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在硅器件制造过程中,过渡族金属作为最常见的杂质,很容易玷污到硅器件上。由于其在晶体硅中具有较高的扩散系数且固溶度对温度有强烈的依赖性,在随后的冷却过程中,很容易以复合体或沉淀的形式聚集下来,从而严重影响硅器件的良率。因此,研究不同热处理条件下晶体硅中过渡族金属杂质的沉淀机理对光伏工程以及微电子工业都有着极其重要的意义。
本文系统研究了在不同热处理方式和温度条件下,过渡族金属杂质的引入对洁净区生成以及晶体硅电学性能的影响。另外,对于过渡族金属杂质在硅中的沉淀机制,文中也做了较为详细的阐述与分析。具体的工作内容及主要结论如下:
(1)利用腐蚀结合光学显微镜的方法系统研究了铜沉淀对洁净区形成的影响。研究发现,不同的铜玷污次序对洁净区的生成会有很大的影响。基于实验结果,我们还发现,在实验中按不同顺序对样品引入铜杂质,样品洁净区的宽度也会有所不同。另外,我们还利用微波光电导衰减法研究了在氩气和湿氧条件下铜杂质的引入对多晶硅平均载流子寿命的影响。
(2)利用腐蚀结合光学显微镜的方法研究了在常规热处理和快速热处理条件下,镍的引入次序对洁净区生成的影响。研究发现,镍杂质的引入次序对洁净区生成没有影响,而且相同热处理方式生成的洁净区宽度也基本相同。另外,还通过微波光电导衰减法研究了在上述热处理条件下,少子寿命发生的变化。
(3)研究了在常规热处理和快速热处理条件下,同时引入铜杂质和镍杂质对洁净区生成的影响。研究发现,在常规热处理条件下,所有样品均有洁净区生成,而对于MDZ工艺下的样品,在第一步高温热处理前对样品玷污,样品没有洁净区生成。在第二步低温热处理前和最后一步高温热处理前对样品玷污,则会有洁净区生成。另外在第二小节还讨论了两种金属杂质沉淀过程中应力的产生和释放机理以及两者之间的相互作用机理,研究发现,铜沉淀的生成会显著促进镍沉淀的形成,同样镍沉淀也会在一定程度上促进铜沉淀的形成a