Photoluminescence Study on Defects in Neutron-Irradiation CZ-Silicon

1 Introduction In recent years, the irradiation defects in CZ-silicon have been studied extensively because the neutron-irradiation defects in CZ-silicon play a key role in controlling the yield and performance of VLSI circuits. However, because of the impurities (oxygen, about 1018 atoms/cm3) in silicon, behavior of irradiation-defects during heat-treatment has been proved to be complicated, while slices are subjected to neutrons irradiation and heat-treatment, the irradiation defect behavior has not been clearly understood yet.

氮掺杂工艺以及退火处理对直拉法单晶硅的影响

随着集成电路的飞速发展,要求超大规模集成电路用硅片具有更少的晶格缺陷及更低的有害杂质含量。因此,在晶体生长和器件制造过程中,必须对缺陷进行很好地控制,缺陷在硅材料的质量控制中起着关键作用。近年来通过氮掺杂控制缺陷动力学并改变缺陷的演变已被广泛应用于直拉法单晶硅中。本文以氮掺杂技术为基础,介绍了氮掺杂剂的基本性质及其与CZ硅中点缺陷的相互作用,氮掺杂对氧沉淀物、空洞的影响,以及退火处理对晶体原生颗粒、体微缺陷等的影响。

热屏位置对直拉硅单晶V/G、点缺陷和热应力影响的模拟

为了研究热屏位置对200 mm直拉硅单晶V/G、原生点缺陷浓度场以及热应力场的影响,使用CGSim有限元模拟软件进行了系统模拟。结果表明:热屏位置对硅单晶的V/G和原生点缺陷浓度的径向分布规律没有影响;较热屏至晶体侧表面距离相比,其底端至熔体表面距离的影响更大,即随着它的增加,V/G值沿径向普遍增大且由内向外变化程度增强,晶体心部高浓度空位区扩大,最大热应力减小。合理控制热屏底端至熔体表面的距离可有效改善晶体质量。

Ф400mm直拉硅单晶生长过程中氧浓度对微缺陷影响的数值模拟

针对大直径直拉硅的微缺陷控制问题,模拟研究了初始氧浓度对于直径400 mm直拉硅单晶生长过程中原生点缺陷、空洞和氧沉淀演变规律。结果表明:晶体生长过程中氧沉淀和空洞的浓度及尺寸受晶体所经历的热历史和初始氧浓度的共同影响。当温度降低时,氧沉淀和空洞浓度降低,空洞尺寸增大,氧沉淀尺寸随初始氧浓度不同变化规律相异。在较低初始氧浓度时,随温度降低氧沉淀尺寸减小,在较高氧浓度时,氧沉淀尺寸增加。在相同热条件下,高温时,随初始氧浓度增加,空洞浓度先降低后升高,随后又继续降低;低温时,空洞浓度先不变后降低。

热屏位置影响直拉单晶硅熔体和固液界面的模拟

为了研究热屏位置对于直拉单晶硅的熔体和固液界面的影响,采用CGSim有限元软件对200 mm直拉单晶硅生长过程进行了模拟,结果表明,随着热屏底端位置上升(或径向内移),熔体自由表面及其邻近区域的温度下降;随着热屏底端位置径向内移,位于两个大涡胞之间的较小涡胞强度增大且移向熔体液面深处;热屏位置上升或径向外移均会使固液界面上凸程度增大,这主要归因于晶体热场的相应变化。

直拉硅中氧化诱生层错研究进展

硅中的氧化诱生层错(OSF)是一种重要的工艺诱生缺陷,会对微电子器件产生重大影响,为提高硅片质量,要求对 OSF 有充分了解。综述了氧化诱生层错的研究进展,着重讨论了 OSF 的形成动力学、影响因素和检测方法,井指出:OSF 是一种由点缺陷行为决定的工艺诱生缺陷。

直拉单晶硅太阳能电池光致衰减效应的正电子湮没谱研究

采用正电子湮没辐射多普勒展宽谱研究了光照和热处理对直拉单晶硅太阳能电池微观缺陷和输出特性的影响。结果表明:随着光照时间的增加,太阳能电池的转换效率逐渐下降,照射超过12h后达到一个稳定值;将辐照后样品在200℃下热处理2h后,转换效率逐渐回复;电池中的硼氧复合体缺陷的激活和钝化导致电池转换效率和多普勒展宽谱的变化。

导流筒对200mm直拉单晶硅氧含量的影响研究

获得高品质、低成本的直拉单晶硅是太阳能发电技术大面积推广应用的关键基础之一。本文采用有限元ANSYS软件模拟直拉单晶硅中液口距(导流筒下沿与液面距离,DSM)和器盖距(导流筒伸入加热器的距离,DSH)对单晶炉内气体流场和热场分布的影响。结果表明,随液口距的减小,气流对熔体液面上方的吹拂能力逐渐加强,有利于SiO的挥发;当液口距小于15 mm时,气流对熔体液面产生了扰动,不利于氧含量的降低。随器盖距的增加,一方面,熔体内轴向温度梯度逐渐减小,降低了坩埚底部的温度;另一方面,坩埚侧壁的温度也逐渐降低,特别是坩埚侧壁与坩埚底部结合处温度的降低,可以减少融入熔体中的氧。最终,将数值模拟的结果应用至拉晶生产中,获得了氧含量为1.10×1018atoms/cm3的大直径(200 mm)太阳能级单晶硅,并使单炉拉晶时间比未优化前缩短了12.7 h。

液面位置对Φ300mm硅单晶固液界面形状影响的数值计算

数值模拟技术已经成为分析和优化工业化晶体生长工艺必不可少的工具。本文利用有限元分析软件计算了300mm直拉硅单晶生长过程中,不同液面位置时的晶体固液界面形状,模拟计算考虑了热传导、辐射、气流等物理现象,分析了晶体长度和液面位置对晶体生长界面形状的影响,得出了随着晶体长度的增加固液界面的凸度会增大的规律。

CZ重掺锑硅单晶的锑和氧杂质

介绍了重掺锑硅单晶生长和应用中的主要特点，并对单晶生长过程中出现的关键问题，如锑的挥发。

硅单晶Czochralski法生长全局数值模拟Ⅱ.质量传递特性

使用有限元方法对炉内的质量传递过程进行了全局数值模拟,研究了硅单晶Czochralski(Cz)法生长时氧传输的基本特性.结果表明:在小型硅Cz炉中,晶体中的氧浓度主要取决于熔体的流型和气相传质速率;安装在热区的气体导板可有效强化气相传质系数并改变熔体的流型,Marangoni效应可将自由界面处低氧浓度的熔体带至结晶界面,使晶体中氧浓度降低.

炭/炭复合材料制造硅晶体生长坩埚初探

多晶硅用直拉法(CZ)或磁场直拉法(MCZ)拉制成单晶硅棒。晶体生长炉热场零件中的石墨发热体、坩埚等在机械应力和热应力的综合作用下发生变形或损坏造成失效,更换频繁。选用纯度高的炭纤维制成待制件的多孔坯体,经过增密、纯化处理制成炭/炭复合材料坩埚。试制的两体12"炭/炭复合材料坩埚进行了工业性试验。炭/炭复合材料机械强度高、耐热冲击性能和化学稳定性好,其使用寿命大大高于高纯石墨坩埚。两体的连接止口的氧化侵蚀限制了坩埚的使用寿命。单晶硅设备的大型化、炭/炭复合材料势必成为晶体生长炉热场零件的必选材料。

拉速对?400mm直拉硅单晶中空洞分布影响的数值模拟

为了研究拉速对?400mm直拉硅单晶中空洞演变的影响,应用CGSim软件模拟了3种拉速下晶体中空洞演变过程。模拟结果表明,(1)3种拉晶速度下具有相同的空洞分布规律,即随着径向半径增加,晶体心部的空洞密度增大而平均直径减小,该变化趋势随轴向位置远离固液界面而减弱;晶体边缘的空洞密度和平均直径随径向半径增加而减小,直至形成无空洞区,无空洞区域随轴向位置远离固液界面而缩小;(2)随着拉晶速度加快,晶体心部的空洞密度及其平均尺寸相应增大,对应的变化区域基本上向边缘整体平移。

硅中热施主在热过程中的消长研究

研究退火消除直拉单晶硅中热施主的效果以及在后续热过程中热施主的再形成规律。实验结果显示,采用650℃保温40min的退火可有效消除直拉单晶硅锭肩下部形成的热施主,并使其少子寿命恢复到实际值。消除了热施主的硅锭肩下部硅片在后续的900℃/40min加热后以小于11℃/min的速率冷却,硅片的热施主会再次生成,热施主的再生成量随冷却速率增加而减少,当冷却速率达100℃/min时可避免热施主的再次生成。实验结果还显示,采用3℃/min速率慢冷至550℃再以100℃/min的速率快冷至室温的两步冷却也可避免该硅片热施主的再次生成。实验还发现,消除了热施主的硅锭肩下部硅片经900℃/40min加热后的少子寿命随冷却速率的增加而降低;经上述两步冷却与3℃/min速率一步慢冷得到的少子寿命基本相等。

硅单晶Czochralski法生长全局数值模拟Ⅰ.传热与流动特性

利用有限元方法对炉内的动量和热量传递过程进行了全局数值模拟,研究了硅单晶Czochral-ski(Cz)法生长时的总体传热和流动特性.假定熔体和气相中的流动都为准稳态轴对称层流,熔体为不可压缩流体,Cz炉外壁温度维持恒定,模拟结果表明:熔体流型及炉内传热特性与Marangoni效应密切相关,设置在晶体和坩埚间的气体导板能降低加热器的功率并改变熔体流型.

炭/炭复合材料在半导体制造行业的应用

综述了传统炭/炭复合材料和膨胀石墨基低密度炭/炭复合材料在半导体制造业直拉(CZ)法单晶硅炉中的应用。指出了在CZ单晶炉内炭/炭复合材料比石墨材料热场零部件的优势所在,并认为随着硅单晶直径的增大,炭/炭复合材料取代石墨材料将成为硅晶体生长炉热场系统的首选材料。

单晶硅生长原理及工艺

介绍了直拉法生长单晶硅的基本原理及工艺条件。通过控制不同的工艺参数(晶体转速:2.5、10、20rpm;坩埚转速:1.25、5、10),成功生长出了三根150×1000mm优质单晶硅棒。分别对这三种单晶硅样品进行了电阻率、氧含量、碳含量、少子寿命测试,结果表明,当晶体转速为10rpm,坩埚转速为5rpm,所生长出的单晶硅质量最佳。最后分析了氧杂质和碳杂质的引入机制及减少杂质的措施。

快速退火气氛对硅片洁净区和表面形貌的影响

使用N2和N2／NH3混合气氛作为快速热退火（RTA）气氛，研究了RTA气氛对洁净区、氧沉淀和硅片表面形貌的影响。在N2／NH3混合气氛下，RTA处理后，硅片表面出现小坑，同时，微粗糙度增加，后续热处理工艺中会出现薄的洁净区（～10μm）和高密度的氧沉淀。经过N2气氛RTA处理的硅片，表面微粗糙度变化不大，后续热处理中获得较厚的洁净区（≥40μm）和较低的氧沉淀密度。

密闭式热场下<111>晶向Si单晶高晶转生长研究

在Kayex CG6000单晶炉上采用优化的350 mm密闭式热场,在23~25 r/min高晶转下用直拉法拉制出了Φ76.2~125 mm、n型高阻〈111〉晶向Si单晶,单晶的外形和径向电阻率均匀性良好。对〈111〉晶向Si单晶在高晶转下生长容易出现扭曲变形、棱面较宽现象的原因进行了分析。通过添加热屏,加强热场的保温和热屏的隔热作用,及缩小等径生长阶段熔Si液面与热屏间的距离,提高了晶体结晶前沿的温度梯度。从而避免了〈111〉晶向Si单晶的扭曲变形,减小了单晶棱面宽度,同时有利于消除晶体的漩涡缺陷。

初始埚位对单晶少子寿命的影响

在KX260晶体生长系统上装备24英寸(1英寸=2.54 cm)热场,装料量为120 kg。采用5种不同的初始埚位(-50,-60,-70,-80,-90 mm),其他工艺参数相同的晶体生长工艺,拉制了5根200 mm、p型、晶向〈100〉、电阻率2Ω.cm的单晶硅棒。待硅棒冷却后,取片进行少子寿命和氧含量的测试,根据所得数据分析不同初始埚位对少子寿命的影响。由分析结果得出结论:随着初始埚位的提升,单晶硅棒少子寿命逐渐降低。结合实际生产利润及硅片品质需要,最后得到最适合晶体生长的初始埚位是-70 mm。