直拉单晶硅中杂质和缺陷的行为重掺杂和共掺杂的影响

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1、论文作者签指导教师签论文评阅人1：评阅人2：评阅人3：评阅人4：评阅人5：答辩委员会主席委员1：边垂垄缝[煎叠本瑙盈懿委员2：堑立兰盘丝Z遵§堕5=亟盥篮坠叁委员3：是丝蛆趁丝[幽茸垦之笪翻豳委员4：堑速盘重幽!缸盛幽、委员5：幺逝至盘盈擅§丛匠匹立盏五瞄I委员：皇鱼罩塾盘童[递鱼霹丛笪-趟-"6答辩El期：必t冬．66⑧≥．B．ehaviorsofimpuritiesanddefectsinCzochrals—k———i．■●■一一一o■o-‘S¨ICon：EttectSOftheneaVVdopInganclco-dopin

2、．q⑧Author’ssignature：色鱼&迦一‘●‘Supervtsor7Ssignature：ExtemalRevieweExaminingCommitteeChairperson：ExaminingCommitteeMembers：Dateoforaldefence：独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝婆盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同

3、志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：禹矗芝签字日期：少，缉石月夕Et学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解逝姿态堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝婆盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：高J适导师签名：签字日期咖，绛石罗日量南硐签字日期≥Jf‘笋台月c7日J本文受国家科

4、技重大专项项目(2010ZX02301．003)国家自然科学基金项目(50832006和60906001)国家973专项项目(2913CB632102)浙江省自然科学基金项目(R4090055)资助摘要直拉硅单晶是集成电路的基础材料，其根本原因是直拉硅单晶不可避免地含有氧杂质。一方面氧杂质具有提高硅单晶机械强度的作用；另一方面氧杂质原子在集成电路制造过程中会聚集形成氧沉淀并可能诱生二次缺陷，它们可发挥吸除有害金属沾污(内吸杂)的作用。因此，关于直拉硅单晶中氧沉淀的研究就成了非常重要的课题。氧的扩散是直拉硅单晶中氧沉淀的动力学条件

5、，理解氧在硅中的扩散行为是研究氧沉淀的基础。经过几十年的研究，人们对轻掺直拉硅单晶中的氧扩散及其氧沉淀的理解已经非常充分。可是，对于电活性杂质的重掺以及非电活性杂质的共掺如何影响直拉硅单晶中的氧扩散和氧沉淀的研究还相当缺乏。本文通过实验和理论计算，重点研究了重掺磷(P)、硼(B)和共掺锡(Sn)对直拉硅单晶中的氧扩散和氧沉淀的影响规律。此外，还研究了重掺硼单晶中硼和点缺陷相互作用对电学性能的影响。通过上述研究，加深了对直拉硅单晶中杂质、氧和点缺陷之间的相互作用及其对氧扩散和氧沉淀影响的认识。本文取得的主要创新成果如下：(1)利用

6、第一性原理计算，分析了sn共掺杂对直拉单晶硅中氧扩散的影响及其机理。发现间隙氧原子(O，)扩散的势垒随着sn掺杂引起的晶格常数的增加而线性增大；结构分析表明这是由于Si—O．Si键角和Si．O键长增大使Of原子向si．Si键中心移动，致使其在相邻Si．Si键间隙位跳跃时的势垒发生变化所致。能量分析表明Sn原子可以与空位结合形成SnV复合体并作为O，的俘获中心，形成结合能为~2．26eV的稳定SnVO复合体。根据计算结果可以推断高浓度Sn掺杂的单晶硅中的氧扩散将受到抑制，且这种抑制作用在低温时更为显著。(2)研究了电阻率为～3mQ

7、·cm的重掺B直拉单晶硅中的氧扩散行为。实验发现：该单晶硅中的氧扩散受到异常的抑制，其氧外扩散曲线无法被单个余误差函数拟合，而必须被两个余误差函数叠加拟合。根据拟合结果得到两个氧扩散激活能：一个值为2．40士0．05eV，与轻掺硅的激活能接近；另一值为3．80士0．16eV。第一性原理计算结果表明：间隙B(Bj)原子能够与O，原子结合形成一Bf-Si—Or．Si．Bf．闭环结构的B．O原子对。B．O原子对跨越一定势垒后能协同滚动迁移。这种B．O原子对的共扩散可能是重掺硼单晶硅中异常氧扩散的机制。(3)利用第一性原理计算，研究了重

8、掺P对直拉单晶硅中氧扩散的影响及其机理。发现P原子能够作为O，的俘获中心，在其12个等价的第二近邻位上俘获Oi原子形成⋯PSiO．Si．结构的P．O原子对，根据P．O原子对结合能得到800．1100oC范围内Of扩散势垒的增加值为~o．04．0．07eV，与实验