CN1422988A - 一种微量掺锗直拉硅单晶 - Google Patents
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Abstract
本发明的微量掺锗直拉硅单晶,它含有浓度为1×1013～1×1021/cm3的磷或硼或砷或锑,浓度为1×1013～1×1020cm－3的锗。这种直拉硅单晶,由于掺杂微量的锗,锗元素的最外层电子数和硅元素一样,都是4个,不会影响硅材料的电学性能,而利用锗和点缺陷(自间隙硅原子、空位)作用,可抑制硅单晶中原生微缺陷、特别是空洞缺陷,能有效提高硅单晶的质量和成品率,利于降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及直拉硅单晶。
背景技术
超大规模集成电路正向特征线宽逐渐变小，硅晶片直径逐渐增大的方向发展。随着集成电路特征线宽的变小，硅单晶材料中的微观缺陷问题更加突出，如200毫米直径硅材料中出现的空洞缺陷，尺寸在100～300纳米，对0.1微米集成电路已形成致命的影响。实际上，当单个缺陷的尺寸达到最小特征线宽的二分之一或三分之一时，将导致集成电路线路的失效。
目前超大规模集成电路用直拉硅单晶含有浓度为1×1013～1×1021/cm3的磷或硼或砷或锑的电活性杂质，该材料原生缺陷主要表现为：COP(crystaloriginated particles)，FPD(flow pattern defects)，LSTD(light scattering topographydefects)，LPD(light scattering defects)等，但是，不论这些缺陷的表现形式是什么，它的实质是一种八面体形的由空位组成的空洞缺陷，空洞的内壁为数纳米厚的二氧化硅沉淀，尺寸在100到200纳米左右。这些缺陷对超大规模集成电路的性能和成品率有重要的影响。
为了去除硅单晶中的原生缺陷，制备超大规模集成电路用的高质量的硅片，一般有以下几种途径：1)晶体生长时，调整晶体热场和晶体生长速度，但这种方法的晶体生长速度很低，产品效率低。2)在晶体生长时，掺入氮元素，抑制缺陷的形成；由于氮是五价元素和促进氧沉淀，会影响硅单晶的电学性能。3)在制备成抛光硅片后，在氩气或氢气中高温退火来去除近表面部分的缺陷，这种方法增添了成本和工艺，而且增加了金属污染的可能。
有研究者研究硅中重掺锗的作用，主要是研究锗的加入对硅禁带宽度的调制和硅材料抗辐照能力的提高，其中锗的掺入量一般大于1％。
发明内容
本发明的目的是提供一种能消除或减少硅单晶中的原生微缺陷的微量掺锗直拉硅单晶，以有效提高超大规模集成电路的性能和成品率。
发明的微量掺锗直拉硅单晶，是在现有的含磷或硼或砷或锑电活性杂质的硅单晶中掺杂微量的锗构成。它含有浓度为1×1013～1×1021/cm3的磷或硼或砷或锑，浓度为1×1013～1×1020cm-3的锗。
锗的最佳浓度为1×1015～1×1018cm-3。
本发明的微量掺锗直拉硅单晶可按下述方法制备而成，将多晶硅放入石英坩锅，同时掺入纯锗，使锗在单晶硅中的浓度为1×1012～1×1019cm-3，在真空氩气、氮气或其它气体保护下，融熔多晶硅，使锗熔入多晶硅熔液中，按常规调整晶体生长参数，生长得本发明的直拉硅单晶。
本发明的微量掺锗直拉硅单晶，由于掺杂微量的锗，锗元素的最外层电子数和硅元素一样，都是4个，不会影响硅材料的电学性能，而利用锗和点缺陷(自间隙硅原子、空位)作用，可抑制硅单晶中原生微缺陷、特别是空洞缺陷，能有效提高硅单晶的质量和成品率，利于降低生产成本。
具体实施方式
表1示出了构成本发明直拉硅单晶的几个具体实例及PFD密度值。
表1
| 实例 | 磷(浓度) | 锗(浓度) | FPD密度 |
| 1 | 1×1015/cm3 | 1×1015/cm-3 | 2.5×105/cm3 |
| 2 | 1×1015/cm3 | 1×1016/cm-3 | 2.2×105/cm3 |
| 3 | 1×1015/cm3 | 1×1017/cm-3 | 5×104/cm3 |
| 4 | 1×1015/cm3 | 0 | 4×105/cm3 |
由表可见，直拉硅单晶中含微量锗，可使其空洞缺陷密度(FPD)大幅度降低，提高直拉硅单晶的质量。
Claims (2)
1.一种微量掺锗直拉硅单晶，其特征在于它含有浓度为1×1013～1×1021/cm3的磷或硼或砷或锑，浓度为1×1013～1×1020cm-3的锗。
2.按权利要求1所述的一种微量掺锗直拉硅单晶，其特征是锗浓度为1×1015～1×1018cm-3。
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