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硅材料作为半导体产业发展的基石,对其质量的要求也随着集成电路特征线宽的不断减小而越来越严格。近年来的研究表明,高温氢气退火能够消除硅片表面的空洞型缺陷(void)和降低硅片表面的粗糙度,因此可以有效提高MOS器件栅氧化层的完整性。内吸杂能力是衡量硅片质量的另一个重要方面,然而随着硅片直径的增大,硅片中的初始氧浓度有所降低,如何提高硅片的内吸杂能力是一个重要的问题。本论文主要研究了高温氢气退火对直拉硅单晶中氧的外扩散、内吸杂和空洞型缺陷的影响,获得了以下一些结果: 研究了硅片在氢气和氩气氛下高温热处理(1000℃/2h、1200℃/2h)过程中体内氧的外扩散情况,发现较氩气高温热处理而言,氢气高温热处理可以促进氧的外扩散,使硅片近表面区域的氧浓度更低。 研究了以不同温度(1000℃、1200℃)、不同冷却速度(淬冷,缓慢冷却)在氢气和氩气氛下预处理的硅片,经过不同温度(450～850℃)、不同时间(4h、8h)的低温热处理后,再经过高温(1000℃)热处理时间隙氧浓度随时间(0～16h)的变化。发现高温预处理过程中引入的氢能够在后续热处理过程中和空位共同促进氧沉淀的形核,也能单独促进氧沉淀的形核。我们认为氢促进氧沉淀形核可能有以下两个原因:1.氢促进了低温形核过程中氧的扩散;2.氢和氧原子结合形成了氧沉淀的异质形核中心。 比较了在氢气和氩气氛下高温预处理的硅片,经过后续低-高热处理后洁净区的情况,发现经过氢气高温退火的硅片生成更宽、质量更好的洁净区,并且由于氢退火促进了体内氧沉淀的生成,因此体内BMD密度更大,从而具有更好的内吸杂能力。 研究了高温氢气退火对重掺硼直拉硅片体内void(FPDs)的影响。得到了一种能够腐蚀出重掺硼硅片中FPDs的Secco腐蚀液配方以及清晰显示出FPDs的最佳腐蚀时间。比较了高温氢气退火前后硅片FPDs形貌和密度的变化,发现差别不大,说明高温氢气退火不能消除重掺硼硅片体内的空洞型缺陷,这与轻掺硅片中的情形是一致的。