，本文尝试对这对应的维氏硬度的分布范围来表征。一结果给出了定性的物理解释。2结果与讨论1实验2．1间隙氧浓度对硬度的影响图1(a)是样样品取自N型，直径6英寸，晶向为<100>，品经过维氏硬度测试后留下的压痕的光学显微镜收稿日期：2008—08—01；修订日期：2009—05—08基金项目：国家自然科学基金重点项目(50832006)资助作者简介：曾徵

6、丹(1986一)，女，湖南邵阳人，博士研究生；研究方向：研究半导体材料机械性能}通讯联系人(E—mail：mxyoung@zju．edu．cn)5期曾徵丹等氧沉淀对直拉硅单晶硬度的影响759日鼬n焉图l维氏硬度压痕的光学显微镜照片(a)和产生了径向裂纹的压痕的光学显微镜照片(b)Fig．10pticalmicrograph0fresidualimpre8sion0fVickershardnesstest(a)，Opticalmicrograph0fresidualimpression0fVickershardllesstestw]itlllateralcracks(b)照片，由图可见，压痕形

7、状规则。由于在测量维氏降低而减小；而区域2中维氏硬度和c[0i]没有明硬度时，维氏硬度仪压头的对角线方向平行于硅显的相关性。片中位错的最易滑移方向即：[110]晶向，在压痕在测量维氏硬度时，位于压头下方的硅单晶产生过程中，其四个尖角处产生的微裂纹沿硅片区域受到很大的静水压力，从而发生相变及塑性的[110]晶向扩展。测试过程中在有的压痕周围会形变。透射电镜观察表明压头与硅单晶接触面的¨。’“]1b)所示产生径向