p/p⁺硅外延片是一类重要的硅材料,目前,p/p⁺硅外延片主要在以CMOS工艺为代表的超大规模集成电路和大功率器件中应用。由于轻掺硼硅外延层与重掺硼硅单晶衬底存在显著的晶格失配,厚膜p/p⁺硅外延片通常含有大量的失配位错,因而使晶体管的漏电流增大。因此,如何减少或消除p/p⁺硅外延片的失配位错是有待解决的问题。为此,我们尝试在重掺硼硅单晶中掺入适量的锗,并用这种掺锗的重掺硼硅单晶片作为衬底生长p/p⁺硅外延片。本文围绕这种改进的p/p⁺硅外延片的制备过程、失配位错产生情况以及掺锗的重掺硼硅衬底片的氧沉淀行为展开一系列的研究,取得了以下主要的结论: 1.利用掺锗的重掺硼直拉硅衬底生长无失配位错的p/p⁺硅外延片 利用直拉法从掺硼浓度为2×10¹⁹cm^-3、掺锗浓度为1.48×10²⁰cm^-3的硅熔体中生长出4英寸、<111>晶向的掺锗的重掺硼硅单晶。从该单晶中获取电阻率为6—6.5mΩ·cm的硅片,经抛光后作为衬底生长出轻掺P型、厚度为10—100μm的硅外延层。研究表明,利用这种掺锗的重掺硼直拉硅片作为衬底可以生长出膜厚高达100μm的无失配位错的p/p⁺硅外延片。 我们认为,将原子半径比硅大的锗掺入重掺硼硅单晶中,可以起到晶格应力补偿的作用,从而减小重掺硼硅单晶的晶格畸变,这是利用掺锗的重掺硼直拉硅衬底生长无失配位错的p/p⁺硅外延片的根本思路。在实践中,根据所需的外延层厚度来决定衬底硅片所需的重掺硼硅单晶中的掺锗浓度,从而使整根硅单晶的晶格畸变都降低到某个范围,进而利用掺锗的重掺硼硅片作为衬底可以生长出一定膜厚的无失配位错的硅外延片。 2.利用掺锗的重掺硼衬底生长的p/p⁺硅外延片的热稳定性 利用掺锗的重掺硼硅衬底生长的p/p⁺硅外延片。在经模拟的MOS器件工艺热处理流程后,仍然没有出现失配位错,表明这种改进的p/p⁺硅外延片具有优良的热稳定性。 3.硼在p/p⁺硅外延片中的外扩散 在p/p⁺硅外延片的生长过程中,重掺硼硅衬底中的硼会向轻掺外延层扩散。