直拉单晶硅片是集成电路的基础材料,其缺陷和机械强度对集成电路的成品率和性能有重要影响。因此,控制直拉硅片中的缺陷以及改善直拉硅片的机械强度是硅材料研究的重要内容。直拉硅中的某些非电活性杂质有可能对缺陷的形成和机械强度有显著的影响。本文研究了 ⅣV族元素(碳、锗和锡)掺杂对直拉硅片中点缺陷和氧沉淀等缺陷形成的影响,并着重研究了碳对机械强度的作用,得到如下主要创新成果:(1)利用金扩散结合深能级瞬态谱(DLTS)表征,研究了碳掺杂对直拉硅片在快速热处理(RTP)过程中空位-氧复合体(VOm,m≥2 形成的影响。研究发现,在RTP预处理的情况下,浓度为1017cm-3的碳掺杂可以显著增加硅片中注入的VOm浓度,并且VOm浓度随着RTP降温速率的增大而增大。第一性原理计算的结果表明,硅中的自间隙硅原子容易被碳原子束缚。因此,碳和自间隙硅原子相互作用形成CI复合体。在RTP的降温过程中,空位和自间隙硅原子的复合受到了抑制,使得硅片中留存的空位浓度显著增加,从而使VOm复合体的浓度增加。掺碳直拉硅片在经过1250℃/60s预处理后再进行低温(650℃或800℃)和高温(1000℃)两步热处理时,由VOm复合体促进的氧沉淀形核比未故意掺碳直拉硅片中的更加强烈,因而具有更加显著的氧沉淀。由此表明:掺碳对提高硅片的内吸杂能力是有益的。但是,掺碳直拉硅片在有高温RTP预处理的情况下,为了形成洁净区,需要谨慎地选择氧沉淀形核的热处理温度。研究表明,650 ℃是更为合理的氧沉淀形核温度。(2)通过纳米压痕、维氏硬度测量以及位错滑移表征等手段,研究了碳掺杂对硅片的硬度、杨氏模量和硅片的断裂韧性的影响。发现由于碳的掺杂,硅片的硬度、杨氏模量和断裂韧性都有一定程度的降低。在温度550℃-700℃时,碳降低了硅片中位错运动的激活能,促进了硅片中位错的运动。但是,从压痕诱生位错的滑移来看,当温度高于800 ℃时,碳掺杂会减小相同残余应力下位错的滑移长度,即抑制位错的运动。(3)研究了浓度为～1019cm-3的锗掺杂下对掺硼浓度为～1018cm-3的重掺P型直拉硅片在RTP及低-高两步热处理工艺中氧沉淀的影响。研究发现在没有RTP预处理的情况下,锗原子由于尺寸较大,在硅晶格中引入了压应力,对较小尺寸的硼原子在硅晶格中所产生的拉应力起到一定的补偿作用,从而削弱了高浓度硼掺杂对直拉硅片中氧沉淀的促进作用,同时影响了氧沉淀的形貌;而在有RTP预处理的情况下,由于锗掺杂增加了硅片中的空位浓度,由此引入更多的氧沉淀异质形核中心,因而促进了硅片中的氧沉淀。(4)通过金扩散结合DLTS表征,研究了浓度为～1017 cm-3的锡掺杂对不同条件下直拉硅片中空位浓度的影响。发现在没有RTP预处理的情况下,锡掺杂会轻微增加硅片中的空位浓度,而在经过RTP预处理的情况下,锡掺杂显著增大了硅片中的空位浓度。此外,研究了锡掺杂对直拉硅片在低温(650 ℃或800 ℃)和高温(1000 ℃)两步热处理时的氧沉淀的影响。发现在无RTP预处理的情况下,锡掺杂对硅片中的氧沉淀呈抑制作用;而在有RTP预处理的情况下,由于锡掺杂使硅片中的空位浓度更高而促进了氧沉淀的形核,因而锡掺杂促进了氧沉淀,这对提高硅片的内吸杂能力是有利的。此外,研究还表明锡掺杂不会影响硅片近表面洁净区的形成。