摻鍺直拉硅單晶中缺陷的研究.pdf

1、集成電路特征線寬的不斷減小使直拉硅單晶中的微缺陷的控制變得越來越重要。隨著硅片直徑不斷增大以及磁控拉晶技術(shù)的應(yīng)用,硅中的氧濃度有所下降,這對氧沉淀的形成不利。另一方面,在大直徑直拉硅單晶中形成的空洞型缺陷(Void)會影響金屬-氧化物-半導體(MOS)器件的柵極氧化層的完整性,對器件的性能產(chǎn)生不利影響。利用共摻雜技術(shù)來控制直拉硅單晶中的微缺陷是目前硅材料研究的重要方向。
　　 本文在生長摻入高濃度鍺的直拉硅單晶的基礎(chǔ)上,對其性能

2、進行了表征。此外,研究了摻鍺直拉(GCZ)硅單晶中的Void缺陷以及粒子輻照對摻鍺直拉硅單晶中氧沉淀的影響,取得了如下主要研究結(jié)果:
　　 (1)生長了摻鍺濃度為1020cm-3的無位錯直拉硅單晶,通過二次離子質(zhì)譜法測量晶體不同部位的鍺濃度,結(jié)合晶體生長的工藝參數(shù),計算得到鍺在硅中的有效分凝系數(shù)為0.56。研究表明,與空洞型缺陷相關(guān)的流動圖形缺陷(FPD)的密度從硅晶體的頭部到尾部逐漸降低,說明鍺的摻入可以抑制硅單晶中FPD的形

3、成。研究還表明,在相同的硅片加工條件下,來自上述硅晶體頭部附近的硅片的翹曲度要比來自尾部附近的硅片高?？紤]到鍺濃度從硅晶體頭部到尾部逐步提高,因此可以認為摻鍺可以有效提高硅片的機械性能。
　　 (2)研究了各種摻鍺直拉硅中的FPD。研究表明,在輕摻直拉硅單晶中,GCZ硅中的FPD密度隨著Ge濃度的增加而降低。與重摻B的CZ硅相比,重摻B的GCZ硅中的FPD密度更高;而重摻P的GCZ硅中FPD密度低于CZ硅。分析認為,在輕摻GCZ

4、硅的生長過程中,鍺原子可以消耗自由空位從而抑制與FPD相關(guān)的大尺寸Void缺陷的形成;而在重摻B的GCZ硅中,B與Ge原子的應(yīng)力補償作用可以增加空位濃度,從而促進了與大尺寸Void缺陷相關(guān)的FPD的形成。
　　 (3)研究了粒子輻照對直拉硅單晶中氧沉淀的影響。實驗發(fā)現(xiàn),電子輻照可以促進氧沉淀的形成,且輻照劑量越大,促進作用越明顯。中子輻照的GCZ硅樣品中,在450℃就能發(fā)生顯著的氧沉淀形核;而在中子輻照的CZ硅樣品中,只有當溫度