一种磁场下生长低缺陷密度直拉硅单晶的方法

                          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。

目前超大规模集成电路用硅材料的原生缺陷主要表现为：COP(crystaloriginated particles)，FPD(flow pattern defects)，LSTD(lightscattering topography defects)，LPD(light scattering defects)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，步骤如下：将多晶硅放入石英坩埚中，并掺入高纯的锗(纯度大于99.999％)，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。