单晶硅中碳掺杂对缺陷行为的影响
时间：2025-05-09 发布人：admin 点击数：0
碳是直拉单晶硅中非有意引入的杂质,与有意引入硅中的氮相似,居于替代位的碳(Cs)原子同样能与硅中的其他杂质和点缺陷产生相互作用。 当 Cs 俘获自间隙硅原子后,Cs 进入间隙位形成可快速迁移的间隙碳原子(Ci ),并可与 O 结合形成 Ci-O 中心。 这些 Ci-O 中心在后续退火中会继续俘获 O,形成更为复杂的碳相关复合体并成为氧沉淀的异质形核中心。由于 Ci 对 O 的俘获作用,在含碳的掺氮直拉单晶硅中氮氧浅热施主的形成会受到影响,但其影响规律和机制仍有待深入研究。 周军委研究了高浓度碳杂质对掺氮直拉硅片的氮-氧复合体浅热施主(N-O STDs)、氧沉淀和氧热施主形成的影响,结果表明：- 在650 ℃ 热处理条件下,当碳浓度较低时(3. 4×10^16cm^-3),N-O STDs 的形成几乎不受影响。 当碳浓度较高时(5. 1×10^16cm^-3),N-O STDs 的形成则受到显著的抑制。
- 无论是在氧沉淀形核时间不同还是氧沉淀长大时间不同的情况下,碳杂质都会促进氧沉淀的形成,而在低-高两步热处理前预置 1 250 ℃ / 60 s 高温快速热处理时,碳对掺氮直拉硅片氧沉淀的促进作用更加显著。
- 在氮杂质抑制直拉硅片中氧热施主形成的基础上,碳杂质进一步抑制了氧热施主的形成,碳浓度越高,其抑制作用越显著。 初步分析认为:在氧热施主形成温度下,有可能形成碳-氧复合体,消耗了一部分间隙氧原子;此外,一部分替代位碳原子与自间隙硅原子发生了“踢出(kick-out)”机制的反应,消耗了一部分自间隙硅原子,而氧热施主的形成则依赖于间隙氧原子和自间隙硅原子的数量。
扬州晶格半导体-提供超大尺寸柱状多晶硅、单晶硅材料，并可定制加工各类硅部件、硅锭、硅棒、硅环、硅管、硅靶材。17826693981赵剑通过金扩散结合深能级瞬态谱仪(DLTS)测试的方法,阐明了在 RTP 过程中碳对 V(空位)-I(自间隙原子)复合过程及剩余空位浓度的影响,结果如图所示。 同时经过 1 250 ℃ / 60 s RTP 后进行金扩散的情况下,碳掺杂直拉单晶硅( CCZ) 样品中的 Aus 浓度明显高于 CZ 样品,表明在RTP 过程中,CCZ 样品中的 VOm 复合体浓度更高,即在 V-I复合体复合过程中留存的空位浓度更高。 与此同时,随着降温速率的增大,CCZ 样品中形成的 VOm 复合体浓度进一步增大;在相同的情况下,普通 CZ 样品中 VOm 复合体的浓度则没有明显的增长。 这个现象表明在 CCZ 样品中,碳对硅中的V-I 复合过程存在明显的影响。 碳的掺杂显著抑制了高温RTP 过程中的 V-I 复合,从而大幅增加了硅中剩余 VOm 复合体的浓度。综上所述,ⅢA 族、ⅣA 族、ⅤA 族中硼、碳、氮、磷四种掺入杂质均会影响硅晶体中原生点缺陷和氧杂质的生长与分布,某些特定元素共掺时会在形成空位-杂质和氧-杂质过程中产生一种竞争机制,在退火处理过程中存在着此消彼长的规律,并且掺入ⅢA 族、ⅤA 族杂质可以改变硅晶体的导电类型,控制硅晶体的电阻率,影响硅中载流子的寿命。 现存的大量研究或多或少因为科研设备的检测极限,难以将杂质原子对硅中缺陷以及电性能的影响解释清楚,因此寻找新的检测方法对硅产业的发展具有重要意义。
