低温退火期间快速热处理硅片中氧聚集体演变的相场仿真
发布时间：2021-10-24 11:49
随着我国推进中国制造2025的战略发展,国产芯片的研发及制造成为此发展战略的重要环节。对于芯片衬底材料之一的单晶硅的发展,提出了更高的要求。如何产业化大直径单晶硅片和如何控制单晶硅片中的本征点缺陷以及杂质缺陷成为了业界关注的重点。而对于新型的硅片热处理工艺（RTP技术）的“内吸杂”结构而言,在其热处理过程中内部微观结构演变行为的研究更是重中之重。随着计算机性能的不断提高以及实验成本的升高,应用计算机技术来进行研究的模拟方法越来越受到重视。其中,金茨堡-朗道理论的相场方法成为研究材料介-微观缺陷的重要手段。基于此方法,通过建立相应的相场模型、数值化处理、计算机编程、程序运算及结果输出、模拟结果的可视化分析等,可以完成材料微缺陷行为演变的模拟,对分析这些微缺陷及其形成机理有重要的意义。目前,使用相场法进行材料组织结构演变的模拟研究非常多。然而,针对单晶硅片中氧沉淀等缺陷在退火过程当中演变行为的相场模拟研究鲜有报道。因而,本文采用相场法建立了 RTP处理后单晶硅圆片内氧聚集体（V-O2对）演变行为的相场模型,完成了它在低温退火过程中演变行为的仿真,比较客观地探究了相关的演变规律。首先,基于晶...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１直拉法生长单晶硅过程［５］??＇
图１－３?ＲＴＰ退火后硅片内缺陷分布状态［２１’２２］??（ａ）宏观分布状态（ｂ）微观分布状态??Ｆｉｇ．?１－３?Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｄｅｆｅｃｔｓ?ｉｎ?ｓｉｌｉｃｏｎ?ｗａｆｅｒ?ａｆｔｅｒ?ａｎｎｅａｌｉｎｇ??（ａ）?ｍａｃｒｏ?ｓｔａｔｅ?（ｂ）?ｍｉｃｒｏｓｔａｔｅ??正是由于ＲＴＰ处理过程的工艺时间短（１分钟左右）、质量高的特点，使得??ＲＴＰ退火工艺取代传统的“高－低－高”三步退火工艺得以广泛推广。??１．３．２实验研究??关于单晶硅圆片退火过程中的缺陷演变行为，国外研究人员做了相当多的实??验研究。上世纪八十年代，沃伦科夫等［２３］创立了氧沉淀模型，寻找到了单晶硅??中微缺陷分布与热历程相关的规律；同年，日本学者西戈与吉崎等［２４］在对沃伦??
ｍｍｍｍ??■！??图２－１透射电镜下单晶硅体内缺陷?图２－２单晶硅中的ＯＳＦ?ｒｉｎｇ??Ｆｉｇ．２－１?Ｄｅｆｅｃｔｓ?ｉｎ?ｓｉｎｇｌｅ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｉｌｉｃｏｎ?Ｆｉｇ．２－２?ＯＳＦ?ｒｉｎｇ?ｉｎ?ｓｉｎｇｌｅ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｉｌｉｃｏｎ??ｕｎｄｅｒ?ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?ｅｌｅｃｔｒｏｎ?ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ??２．１．２微缺陷对芯片质量的影响??没有缺陷的单晶硅片是人们最希望得到的．但是，由于工艺技术的限制，现??阶段显然无法达到。故在上世纪七十年代，丁３１１［５（）］和Ｈｏｌｚｌ［５１］先后提出了利用微??缺陷来满足硅片的使用需求，即通过“内吸杂”来获得洁净的表层，从而提高晶??片的质量和成品率。??２．２单晶硅圆片热处理期间的微缺陷演变??２．２．１传统高－低－离三步退火期间的微缺陷演变??硅片经过“高－低－高”三步退火：首先，单晶硅片表层的氧原子受到高温后，??会消融与向外扩散，导致表层氧原子浓度逐渐降低，最终成为“洁净区”；而对??于单晶硅片内部，由于扩散的原因，表层的氧原子会向内部聚集，导致氧原子密??度升高，之后，间隙氧原子就会聚集在一起，形核，成为氧聚集体；随着再次升??温
【参考文献】：
期刊论文
[1]国内外半导体硅材料最新发展状况[J]. 蒋荣华. 新材料产业. 2002(07)
[2]磁场在晶体生长中的应用研究进展[J]. 梁歆桉,金蔚青,潘志雷. 无机材料学报. 1999(06)
[3]Ramping热退火直拉重掺锑硅衬底片的增强氧沉淀[J]. 王启元,王俊,韩秀峰,邓惠芳,王建华,昝育德,蔡田海,郁元桓,林兰英. 半导体学报. 1999(06)
[4]磁场拉晶技术简介[J]. 韩玉杰,孙同年. 半导体情报. 1989(01)
博士论文
[1]直拉硅单晶中微缺陷演变的相场模拟研究[D]. 曾庆凯.山东大学 2012
硕士论文
[1]φ200mm和φ450mm直拉单晶硅生长过程有限元模拟研究[D]. 张向宇.山东大学 2015
[2]直拉硅单晶中空洞型缺陷演化行为的相场模型及其模拟研究[D]. 王进.山东大学 2015
[3]单晶硅太阳能电池绒面的制备[D]. 王立娟.内蒙古师范大学 2011
[4]高温快速热处理对直拉硅单晶中杂质行为的影响[D]. 王彪.浙江大学 2011
[5]直拉法单晶硅生长原理及工艺[D]. 罗平.长春理工大学 2009
[6]Φ200 mm太阳能级CZSi单晶生长速率的数值模拟研究[D]. 李洪源.河北工业大学 2008
[7]太阳能硅单晶快速生长中结晶潜热的研究[D]. 羊建坤.河北工业大学 2007
[8]硅基有机光电单层膜的构筑[D]. 周全.浙江大学 2004
本文编号：3455233
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１直拉法生长单晶硅过程［５］??＇
图１－３?ＲＴＰ退火后硅片内缺陷分布状态［２１’２２］??（ａ）宏观分布状态（ｂ）微观分布状态??Ｆｉｇ．?１－３?Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｄｅｆｅｃｔｓ?ｉｎ?ｓｉｌｉｃｏｎ?ｗａｆｅｒ?ａｆｔｅｒ?ａｎｎｅａｌｉｎｇ??（ａ）?ｍａｃｒｏ?ｓｔａｔｅ?（ｂ）?ｍｉｃｒｏｓｔａｔｅ??正是由于ＲＴＰ处理过程的工艺时间短（１分钟左右）、质量高的特点，使得??ＲＴＰ退火工艺取代传统的“高－低－高”三步退火工艺得以广泛推广。??１．３．２实验研究??关于单晶硅圆片退火过程中的缺陷演变行为，国外研究人员做了相当多的实??验研究。上世纪八十年代，沃伦科夫等［２３］创立了氧沉淀模型，寻找到了单晶硅??中微缺陷分布与热历程相关的规律；同年，日本学者西戈与吉崎等［２４］在对沃伦??
ｍｍｍｍ??■！??图２－１透射电镜下单晶硅体内缺陷?图２－２单晶硅中的ＯＳＦ?ｒｉｎｇ??Ｆｉｇ．２－１?Ｄｅｆｅｃｔｓ?ｉｎ?ｓｉｎｇｌｅ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｉｌｉｃｏｎ?Ｆｉｇ．２－２?ＯＳＦ?ｒｉｎｇ?ｉｎ?ｓｉｎｇｌｅ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｉｌｉｃｏｎ??ｕｎｄｅｒ?ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?ｅｌｅｃｔｒｏｎ?ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ??２．１．２微缺陷对芯片质量的影响??没有缺陷的单晶硅片是人们最希望得到的．但是，由于工艺技术的限制，现??阶段显然无法达到。故在上世纪七十年代，丁３１１［５（）］和Ｈｏｌｚｌ［５１］先后提出了利用微??缺陷来满足硅片的使用需求，即通过“内吸杂”来获得洁净的表层，从而提高晶??片的质量和成品率。??２．２单晶硅圆片热处理期间的微缺陷演变??２．２．１传统高－低－离三步退火期间的微缺陷演变??硅片经过“高－低－高”三步退火：首先，单晶硅片表层的氧原子受到高温后，??会消融与向外扩散，导致表层氧原子浓度逐渐降低，最终成为“洁净区”；而对??于单晶硅片内部，由于扩散的原因，表层的氧原子会向内部聚集，导致氧原子密??度升高，之后，间隙氧原子就会聚集在一起，形核，成为氧聚集体；随着再次升??温
【参考文献】：
期刊论文
[1]国内外半导体硅材料最新发展状况[J]. 蒋荣华. 新材料产业. 2002(07)
[2]磁场在晶体生长中的应用研究进展[J]. 梁歆桉,金蔚青,潘志雷. 无机材料学报. 1999(06)
[3]Ramping热退火直拉重掺锑硅衬底片的增强氧沉淀[J]. 王启元,王俊,韩秀峰,邓惠芳,王建华,昝育德,蔡田海,郁元桓,林兰英. 半导体学报. 1999(06)
[4]磁场拉晶技术简介[J]. 韩玉杰,孙同年. 半导体情报. 1989(01)
博士论文
[1]直拉硅单晶中微缺陷演变的相场模拟研究[D]. 曾庆凯.山东大学 2012
硕士论文
[1]φ200mm和φ450mm直拉单晶硅生长过程有限元模拟研究[D]. 张向宇.山东大学 2015
[2]直拉硅单晶中空洞型缺陷演化行为的相场模型及其模拟研究[D]. 王进.山东大学 2015
[3]单晶硅太阳能电池绒面的制备[D]. 王立娟.内蒙古师范大学 2011
[4]高温快速热处理对直拉硅单晶中杂质行为的影响[D]. 王彪.浙江大学 2011
[5]直拉法单晶硅生长原理及工艺[D]. 罗平.长春理工大学 2009
[6]Φ200 mm太阳能级CZSi单晶生长速率的数值模拟研究[D]. 李洪源.河北工业大学 2008
[7]太阳能硅单晶快速生长中结晶潜热的研究[D]. 羊建坤.河北工业大学 2007
[8]硅基有机光电单层膜的构筑[D]. 周全.浙江大学 2004
本文编号：3455233
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