热氧化法钝化硅片的少数载流子寿命.pdf

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1、第24卷第1期半导体学报Vol.24,No.12003年1月CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSJan.,20033热氧化法钝化硅片的少数载流子寿命崔灿杨德仁余学功马向阳李立本阙端麟(浙江大学硅材料国家重点实验室,杭州310027)摘要:用高频光电导衰减法(PCD)研究了热氧化钝化对直拉硅少子寿命的影响.在700～1100℃范围热氧化不同时间(015～4h)对直拉硅片表面进行钝化,实验结果表明,在1000℃下热氧化对硅片表面钝化的效果最好;而且发现热氧化115h后硅片的少子寿命值达到最大值,接近于其真实值,而随着热氧化时间的延长(>115h)少子寿命将会降

2、低,这是由于直拉硅中过饱和的氧会沉淀下来形成氧沉淀,成为新的少子复合中心.关键词:直拉硅;少子寿命;钝化;氧沉淀PACC:7280C;7240;7220J+中图分类号:TN304112文献标识码:A文章编号:025324177(2003)0120054204度的要求很高,而且钝化效果不是很好;而热氧化钝1引言化可以在硅片表面产生一层高质量的、有较低的表面态密度的Si2SiO2界面,可以有效地消除表面复少子寿命是表征硅晶体质量的主要参数之一[3].合的影响.但是,由于硅片在氧化退火过程中不可目前测量硅片少子寿命的方法很多,有表面光电压[7～9]避免地产生一些缺陷(主要是氧沉淀),这

3、些缺[1][2]法(SPV)、微波光电导衰减法(L2PCD)、高频光陷将对少子寿命产生一些影响.[3]电导衰减法(PCD)等.但是,前两种测量方法设备本文主要是用光电导衰减法研究热氧化钝化对昂贵成本比较高,而高频光电导衰减法(PCD)相对直拉单晶硅片少子寿命的影响,找出热氧化钝化最来说设备简单,且测量精度也能满足检测的要求,因佳的温度和时间;同时,研究了热氧化过程中硅片中此在工业上得到广泛的应用.通常用各种方法测得生成的氧沉淀对测量少子寿命的影响,并在此基础的硅片的少子寿命是有效寿命(Seff),它包含两部上讨论了影响的机理.分:体复合寿命(Sbulk)和表面复合寿命(Ssurf

4、ace).它们[4]三者之间有如下关系:2实验方法111=+(1)SeffSbulkSsurface在氩气保护下生长n型〈111〉的直拉(CZ)硅单当硅片很薄时,表面复合寿命(Ssurface)要远远小于体晶,直径为75mm,硅晶体的体寿命通过光电导衰减寿命(Sbulk),此时测得的Seff近似等于Ssurface,因此表法测量晶锭而得到(为550Ls).然后在这段晶锭上面复合对少子寿命的影响很大.取样,样品厚度在013mm左右,原生电阻率为11～17-3为了消除表面复合对少子寿命测量的影响,硅128·cm,原生氧含量为818×10cm左右,然后片通常都要经过表面钝化处理后再进行

5、少子寿命测样品经化学抛光后,在两种条件下退火:(1)在700[4～6]量.通常采用的方法有热氧化钝化和化学钝化,～1100℃范围每隔100℃在干氧(O2)中氧化1h,寻化学钝化简单方便,使用的越来越普遍,但是对洁净找CZ硅片表面钝化的最佳热氧化钝化温度;(2)在3国家自然科学基金资助项目(No.50032010)崔灿男,1979年出生,博士研究生,现从事硅材料杂质及缺陷的研究.杨德仁男,1964年出生,教授,长江学者,现从事硅材料、太阳能电池和纳米材料的研究.2002203207收到,2002204225定稿○c2003中国电子学会1期崔灿等:热氧化法钝化硅片的少数载流子寿命55

6、最佳热氧化钝化温度下热氧化不同时间(015～着温度的升高而延长;在1000℃时,少子寿命达到4h),研究CZ硅中少子寿命随退火时间的变化关最大值;温度继续升高,少子寿命减少.由此可以看系.样品入炉前依次用SC1液(NH4OH∶H2O2∶出,1000℃是热氧化使硅片表面钝化的最佳温度.热H2O=1∶1∶5)和SC2液(HCl∶H2O2∶H2O=1∶氧化过程中温度对氧化膜的钝化效果影响很大,在1∶5),清洗10～15min,其间用去离子水反复冲洗,氧化过程中硅片表面生成的Si2SiO2界面之间存在然后缓慢入炉进行氧化,退火前后少子寿命由高频SiOx(1

7、缺陷,甚至PCD法测得,退火前后样品间隙氧的浓度由室温傅有些硅原子的悬挂键依然存在,所以SiOx层质量的[10,11]里叶红外光谱(FTIR)测定,其转换因子为3114×好坏影响着少子寿命的测量.当氧化温度较低17210öcm.值得一提的是通过热氧化来钝化硅片表(<1000℃)时,生成的SiOx层的质量较差,其中仍面所用的炉子要经过严格清洗.然还存在一些悬挂键;当氧化温度过高(>1000℃)时,虽然硅片表面的悬挂键被基本上消除,但由于氧3实验结果和分析化产生的自间隙硅原子太多,它