Исследование структурного совершенства и путей повышения качества бездислокационных монокристаллов кремния диаметром 100 мм, полученных методом Чохральского в условиях отечественного производства
Диссертация
Проведены исследования механизмов генерации низкотемпературных и 1ыс0к0температурных термодоноров в отечественном и зарубежном: ремнии. Обнаружено заметное ускорение генерации низкотемпературных ермодоноров в отечественном кремнии при одинаковых факторах. 1аблюдаемые различия связаны с высоким уровнем неконтролируемых гримесей в отечественном кремнии по сравнению с зарубежным. Это [риводит… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. Производство монокристаллов кремния для микроэлектроники и факторы, влияющие на параметры материала (литературный обзор)
- 1. 1. Современное состояние технологии производства кремния в России. Сопоставление с мировым уровнем
- 1. 2. Атомные механизмы процессов окисления поверхности пластин кремния и сопровождающие их процессы дефектообразования
- 1. 3. Механизмы образования спирально неоднородного распределения микродефектов и ОДУ в объёме монокристаллов кремния и факторы, влияющие на его появление
- 1. 4. Природа высоко- и низкотемпературных термодоноров в кремнии
- 1. 4. 1. Природа низкотемпературных термодоноров в кремнии
- 1. 4. 2. Природа высокотемпературных термодоноров
- 2. 1. Образцы для исследования
- 2. 2. Методика проведения высокотемпературного окислительного теста
- 2. 3. Измерения концентраций оптически активного кислорода и углерода дифференциальным методом в монокристаллическом кремнии
- 2. 4. Метод термообработки при
- 2. 5. Измерение удельного электрического сопротивления 4х зондовым методом
- 2. 6. Определение типа электропроводности образцов методом термозонда
- 2. 7. Методы выявления нарушенной структуры на кремнии избирательным травлением
- 3. 1. Исследование концентрационных зависимостей кислорода и углерода в монокристаллах кремния, полученных в ходе полунепрерывной технологии
- 3. 2. Исследование поведения микроструктуры на бездислокационных монокристаллах кремния 0100 мм, полученных в режиме полунепрерывной технологии
- 3. 3. Сопоставление полунепрерывной технологии, применяемой на западе, и отечественной
- 4. 1. Экспериментальные результаты
- 4. 2. Обсуждение экспериментальных результатов
ГЛАВА 5. Исследование генерации донорных состояний при термообработке кремния в интервале температур 300−660°С. 5.1. Исследование генерации донорных состояний при термообработке кремния в интервале температур 300−500°С.
Список литературы
- Петров С.В."Мировой уровень и тенденции развития производства м/к Si «, — Известия ВУЗов, „Цветная металлургия“, 1997,№ 5,стр.8−12.
- Ушаков А.Б. „Проблемы развития Российской электроники“, — Известия ВУЗов, „Цветная металлургия“, 1997, № 5,стр.13−18.
- Мильвидский М.Г. „Полупроводниковый кремний на пороге XXI века“, — Известия ВУЗов, „Материалы электронной техники“, 2000,№ 1,стр.4−14.
- Жвиблянский В.Ю., Степанова Г. М. „Оборудование для выращивания монокристаллов кремния методом Чохральского“, — 'Цветная металлургия', 1982, № 9,стр.64−70.
- Жвиблянский В.Ю."Современное промышленное оборудование для выращивания монокристаллов кремния», — конф."Кремний-96″, Москва, 1922 ноября 1996 г, тезисы докладов, стр.202−203.
- Shiraki Н., Matui J., Kawamura Т., and al., «Bright spots in the image of silicon vidicon «, — Jap. J.Appl. Phys., 1971, v. l0,#2, p.213−220.
- Quisser H.I., Goetberger A.,"Microplasmas breakdown of stair-rod dislocations in silicon», — Phil. Mag., 1963, v.8, p. 1063−1067.
- Unter T.F., Roberts R.C., Zamb D.R. «Correlation of pulsed MOS capacitor measurements dislocations in silicon', — Electron. Lett., 1977, v. 13, #4,p.93−100.
- Rozgoni G.A., Rasher R.A., «The eliminathions of stacking faults by preoxidation with oxidation induced defects «, — J. Electrochem. Soc., 1976, v. l23, #4, p.570−576.
- Corbett L.W."Electron irradiation damage in semicondactors and metals'-Academic, NY, 1966, p.406.
- А.С.Смульский 'Бездислокационный кремний и создание современных полупроводниковых приборов', — «Обзоры по электронной технике», серия 2, выпуск 12,1979,стр.30−37.112
- Thomas D.J.D., «Surface damage and copper precepitation in silicion «,-Phys.Stat.Sol., 1963, v.3,# 12, p.2265−2270.
- Mayer A. 'Datection of damage on silicon surfaces', — RCA Rev., 1970, v.31, #2,p.414−430.
- Pomerantz D.I. 'Effects of grow-in and process induced defects in single crystal silicon' -, J.Electrochem.Soc., 1972, v. l 19,#2,p.255−260.
- Drum C.M., van Gelder W.'Stacking faultiest in (100) epitaxial silicon caused by HF and thermal oxidation', — J.Appl.Phys., 1979, v.43,#l l, p.4465−70.
- Prussin S.J. 'Generation of OISF and prismatic dislocation loops in device processed Si wafers', — J.Appl.Phys., 1972, v.43, #6,p.2850−2855.
- Герасименко Н.Н."0 свойствах радиационных дефектов в кремнии."-Ионная имплантация II советско-американский семинар, Пущино 9−11 июня 1979, Новосибирское отделение Академии наук, стр.351−370.
- Tice W.K., Huang Т.С., «Circular stacking faults in silicon" — V.Appl.Phys. Lett, 1974, v.24,#4,p. 157−160.
- Рейви К., в кн. «Дефекты и примеси в полупроводниковом кремнии», М.,"Мир», 1984, стр. 90.
- Joshi «Generation of OISF daring thermal oxidation of chemically polished silicon wafers», — Acta.Met., 1966, v.14,#6,p.l 157−1165.
- Sanders I.R., Dobson P. S., «Oxidation defects and vacancy diffusioon in silicon», — Phil.Mag., 1969, v.20,p.881−890/
- Jaccodine R.J., Drum C.M., «New vacancy emission model», — Appl. Phys. Lett., 1966, v.8., #1, p.29−32.
- Ravi К. V., Varker C.J., «OISF in silicon', — J. Appl. Phys., 1974, v.45, #1, p.263−270/
- Hu S. M., «Formation of SF and enhanced diffusion in the oxidation of silicon», — J.Appl. Phys., v.45, #4, p. 1567−1570.
- Fair R.B. «Oxidation. Impurity diffusion and defects growth in Si» ,-J.Electrochem.Soc., v.128, #6,1981, p.1360−1367.113
- Fisher W.A., Amick J.A., «Defect structure on silicon surfaces after thermal oxidation», — J. Electrochem.Soc., v. l 13, 1966, p. 1054−1060/
- Wills C.N., «Defects in silicon», — Solid State Electron., v. 12, 1969, p. 133 145.
- Hu S.M., J. Appl.Phys., 1974, v.45,#4,p, 1567
- Higuchi H.H., Maki M., Takano Y. «SF in annealed silicon surfaces», -Paper 78 Electrochem. Soc.D.C., may9−13, 1981
- Queisser H.J., P.G. van Loon ,"Growth of lattice defects in silicon during oxidation», — J.Appl.Phys., v.35, 1964, p.3066−3071.
- Ingrey I.J., Maniv S., «OISF in n- and p-tape silicon»,-Paper 540 The Electrochem. Soc., Los Angeles
- Wathkins G.D., in 'Radiation Damage in Semeconduct', Dunod, Paris, 1964, p.97
- Ho G.P., Plommer J.D., «Si/Si02 interface oxidation kinetics «, — J. Electrochem.Soc., 1964, v. 126, p. 1516−1530.
- Fair R.B. «On the role of selfs-interstitials impurity diffusion in silicon», — in 'Processing Technol.', v.2, Appl. Soled Stat Scien., 1982
- JANAF Thermochemecal Tables, 2-nd ed., Nat.Bur.Std. (v.s.), 37, June 1971.
- Tiller W.A. «On the kinetics of the thermal oxidation of silicon»,-J.Electrochem.Soc., v. 127, 1980, p.625−633.
- Murarka, S.P., Quintana G.,"OISF in silicon'- J.Appl.Phys., v.48, 1977, p.46
- Hu S.M., «Dislocation propogation and emitter eage defects in Si',-Appl.Phys.Lett., v.27, 1975, p. 165−174.
- Leroy B., «Kinetics of growth of the OISF J.Appl.Phys., v.53, #7, 1982, p.4779−4784.
- Gosele V., Frank W. «Diffusion of oxygen in silicon», — Proceedings of Materials Reseach Society Meeting, Boston, Nov. 16−20, 1 980 114
- Antoniadis D.A.,"Defects structure on silicon surfaces after thermal oxidation», — Silicon Semiconductors 1981, Electrochem. Soc. Princeton N.J., 1981, p.947−953.
- Hu S.M."Defects in silicon substrates', — Proceedings of Materials Receach Soc. Meteing, Boston, Nov. 16−20, 1980
- Leroy В., Kinetics of growth of the OISF»,-J.Appl.Phys., v.50,1979,p.7996−8005.
- Tan T.Y., Gosele V. «Nucleation of CuSi precipitate colonies in oxygen-rich silicon», — Appl.Phys.Lett., v.40, 1882, p.616−645.
- М.Г.Мильвидский, В. Б. Освенский, 'Структурные дефекты в монокристаллах полупроводников', М., 'Металлургия', 1984, стр.227
- Hasebe М., Takeoka Y., Shinoyama S., Naito S. «Formation process of SF with ringlike distribution in CZ-Si wafers», — Jpn.J.Appl.Phys., v.28,1989,L1999-L2002.
- Ravi K.V. «The heterogeneous precipitation of silicon oxides in Si»,-J.Electrochem.Soc., v.121, 1974, p.1090−1098.
- William C., O’Mara, R. Herring, Handbook of semicoductor Si technology, Noyes publications, Park Ride, NJ, USA, 1990, p.94
- Kock A.J. «Microdefects in dislocation-free silicon crystals», — in Semiconductor Sil., ed Huff H.R., Sirtl E., Princeton, Electrochem .Soc. 1977, p.508−511.
- Lambert J.A., Dobson P. S., «Oxidation defectsnd vacancy diffusion in silicon», — Phil.Mag., A., v.44, 1981, p. 1031−42.
- Воронков B.B. «Ростовые микродефекты вакансионного типа в кремнии и природа кольца дефектов упаковки «,-Тезисы трудов конф."Кремний-96», Москва, 19−22 ноября, 1996, стр. 76.
- АЬе Т., Kikuchi К., Sirari S., Muraoka S., «Etch pits observed in dislocation free silicon crystals», — Semic. Sil., 1981, p.54−69.115
- Hourari M., Sano M., Samita S. At. all «Improvement of gate oxide integrity characteristics of CZ-grown Si crystals», — Sumito Siltix Kouhoku, Kishima-gun, Saga, 849−05, Jap., 1993
- Winkler R., Sano M., Simens A.G.» Improvement of gate oxide integrity by mogifying crystal pulling and its impact on device failures»,-Semiconduct.Technol. Otto-Hahn-Ring G, D-81 739, Munchen, Germany, 1994
- Wada K, Takeoka H., Jap. J.Appl.Phys., 1978, v. l8,p. 1629−1632.
- Patel J.R., Jackson K.A., Reiss H., «Oxidation precipitation and stacking faults formation in dislocation-free silicon"J.Appl.Phys., v.48, 1977, p.5279
- Harada H., Abe T. «The role of oxygen in silicon crystals in VLSI technology», — Semiconduct.Sil.1986, ed Huff H.R., Abe T., Kolbeson B., Electrochem.Soc.Pennington 1986, p.768
- Wridht-Jenkins M."a new preferential etch for defects in silicon crystals',-J.Electrochem.Soc., v. 124, #5,1977,p.757
- Miyahara S., Kobayashi S., Fujiwara and all «A model for oxygen precipitation in CZ-Si during crystal growth», — Semiconduct. Sil. 1990, ed Huff H.R., Electrochem. Soc., Pennington, N.J., 1990, p.94
- Kobayashy S., Mijahara S., Fujiwara T., Kubo T., Proc. Symposium on Advenced Sicence and Technol. For the Promotion of Science The 145th Comittee, p. 165
- Daido, Snoyama, Inoue, «Correlation of pulsed MOS capacitor measurements with oxidation induced defects', — Rev.Electron. Comm. Labs, Jap., v.27, 1979, p.33−45.
- Rawado S."Influence of preoxidation annealing on SF generation due to mechanical damage on Si surfaces', — Jap.J.Appl.Phys.V.19,#2,1980, p.225
- Kaser W., Frich H.L., Reiss H., «Mechanism of the formation of donor states in heat-trated silicon', — Phys.Rev., 1958, v. l 12,#5,p. 1546−1554.
- Fuller C.S., Logan R.A., «Effect of heat treatment upon the electrical properties of Si crystals», — J.Appl.Phys., 1957, v.28,#12, p. 1427−1436.116
- Cazacarra V., Zunino P., «Influence of oxygen on silicon resistively»,-J.Appl.Phys., 1980, v.51 ,#8,p.4206−4211.
- Oehrlein G.S., Corbett J.W. «Early stages of oxygen precipitates in CZ-Si»,-Perfects in Semicond/II, Ed. By S. Mahajian, Noth-Holand, NY, 1983, p. 107 123.
- Bearn A.R., Newman R.C., «The effect of carbon thermal donor formation in heat-treated pulled Si crystals», — J.Phys.Chem.Sol., 1972, v.33,#2,p.255−268.
- Voroncov V.V., «Generation of thermal donors in silicon «,-Sem.Sci.Tec., 1993,#8, p.2037−2047.
- Clealand J.W. «Heat-treatment studies of oxygen-defects impurity interactions in Si»,-J.Electrochem.Soc., 1982, v. 129,#9,p.2127−2132.
- Capper P., Jones A., «The effect of heat treatment on dislocation-free oxygen-containing Si crystals», — J.Appl.Phys., 1977, v.48,#4, p. 1646−1655.
- Батавин B.B., Сальник 3.A., «Влияние акцепторов на генерацию ТД в кремнии, содержащем кислород», — Электрон. Техн., сер.6, Материалы, 1980, № 5, с.42−45.
- Gaworzewski P., Schmalz К., On the kinetics of thermal donors in oxygen-rich Si in range from 450 to 900 °C.- Phys.Stat.Sol., 1980, v. A58, #2,p.42−45.
- Ohasawa A., Takizawa R., «Influence of carbon and oxygen on donor formation at 700 °C in CZ-Si», — J.Appl.Phys., 1982, v.53,#8,p.5733−5737/
- Cazarra V., Zunino P., «Influence of oxygen on Si resistivity»,-J. Appl.Phys., 1980, v.51, #8, p.4206−4211.
- Tajiama M., Kanamori M.,» Photoluminescence analysis of «new donors «in Si», — Jap.J.Appl.Phys., 1980, v. l9,#12,p.L755-L758.117
- Babich V.M., Baran N.P., Bugai A.A., «On the properties of thermodonors-II in CZ-Si crystals of high carbon content»,
- Phys.Stat.Sol., 1984, V. A86,#2,p.679−683.
- Gaworzewski P., Schmalz K., «Oxygen-related donors formed at 600 °C in Si», — Phys.Stat.Sol., 1983, v. A77,#2,p.571−582.
- Kanamori A., Kanamori M., «Comparison of two kinds of oxygen donors in Si by resistiviti measurements», — J.Appl.Phys., 1979, v.50, #12, p.8095−8101.
- Annual Book of ASTM Standards: ASTM F 416−94, p. 193−202.
- Yasutake K., Umeno M., Oxygen-related donors stable at 700−800°C in CZ-Si», — JapJ.Appl.Phys., 1982, v.21, #1, p.28−32.
- Сальник З.А., Калюжная С. И., Батавин B.B., Мильвидский М. Г., «Образование дефектов при выращивании крупных монокристаллов Si методом Чохральского», — Изв.АН СССР, сер.Неорганич. материалы, 1984, т.20,№ 2,стр. 184−188.
- Гринштейн П.М., Лазарева Г. В., Орлова Е. В., Сальник З.А, Фистуль В. И. «Об условиях генерации термодоноров в интервале температур 600−800°С», — ФТП, 1978, Т. 12, В. 1, стр. 121 -123.
- Бабицкий Ю.М., Гринштейн П. М., Орлова Е. В., «Распад пересыщенного твёрдого раствора кислорода в кремнии и термодоноры»,-Электрон.тех., сер. 6, Материалы, 1982, В.2, стр.33−37.
- Бабицкий Ю.М., Гринштейн П. М., «Кинетика образования вторых кислородных доноров в кремнии», — ФТП, 1984, Т.18,В.4, стр.604−609.
- ГОСТ 19 658–81 стр. 17 «Кремний в слитках», ТУ, М.
- Гарнак А.Е., Раченкова А.В, «Особенности дефектообразования в процессе обработки пластин кремния», — Тезисы докладов конф."Кремний-2000», Москва, 9−11 фев., 2000 г, стр.46−47.
- Shimmel D., «Defect etch for (100) silicon evaluation»,-J.Electrochem.Soc., 1979, v. 126,#3,p.479−482.118
- Александрова Г. И., Ильин М. А., Коварский В.Я.,"Градуировка и особенности оптического метода определения содержания углерода в кремнии», Метрология, 1979, № 9, с.56−61.
- Александрова Г. И., Ильин М. А., Коварский В .Я., Федотова П. П., «О градуировке оптического метода определения концентрации кислорода в кремнии', — Метрология, 1982, № 7, стр.53−59.
- ГОСТ 19 658–81 «Кремний в слитках», ТУ, М., Измерение УЭС 4-х зондовым методом., стр. 18.
- ГОСТ 19 658–81 «Кремний в слитках», ТУ, М., Определение типа электропроводности образцов методом термозонда, стр.13
- Rozgonji G.A. «Elimination of OISF by preoxidation guttering of silicon wafers», — Solid State Technol.v.l9,#8,1979,p.49
- Secco d' Arragona F., «Dislocation etch for (100) planes in Si»,-J.Electrochem.Soc., v. 119,#7, 1972, p.948.
- Sirtl E., Annemarie Zeitschrift for Metallkunde, v.52, 1961, p.529
- Гринштейн П.М., Кравцов A.A, Карась Н. И., «Анализ производства кремния на установках Редмет-30 в режиме полунепрерывной технологии», Тезисы конф. «Кремний-96», Москва, 18−22 ноября, 1996 г, стр. 198.
- Но С.Р., Plummer J.D., J. Electrochem. Soc., v. 126, 1964, p. 1516
- Гарнак A.E., Раченкова A.B., Сорокин И. Н., «Дефектообразование в процессе окисления пластин кремния», —., конф."Кремний -96», Москва, 19−22 ноября 1996 г, стр. 78.
- Kobayashi S."A model for oxygen precipitation in CZ-Si during crystal growth», — J.Cryst. Grouth, v. 174, 1997, p. 163
- Турчак Jl. И. В кн. «Основы численных методов», М., Наука, 1987, с. 320.
- Kaiser W., «Electrical and optical properties of heat-treated Si»,-Phys/Rev/, 1957, v, 105,#6,p.l751−1756/119
- Shimura F., Baiardo J., «Precipitation and distribution of oxygen in CZ-Si»,-Appl.Phys.Lett., 1985, v.46,#10,p.941−943.
- Lane R.L., Kachare A."Multiple CZ-growth of Si crystals from a single crucible», — J. Cryst. Grouth, v.50, #2, 1980, p.437
- Нашельский А.Я. в кн. «Технология полупроводниковых материалов', М., Металлургия, 1972, стр. 440.
- Бабицкий Ю.М. «Влияние изовалентных примесей, термических и радиационных воздействий на поведение кислорода в монокристаллах кремния «, Диссертация на соискание учёной степени канд.ф.-м.наук., М., ГИРЕДМЕТ 1987 г.
- James R. Mac Kornic. /'Measurement of carbon concentration in polycrystalline Si using FTIR», — J.Electrochem.Soc., 1991, v. l38, p.576−581., 1976, v.29,#9,p.531