直拉单晶硅中氧沉淀和铜复合体的研究

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用直拉法生长的单晶硅中,氧是最常见的杂质,硅材料制备过程使用的内吸杂工艺则是以氧沉淀及其诱生缺陷为基础。铜作为最常见的过渡族金属玷污之一,其沉淀及复合体将会较大程度地影响硅材料的性能。因此,研究氧沉淀和铜沉淀及其复合体在直拉硅单晶中的行为,除了具有重要的理论意义外,在实际生产中也可以提高硅器件的性能。本论文利用光学显微镜,傅立叶红外光谱仪及荧光光谱仪对不同热处理方式下硅中氧和铜的行为进行研究,得出的主要结论如下:  (1)研究了线性升温(Ramping)的起始温度和升温速率对硅单晶中氧沉淀行为的影响。结果表明,同一升温速率下,Ramping的起始温度升高,硅片体内的氧沉淀密度降低;Ramping起始温度相同时,升温速率增大,硅片内部的氧沉淀密度也降低。  (2)研究了不同气氛下RTP-低-高三步热退火后生成的铜沉淀对洁净区的影响。结果表明,在N2气氛下进行RTP,无论在哪一步引入铜玷污均无洁净区生成;在O2、Ar气氛下进行RTP,仅在第二、第三步热处理之前引入铜玷污时可以得到洁净区,而且当铜玷污引入顺序相同时,O2气氛下的RTP-低-高三步热处理后获得的洁净区宽度比Ar气氛下的大。在同一种气氛下进行的RTP-低-高三步热退火,第二步热退火前引入铜玷污的硅片中生成的洁净区宽度大于第三步热退火前引入的样品。另外,通过光致发光法(PL)发现了一个位于约0.97eV处(峰值对应的波长在1281~1285nm之间变化)的新发光峰,研究表明,其发光中心很可能为Cu-V复合体。  (3)研究了线性升温热处理及铜玷污引入温度对氧沉淀及铜相关发光中心的影响。研究发现,低温ramping有利于氧原子的沉淀,起始的温度越低,最终得到的氧沉淀越多。而且,从低温直接ramping至1050℃的单步热退火比从低温ramping至750℃,然后在该温度下保温6h的两步热退火得到了更多氧沉淀。此外,通过对位于0.97eV处(峰值对应的波长在1281~1285nm之间变化)的Cu-V复合体发光峰的研究发现,铜玷污温度(对应于间隙铜原子在硅中的平衡浓度)对铜相关发光峰强度有一定的影响,铜玷污温度越低,发光峰强度越大。同时,铜相关发光峰强度随硅中空位浓度的降低而减弱。
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