单晶硅中氮掺杂对缺陷行为的影响
时间：2025-05-11 发布人：admin 点击数：0
单晶硅中的N杂质是在硅熔体中加入Si3N4 颗粒、石英坩埚上的 Si3N4 涂层以及保护气氛中生长引入的，其主要存在形式包括具有电活性的氮-氧热施主(N-O STDs)、N二聚体(N2 )和单体 N 的其他可能构型。 对掺氮直拉硅而言，氮和氧在 300~650 ℃ 热处理时会形成 N-O STDs，影响电子器件的性能。 赵彤等研究了900~1200 ℃+650 ℃退火对氮掺杂直拉单晶硅(NCZ)硅中 N-O STDs 形成的影响，提出由于氧化物沉淀/ 硅边界层会俘获N原子，而在预退火期间氧沉淀物显著增加，俘获更多的氮原子，从而抑制 N-O STDs形成。在不同热处理温度或工艺下，氮原子会对硅中的空位和氧沉淀等缺陷产生不同的影响。 秦亚洲对中子辐照后硅晶体中缺陷行为进行了研究，结果表明，氮原子会在硅晶格内引入拉应力，从而改变空位和空位-氧复合体的扩散，促进 VO 到 VO2 的转化。 余学功等在1150 ℃+4h 退火条件下对掺氮直拉硅中晶体原生颗粒缺陷进行了研究，，结果如图所示，N 掺杂情况下，单晶硅内的 COPs 沉淀密度增大，尺寸减小。 造成这种现象的原因可能是在低温和高温处理时与氮杂质相关的 Nm On 和 N2-V2-Ox 配合物促进了氧沉淀，消耗了大量空位，使得空隙的生长受到限制。 崔灿在此基础上采用常规高-低-高三步绝缘栅双极型晶体管激光退火工艺(IGBT)对 NCZ 硅晶体中的氧沉淀进行了研究，发现低温条件(300~750℃ )下氮能够与氧结合形成 N2On 复合体。 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为了获得无缺陷的硅晶体，Kajiwara 等研究了直拉法生长的掺氮硅单晶中缺陷 ( 空洞和位错团) 行为与间隙氧浓度([Oi])的关系，他们提出 N-V 和 N-O 络合物在掺氮 Cz-Si 晶体中相互竞争，其浓度分数随[Oi]值变化。 在低[Oi]时，NO 复合物的浓度变低,因此能够形成 N-V 复合物的氮浓度增加,从而增强了对原生缺陷的抑制效果。 对此,他们还提出了[OI]影响掺氮硅中原生缺陷的模型(见图 10)：- 氮(N)原子与晶体中的空位(V)反应,形成 N-V 络合物,因此能够聚集形成空洞型缺陷的“自由” 空位的浓度相应降低;
- N原子还与 Oi 形成复合物,由于 O 与 N 以及 V 与 N 之间的复合存在竞争关系,V 占据的 N 原子比例受到[Oi ]的影响,如果 N-O 络合物数量增加,那么能够形成 N-V 络合物的有效 N浓度降低,导致对原生缺陷的抑制作用降低。
