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(lái)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(duì)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(huì)影響金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)器件的柵極氧化層的完整性,對(duì)器件的性能產(chǎn)生不利影響。利用共摻雜技術(shù)來(lái)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(zhǎng)摻入高濃度鍺的直拉硅單晶的基礎(chǔ)上,對(duì)其性能

2、進(jìn)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(duì)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(zhǎng)了摻鍺濃度為1020cm-3的無(wú)位錯(cuò)直拉硅單晶,通過(guò)二次離子質(zhì)譜法測(cè)量晶體不同部位的鍺濃度,結(jié)合晶體生長(zhǎng)的工藝參數(shù),計(jì)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(dòng)圖形缺陷(FPD)的密度從硅晶體的頭部到尾部逐漸降低,說(shuō)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(lái)自上述硅晶體頭部附近的硅片的翹曲度要比來(lái)自尾部附近的硅片高。考慮到鍺濃度從硅晶體頭部到尾部逐步提高,因此可以認(rèn)為摻鍺可以有效提高硅片的機(jī)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?fù)紹的CZ硅相比,重?fù)紹的GCZ硅中的FPD密度更高;而重?fù)絇的GCZ硅中FPD密度低于CZ硅。分析認(rèn)為,在輕摻GCZ

4、硅的生長(zhǎng)過(guò)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?fù)紹的GCZ硅中,B與Ge原子的應(yīng)力補(bǔ)償作用可以增加空位濃度,從而促進(jìn)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(duì)直拉硅單晶中氧沉淀的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),電子輻照可以促進(jìn)氧沉淀的形成,且輻照劑量越大,促進(jìn)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(dāng)溫度