本发明专利技术公开的掺锗直拉硅片，硅片中的氧浓度为５×１０↑［１７］～１５×１０↑［１７］ｃｍ↑［－３］，锗浓度为１×１０↑［１５］～１×１０↑［２１］ｃｍ↑［－３］，体微缺陷密度为１×１０↑［６］～１×１０↑［１０］ｃｍ↑［－３］。其制备方法为：将上述氧浓度和锗浓度的直拉掺锗硅单晶片，在氩气或氮气保护下，于４５０～９５０℃保温２～５０小时；或者先在４５０～９５０℃保温２～５０小时，然后在１０００～１３００℃保温２～３０小时。将掺锗直拉硅单晶片经热处理工艺，可以在硅片体内形成高密度的氧沉淀，并诱生出高密度的体微缺陷，这些体微缺陷将钉扎硅片中的位错，抑制位错的滑移运动，从而提高直拉硅片的断裂强度，改善直拉硅片的机械性能，提高集成电路的成品率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种掺锗直拉硅片及其制备方法，属于半导体
技术介绍
直拉单晶硅片广泛应用于集成电路芯片的制造。硅片在集成电路制造过程 中各种热处理工艺和热应力条件作用下的几何精度直接影响芯片的成品率。集 成电路特征线宽的不断下降，对器件加工过程中的几何精度控制提出了更加苛刻的要求(ITRSRoadmap 2003-2007)。除了需要提高集成电路精密加工设备的 控制精度之外，人们对直拉硅片的机械性能要求也越发严格。对于制作微机电 系统的硅单晶而言，通过微机械加工得到的硅器件往往处于复杂的应力状态， 硅材料本身的机械可靠性决定了器件的可靠性。因此，在日益复杂和精细的器件加工过程中，保持并提高直拉硅的机械强度，抑制硅片中位错的产生和运动， 是硅晶体生长、硅片加工和器件制作过程中亟需解决的重要问题(H. Shimizu, Jpn. J. Appl. Phys, (2000), 39, 5727)。单晶硅在室温下属于脆硬性材料，只有当温度不低于0.5Tm (Tm指硅的熔点 温度)时才具有弹塑性，即使在外力作用下，硅片常温下也很难产生位错或发 生位错滑移。但是，由于硅单晶的抗剪应力远小于抗拉应力，因此在切片、研 磨以及机械抛光等加工过程中，硅片在承受较大剪切应力条件下会产生破碎， 从而影响硅片成品率。经历器件制作的复杂热处理过程后，硅片体内容易产生 热应力，可能导致发生翘曲而降低光刻图形套刻精度，也可能诱生出位错及其 它结构缺陷从而破裂或崩边(S. Kishino， Y. Matsushita, M. Kanamori， T. Iizuka， Jpn,J.Appl.Phys.，(1982),21, 1)。随着直拉硅片不断大直径化，日益增加的热应 力和重力使得上述情况更趋严重。目前，在大规模器件生产过程中，人们往往 通过增加直拉硅片的厚度来提高其机械强度以保证硅片和器件的成品率(ITRS Roadmap2005)。直拉硅片中一般含有1017 10180!11-3数量级的氧杂质，它可以增强直拉硅片的机械强度，减少由于器件工艺热循环中导致的翘曲，从而保证器件光刻工艺的套刻精度。但是对于直径为150 200mm以上的大直径直拉硅单晶而言，通 常需要利用磁场来抑制硅熔体在晶体生长过程中的热对流运动，这将削弱硅熔 体对石英坩埚底部拐角的冲刷程度，使得进入硅中的氧浓度降低，从而引起硅 片机械性能变差(I. Yonenaga， K. Takahashi， Journal of Applied Physics, (2007)，101,053528)。通过在直拉硅单晶中引入一定含量的特定杂质原子(如掺锗、掺 碳、掺氮)进行杂质共掺杂可以改善直拉硅片的机械性能，已有研究证实通过 在硅晶体中引入一定含量的碳原子(S. Danyluk， D. S. Lim, J. Kalejs， Journal of Materials Science Letters, (1985), 4, 1135)或氮原子(D. Yang, G. Wang, J. Xu, D. Li,D. Que, C. Funke， H. J. Moeller, Microelectronic Engineering, (2003)， 66， 345)可以 提高直拉硅片的机械性能。但是， 一般认为过高含量的碳原子将在硅晶体中诱 生形成某些晶体缺陷从而破坏直拉硅片的电学稳定性(A. N. Safonov, G. Davies，E. C. Lightowlers, Physical ReviewB， (1996)， 54, 4409)，而由于氮在硅中的分凝系 数很小导致过高含量氮原子的引入将给硅晶体的生长带来困难。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供。 专利技术的具有高机械强度的掺锗直拉硅片，硅片中的氧浓度为5xl017 15xl017cm—3，锗浓度为lxl015 lxl021cm—3，其特征是体微缺陷密度为lxl06 lx1010cm-3。具有高机械强度的掺锗直拉硅片的制备方法，有以下两种技术方案。 方案l，低温单步热处理具有高机械强度的掺锗直拉硅片的制备方法，其步骤如下将氧浓度为 5xl017 15xl017cm-3，锗浓度为1><1015 1><1021011-3的直拉掺锗硅单晶片，在氩 气或氮气的保护下，于扩散热处理炉中在450 950。C保温2 50小时，冷却到室温。方案2，低温-高温两步热处理具有高机械强度的掺锗直拉硅片的制备方法，其步骤如下将氧浓度为 5xl017 15xl017cm-3，锗浓度为lxl0" lxl0"cm—3的直拉掺锗硅单晶片，在氩 气或氮气的保护下，先在扩散热处理炉中于450 950。C保温2 50小时，然后 在1000 1300°C保温2 30小时，冷却到室温。本专利技术的有益效果在于将氧浓度为5xl0" 15xl017(^3，锗浓度为lxl0" lxl0"cm-3的掺锗直拉 硅单晶片经热处理工艺，可以在硅片体内形成高密度的氧沉淀，并诱生出比未 引入锗原子的普通直拉硅更高密度的体微缺陷，这些体微缺陷将钉扎硅片中的 位错，抑制位错的滑移运动，从而提高直拉硅片的断裂强度，改善直拉硅片的 机械性能，提高集成电路的成品率。 附图说明图1是普通直拉硅片(CZ-Si)和掺锗直拉硅片(GCZ-Si)的应力-应变曲 线。图中曲线l为GCZ-Si样品实验数据测试值，曲线2为CZ-Si样品实验数据 测试值；图2是普通直拉硅片(CZ-Si)和掺锗直拉硅片(GCZ-Si)的光学显微照片。 其中，(a)是经过800。C退火16小时预处理的CZ-Si样品放大200倍的光学显 微照片，(b)是经过800°C退火16小吋随后再经过1000°C退火4小时预处理 的CZ-Si样品放大200倍的光学显微照片，(c)是经过800°C退火16小时预处 理的GCZ-Si样品放大200倍的光学显微照片，(d)是经过800°C退火16小时 随后再经过1000°C退火4小时预处理的GCZ-Si样品放大200倍的光学显微照 片。具体实施例方式实施例1选取氩气保护生长的直径为150mm的掺磷n型普通直拉(CZ-Si)硅片和 掺磷n型掺锗直拉(GCZ-Si)硅片，其中硅片中的氧浓度约为9xl0"cm'3，电阻 率约为14欧姆.厘米，而GCZ-Si硅片中锗的掺杂浓度为2xl018cm—3。从CZ-Si 和GCZ-Si晶体头部的相同部位制备厚度为2mm的硅片，并切割成30mmx7mmx 2mm的长方体试样。CZ-Si硅片和GCZ-Si硅片试样在白腐蚀液(HF:HN03=1:3) 中腐蚀3分钟去除表面损伤层后，在氩气保护下置于扩散热处理炉中在800°C 保温16小时随后再在1000。C保温4小时的退火，冷却到室温。随后通过ZWICK Z010/TN2S型万能机械性能测试系统，利用三点弯法对试样匀速施加载荷，其 中加载面为硅(100)晶面，加载速率为lOOmTnin"，跨距为20mm,利用微机控制 记录得到如图l所示的试样应力-应变曲线。由图1可见，在硅片内部中产生同 样大小的应力，GCZ-Si硅片的应变程度明显小于CZ-Si硅片的应变。通过将退 火后的CZ-Si和GCZ-S本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有高机械强度的掺锗直拉硅片，硅片中的氧浓度为５×１０↑［１７］～１５×１０↑［１７］ｃｍ↑［－３］，锗浓度为１×１０↑［１５］～１×１０↑［２１］ｃｍ↑［－３］，其特征是体微缺陷密度为１×１０↑［６］～１×１０↑［１０］ｃｍ↑［－３］。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨德仁，陈加和，马向阳，阙端麟，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]
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