大直徑直拉矽單晶缺陷工程的基礎研究

《大直徑直拉矽單晶缺陷工程的基礎研究》是依託浙江大學，由楊德仁擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：大直徑直拉矽單晶缺陷工程的基礎研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：楊德仁
• 項目類別：重點項目

項目摘要

300mm直拉矽單晶是甚大規模積體電路的基礎材料，其缺陷的結構、形態和作用和小直徑單晶有明顯區別，對積體電路的性能和成品率有極其重要的作用。本項目研究甚大規模積體電路用300mm直拉矽單晶的缺陷的基礎科學問題，著重研究具有我國自主智慧財產權的摻氮、摻鍺300mm直拉矽單晶的缺陷，具有明顯的創新性和重大的實際意義。項目將製備300mm直徑普通、摻氮、微量摻鍺直拉矽單晶，研究大直徑矽單晶中原生晶體缺陷（如空洞型缺陷、氧沉澱等）的分布規律和結構特性，研究它們在矽片製備和熱處理過程中的演變、對內吸雜性能、電學性質和力學性能的影響；研究晶體生長過程中自間隙矽原子、空位點缺陷的形成、擴散和互相作用，研究其空位、氧、鍺等缺陷和雜質的性質以及它們的互相作用；特別研究利用微量鍺雜質控制相關缺陷、提高和最佳化矽單晶性能問題，為甚大規模積體電路的製備提供優質矽單晶材料。

結題摘要

積體電路特徵線寬的不斷減小對作為其基礎材料的直拉矽單晶的缺陷控制提出了更高的要求。利用在直拉矽單晶共摻非電活性雜質（氮和鍺）來調控缺陷是本項目的主要研究特色。研究了氮雜質對300mm直拉矽單晶原生氧沉澱形成的影響，結果表明：氮與空位和氧的相互作用形成的複合體促進了高溫階段原生氧沉澱的形成，且使原生氧沉澱的尺寸分布明顯不同於普通直拉矽單晶。這一特徵可使摻氮直拉矽片在器件製造工藝中具備更強的內吸雜能力。利用氮在矽中擴散快的特點，提出了基於氮氣氛下高溫快速熱處理在直拉矽片中摻氮的內吸雜工藝，該工藝僅需一步後續中溫處理，具有熱預算低的優點，特別適合用於300mm直拉矽片，因為300mm矽片涉及的積體電路工藝熱預算通常較低。研究了摻鍺對大直徑直拉矽單晶缺陷形成和機械強度的影響。結果表明：在模擬積體電路熱工藝的條件下，在摻鍺直拉矽片的體內形成了更高密度的氧沉澱及其誘生缺陷，這表明鍺雜質有效地促進氧沉澱，從而提高矽片的內吸雜能力；摻鍺明顯抑制直拉矽單晶中空洞型缺陷的形成，鍺濃度越高，抑制作用越強；摻鍺抑制輕摻硼直拉矽單晶中硼氧複合體的形成，因而抑制少子壽命的光致衰減；濃度在1018cm3以上鍺能降低矽片製造工藝導致的翹曲度和彎曲度、提高斷裂強度和楊氏模量、抑制位錯滑移。研究了金屬雜質與缺陷的相互作用，利用銅雜質綴飾空洞型缺陷，提出了擇優腐蝕直拉矽單晶中空洞型缺陷的新方法，具有直觀和簡便的優點。項目還系統研究了重摻矽單晶的缺陷，發現了重摻磷直拉矽單晶中一種低溫氧沉澱異質形核的新機制以及氧擴散受到抑制機理，發現重摻硼矽單晶中的氧擴散存在兩種途徑，並用第一性原理計算給出理論解釋；闡明了重摻砷和重摻銻矽單晶在快速熱處理注入空位條件下的氧沉澱行為的差異；提出了增強重摻N型矽單晶氧沉澱的方法並得到套用。本項目已發表學術論文81篇，其中SCI檢索論文68篇，關於直拉矽單晶缺陷工程的長篇綜述論文即將發表於國際著名雜誌Materials Science and Engineering: Report (影響因子14.95)。獲得國家發明專利8項，受理髮明專利5項。部分研究成果獲得2011年“浙江省科學技術一等獎”和2012年“信息產業重大技術發明獎”。同時，在國際學術會議上做邀請（invited）報告11次，主編參編專著各1本。培養博士研究生5名，碩士研究生13名。