CN1233883C - 一种磁场下生长低缺陷密度直拉硅单晶的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的磁场下生长低缺陷密度直拉硅单晶的方法，其步骤如下：将多晶硅放入石英坩埚中，并掺入纯度大于99.999%的锗，在100-10000G磁场强度和保护气体下，将温度升到1400℃～1450℃，使锗熔入多晶硅熔液中，锗在单晶硅中的掺杂浓度为1×1010-1×1021cm-3，生长得到低缺陷密度直拉硅单晶。本发明采用在磁场下生长直拉硅单晶，通过调整磁场强度可有效控制和降低氧的浓度，利用微量锗的掺杂，使得锗和点缺陷作用，从而抑制硅单晶中原生微缺陷、特别是VOID缺陷的生成，降低缺陷密度，利于提高生长速度，降低成本，生长高质量的硅单晶。
Description
技术领域
本发明涉及生长直拉硅单晶的方法。
背景技术
为了降低成本，超大规模集成电路用的直拉硅单晶直径越来越大，而随着技术的提高，超大规模集成电路的特征线宽又逐渐变小，因此，超大规模集成电路用硅单晶的发展方向是直径变大，缺陷尺寸和密度都变小。随着直拉硅单晶直径的增大，晶体生长时，晶体流动等因素变化加大，直接影响了硅晶体的主要杂质氧和其它微缺陷的性质。
直拉硅单晶的生长技术已经成熟，例如，中国专利CN66102558A和CN85100295公开的生长硅单晶的方法，就记载有晶体组份、生长方式、加热方式、温场控制、压力等等条件。在《硅材料科学和技术》(阙端麟主编，浙江大学出版社，2000)一书中，报道有在真空或保护气条件下，利用耔晶，通过下耔晶、放肩、等径、收尾、冷却等等工艺过程制备直拉硅单晶。
目前超大规模集成电路用硅材料(直拉硅单晶)的原生缺陷主要表现为：COP(crystal originated particles)，FPD(flow pattern defects)，LSTD(light scattering topography defects)，LPD(light scatteringdefects)等，这些缺陷对超大规模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。
为了去除硅单晶中的原生缺陷，制备超大规模集成电路用高质量的硅片，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，生长无缺陷近完整的硅单晶，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，对硅单晶的电学性能存在影响。(3)在制备成抛光硅片后，在氩气或氢气中高温退火可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磁场下生长低缺陷密度直拉硅单晶的方法，以消除或减少直拉硅单晶中的原生微缺陷，能够大规模生产，并有效提高超大规模集成电路的性能和成品率。
本发明的生长低缺陷密度直拉硅单晶的方法，包括多晶硅的融化，种籽晶，放肩、等径、收尾、冷却全过程，其特征是将多晶硅放入石英坩埚中，并掺入纯度大于99.999％的锗，在100-i0000G磁场强度和保护气体下，将温度升到1400℃～1450℃，使锗熔入多晶硅熔液中，锗在单晶硅中的掺杂浓度为1×1010-1×1021cm-3，生长得到低缺陷密度直拉硅单晶。
本发明中，所用的保护气体可以是氩气。锗在单晶硅中的最佳掺杂浓度在1×1012～1×1019cm-3，通过调整磁场强度可有效控制和降低氧的浓度，生长微量锗元素掺杂的高质量的单晶硅。
本发明采用在磁场下生长直拉硅单晶，利用微量锗的掺杂，使得锗和点缺陷(自间隙硅原子、空位)作用，从而抑制硅单晶中原生微缺陷、特别是VOID缺陷的生成，降低缺陷密度，利于提高生长速度，降低成本，生长高质量的硅单晶。由于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。
具体实施方式
实验用磷掺杂的多晶硅作为原料，锗掺杂的浓度在1×1012-1×1019cm-3，生长n型6英寸<100>硅单晶，目标电阻率为0.001-1000Ω.cm。步骤如下：将多晶硅放入石英坩埚中，加入10-1000g的纯度为99.9999％的锗，在1000G磁场下，氩气保护下，将温度升到1400℃，当多晶硅融化时，锗熔入多晶硅熔液中，生长得到微量锗元素掺杂的高质量的单晶硅。
Claims (2)
1.一种磁场下生长低缺陷密度直拉硅单晶的方法，包括多晶硅的融化，种籽晶，放肩、等径、收尾、冷却全过程，其特征是将多晶硅放入石英坩埚中，并掺入纯度大于99.999％的锗，在100-10000G磁场强度和保护气体下，将温度升到1400℃～1450℃，使锗熔入多晶硅熔液中，锗在单晶硅中的掺杂浓度为1×1010-1×1021cm-3，生长得到低缺陷密度直拉硅单晶。
2.根据权利要求1所述的磁场下生长低缺陷密度直拉硅单晶的方法，其特征是锗在单晶硅中的掺杂浓度为1×1012～1×1019cm-3。
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