2、硅晶体中氧的掺入及相关生长技术解析

硅晶体中氧的掺入及相关生长技术解析

一、引言

在超大规模集成电路（VLSI）和特大规模集成电路（ULSI）制造中，硅晶体中的间隙氧或许是最为关键的考量因素。氧在集成电路制造中的重要性，主要源于其能够形成氧化物沉淀，并在器件加工过程中以可控方式产生晶格缺陷，从而实现杂质吸除。此外，硅中间隙氧的存在还能增强硅晶格的强度，防止在晶圆热处理过程中出现塑性变形和滑移。

在切克劳斯基（CZ）硅中，氧浓度范围较广，从 10 ppma 到超过 10 ppma（ASTM，1980），具体应用取决于热处理的性质以及器件对吸除或缺陷产生的敏感度。一般而言，对于需要通过沉淀进行杂质吸除的器件加工技术，需要较高或中等的氧浓度；而当器件性能对晶格缺陷更为敏感时，则会有意使用几乎不产生沉淀的 CZ 硅，以避免与氧相关的缺陷形成。

无论是哪种情况，了解加工过程的热序列并匹配 CZ 硅中的氧含量都至关重要。使用氧浓度不受控制的硅材料可能会产生不利影响。为了满足集成电路制造的需求，在硅生长过程中控制氧的掺入是必要的，目标是生长出具有所需氧浓度水平且轴向和径向均匀性良好的硅晶体。

二、硅晶体生长方法

2.1 悬浮区熔法（FZ）生长硅晶体

悬浮区熔（FZ）法基于区域熔化原理，由 Theuerer 在 1962 年发明。其过程是将多晶硅棒垂直安装在真空或惰性气氛的生长室内，通过针孔线圈提供射频功率使棒熔化，形成狭窄稳定的熔区。射频场的悬浮效应有助于支撑较大的熔区，随着熔区沿多晶硅棒移动，熔融硅凝固成单晶体，同时材料得到提纯。

在底部籽晶 FZ 生长中，籽晶从下方与多晶硅棒尖端形成的熔滴接触，接着进行缩颈工艺以实现无位错生长，之后扩大直