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引言
在所有金屬污染物中，鐵和銅被認為是最有問題的。它們不僅可以很容易地從未優化的工藝工具和低質量的氣體和化學物質轉移到晶片上，而旦還會大大降低硅器件的產量。用微波光電導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模集成技術相關的受控量的鐵和銅表面污染。襯底摻雜類型對金屬雜質的影響很大。正如所料，Fe會大大降低p型襯底的少數載流子壽命。另一方面，鐵對n型硅的影響至少比p型低一個數量級。相比之下，銅對n型材料非常有害，但對于所研究的污染水平，對p型硅的少數載流子特性沒有顯著影響。
實驗
首先，對p型硅中鐵污染情況的表征技術進行了全面的研究。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。通過氣相沉積得到的鐵表面濃度。表面N2環境中熱處理30分鐘，污染物被驅入晶片。氧化環?境中處理的升溫是在5%氧氣中進行的。在N2所有情況下的冷卻都以5℃/分鐘的速度進行到650 ℃，然后在 10分鐘內將樣品從毛皮中取出至室溫。
我們還進行了第二組實驗，其中同時使用n型和p型底物(表1)來解決摻雜類型對硅中雜質活性的影響。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）溶液中轉移到疏水晶片中。
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，低質量CZ和高質量FZp型晶圓的有效壽命是鈍化后所經過的時間的函數。在比較這些CZ和FZ晶片時，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樣品組中存在的內在缺陷或污染有關。高頻處理后的表面鈍化在潔凈室內空氣中相對穩定。在高頻鈍化后，低表面重組速度可以保持至少5小時。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小時。
圖1 非污染p型直拉和FZ晶片HF鈍化后，少數載流子壽命由 uPCD測量，作為暴露于潔凈室內空氣的時間的函數
結果與討論
對鐵污染的p型硅的PCD和SPV結果DLTS測量表明，在退火1周后，所有的鐵都與B配對，即使是對高度污染的樣品。DLTS只能檢測到與FeB對相關的E+0.1eV的特征峰。當由SPV測定的大塊硅中的鐵濃度作為VPD-DSE-TXRF測量的初始鐵表面污染的函數繪制時，所有退火環境都有良好的相關性，見圖2。
圖2? p型直拉樣品在不同環境下于90CTC退火30分鐘，用表面光 電壓測量體硅中的鐵濃度，作為退火前鐵表面濃度的函數
驅動入襯底的鐵的數量取決于退火過程中使用的環境。在干燥時，大約50%的表面鐵污染被納入基質中。使用氮環境導致70-100%的表面污染擴散。這可以理解為這樣一個事實：在惰性環境中，大部分的表面污染可以擴散到體中，而在干燥的氧化環境中，鐵的部分通過生長的氧化層從體中分離出來。當晶圓在濕氧化環境中退火時，幾乎100%的表面污染被包含在體積中。在干燥和濕的氧化環境中，退火過程中鐵污染行為的差異可能是由于濕的氧化過程中H的存在造成的。
在圖3中，說明了表面鈍化對p測量的MCLT的影響。在這種情況下，晶片預計具有較差的表面鈍化，因此，對于低于1012原子/cm3的體積[Fe]，測量的壽命受到表面重組速度的限制，并且其值在約為10p.s時飽和。具有表面氧化物層的類似污染水平的樣品顯示出更高的MCLT值，因為在這種情況下，表面重組不是一個限制因素，體積壽命仍然主導結果。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地位。
圖3 在去除表面氧化物鈍化之前和之后，用SPV在p型直拉晶片上測量擴散長度
更詳細的研究，有效壽命的行為，由p。PCD作為SPV測定的體積中鐵含量的函數。從圖3中得到的值。為在干燥和濕氧化環境下退火的晶片，并補充了整個鐵污染范圍的測量，特別是在低濃度部分，只有干的和濕的氧化環境被用來驅動污染進入基質，以優化樣品的表面鈍化。
總結
用微波光導衰減(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，從表面污染中來看，在襯底中加入的鐵的量取決于退火環境。退火環境也會影響樣品表面鈍化，這是測量μPCD低污染晶片的關鍵參數。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。
襯底摻雜型對金屬雜質的重組活性有很大的影響。與預期的那樣，Fe降解了p型底物中的少數載流子性質。另一方面，鐵對n型硅的影響至少比對p型硅的影響低一個數量級。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n型材料高度有害，但對p型硅污染高達5倍io原子/cm2的p型硅的微載流子性能沒有顯著影響。如果n型硅需要良好的性能，則需要控制銅。
