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引言
在所有金屬污染物中，鐵和銅被認(rèn)為是最有問(wèn)題的。它們不僅可以很容易地從未優(yōu)化的工藝工具和低質(zhì)量的氣體和化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)移到晶片上，而旦還會(huì)大大降低硅器件的產(chǎn)量。用微波光電導(dǎo)衰減和表面光電壓研究了p型和n型硅中微量鐵和銅的影響。這些晶片受到了與超大規(guī)模集成技術(shù)相關(guān)的受控量的鐵和銅表面污染。襯底摻雜類(lèi)型對(duì)金屬雜質(zhì)的影響很大。正如所料，F(xiàn)e會(huì)大大降低p型襯底的少數(shù)載流子壽命。另一方面，鐵對(duì)n型硅的影響至少比p型低一個(gè)數(shù)量級(jí)。相比之下，銅對(duì)n型材料非常有害，但對(duì)于所研究的污染水平，對(duì)p型硅的少數(shù)載流子特性沒(méi)有顯著影響。
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實(shí)驗(yàn)?
首先，對(duì)p型硅中鐵污染情況的表征技術(shù)進(jìn)行了全面的研究。為此，CZ、p型、<100>、6至10和24至36±2cm、125mm直徑的硅片，含中氧含量，從鐵添加（0.25：1：5）NH4OH：H、O、：H、O(SC1)溶液中得到均勻的Fe污染。通過(guò)氣相沉積得到的鐵表面濃度。表面N2環(huán)境中熱處理30分鐘，污染物被驅(qū)入晶片。氧化環(huán) 境中處理的升溫是在5%氧氣中進(jìn)行的。在N2所有情況下的冷卻都以5℃/分鐘的速度進(jìn)行到650 ℃，然后在 10分鐘內(nèi)將樣品從毛皮中取出至室溫。
我們還進(jìn)行了第二組實(shí)驗(yàn)，其中同時(shí)使用n型和p型底物(表1)來(lái)解決摻雜類(lèi)型對(duì)硅中雜質(zhì)活性的影響。如前所述，從添加的SC1溶液中以控制和均勻的方式沉積。銅從稀釋的HC1（1：l0）溶液中轉(zhuǎn)移到疏水晶片中。
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表1 在第二組MCLT研究中使用的底物的描述
為了證明該方法，在圖中1，低質(zhì)量CZ和高質(zhì)量FZp型晶圓的有效壽命是鈍化后所經(jīng)過(guò)的時(shí)間的函數(shù)。在比較這些CZ和FZ晶片時(shí)，可以觀察到TPCD的初始值之間的明顯差異。FZ晶圓的壽命是CZ晶圓的高兩到三倍。這可能與這些特定的CZ樣品組中存在的內(nèi)在缺陷或污染有關(guān)。高頻處理后的表面鈍化在潔凈室內(nèi)空氣中相對(duì)穩(wěn)定。在高頻鈍化后，低表面重組速度可以保持至少5小時(shí)。這與觀察到的終止氫的表面一致，表面鈍化保持完整的幾個(gè)小時(shí)。
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圖1 非污染p型直拉和FZ晶片HF鈍化后，少數(shù)載流子壽命由 uPCD測(cè)量，作為暴露于潔凈室內(nèi)空氣的時(shí)間的函數(shù)
結(jié)果與討論
對(duì)鐵污染的p型硅的PCD和SPV結(jié)果DLTS測(cè)量表明，在退火1周后，所有的鐵都與B配對(duì)，即使是對(duì)高度污染的樣品。DLTS只能檢測(cè)到與FeB對(duì)相關(guān)的E+0.1eV的特征峰。當(dāng)由SPV測(cè)定的大塊硅中的鐵濃度作為VPD-DSE-TXRF測(cè)量的初始鐵表面污染的函數(shù)繪制時(shí)，所有退火環(huán)境都有良好的相關(guān)性，見(jiàn)圖2。
驅(qū)動(dòng)入襯底的鐵的數(shù)量取決于退火過(guò)程中使用的環(huán)境。在干燥時(shí)，大約50%的表面鐵污染被納入基質(zhì)中。使用氮環(huán)境導(dǎo)致70-100%的表面污染擴(kuò)散。這可以理解為這樣一個(gè)事實(shí)：在惰性環(huán)境中，大部分的表面污染可以擴(kuò)散到體中，而在干燥的氧化環(huán)境中，鐵的部分通過(guò)生長(zhǎng)的氧化層從體中分離出來(lái)。當(dāng)晶圓在濕氧化環(huán)境中退火時(shí)，幾乎100%的表面污染被包含在體積中。在干燥和濕的氧化環(huán)境中，退火過(guò)程中鐵污染行為的差異可能是由于濕的氧化過(guò)程中H的存在造成的。
在圖3中，說(shuō)明了表面鈍化對(duì)p測(cè)量的MCLT的影響。在這種情況下，晶片預(yù)計(jì)具有較差的表面鈍化，因此，對(duì)于低于1012原子/cm3的體積[Fe]，測(cè)量的壽命受到表面重組速度的限制，并且其值在約為10p.s時(shí)飽和。具有表面氧化物層的類(lèi)似污染水平的樣品顯示出更高的MCLT值，因?yàn)樵谶@種情況下，表面重組不是一個(gè)限制因素，體積壽命仍然主導(dǎo)結(jié)果。體積[Fe]高于1012原子/cm2的晶片具有低體積MCLT，即使在表面鈍化程度較差的晶圓中也占主導(dǎo)地位。
更詳細(xì)的研究，有效壽命的行為，由p。PCD作為SPV測(cè)定的體積中鐵含量的函數(shù)。從圖3中得到的值。為在干燥和濕氧化環(huán)境下退火的晶片，并補(bǔ)充了整個(gè)鐵污染范圍的測(cè)量，特別是在低濃度部分，只有干的和濕的氧化環(huán)境被用來(lái)驅(qū)動(dòng)污染進(jìn)入基質(zhì)，以?xún)?yōu)化樣品的表面鈍化。
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總結(jié)
用微波光導(dǎo)衰減(ttPCD）和表面光電壓(SPy)研究了p型和n型硅中微量鐵和銅的影響。我們觀察到，從表面污染中來(lái)看，在襯底中加入的鐵的量取決于退火環(huán)境。退火環(huán)境也會(huì)影響樣品表面鈍化，這是測(cè)量μPCD低污染晶片的關(guān)鍵參數(shù)。在高頻溶液中的處理可以用于降低襯底的表面重組速度，允許研究非退火的樣品。
襯底摻雜型對(duì)金屬雜質(zhì)的重組活性有很大的影響。與預(yù)期的那樣，Fe降解了p型底物中的少數(shù)載流子性質(zhì)。另一方面，鐵對(duì)n型硅的影響至少比對(duì)p型硅的影響低一個(gè)數(shù)量級(jí)。散裝硅中鐵污染的可容忍極限將由p型材料的期望性能決定。相比之下，銅對(duì)n型材料高度有害，但對(duì)p型硅污染高達(dá)5倍io原子/cm2的p型硅的微載流子性能沒(méi)有顯著影響。如果n型硅需要良好的性能，則需要控制銅。
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