Effect of Nickel Contamination on Formation of Denuded Zone in Czochralski Silicon

研究了过渡族金属镍在快速热处理作用下对直拉单晶硅中洁净区形成的影响.实验结果发现:硅中魔幻洁净区(MDZ)形成后,氧沉淀及其诱生缺陷能有效地吸杂金属镍;而沾污金属镍的硅中,随后的快速热处理工艺不能形成MDZ,硅片近表面出现大量沉淀.采用传统的内吸杂工艺,镍沾污的次序对洁净区的形成没有影响.实验表明由于硅片表面形成的镍硅化合物的晶格常数比硅小,所以在硅片近表面产生高浓度的空位,导致近表面的氧依然能够在MDZ工艺中形成沉淀.     

p型硅片表面氧化雾缺陷的吸除

利用快中子辐照在p型硅片中产生辐照缺陷,利用其作为热处理时硅中氧沉淀的成核中心,在硅片表面层形成洁净区和在体内形成吸杂区,能有效地抑制硅片表面氧化雾缺陷的形成.提出了较为实用的退火工艺和简单的解释.     

快速退火气氛对硅片洁净区和表面形貌的影响

使用N2和N2/NH3混合气氛作为快速热退火(RTA)气氛,研究了RTA气氛对洁净区、氧沉淀和硅片表面形貌的影响.在N2/NH3混合气氛下,RTA处理后,硅片表面出现小坑,同时,微粗糙度增加,后续热处理工艺中会出现薄的洁净区(～10μm)和高密度的氧沉淀.经过N2气氛RTA处理的硅片,表面微粗糙度变化不大,后续热处理中获得较厚的洁净区(≥40μm)和较低的氧沉淀密度.     

p型硅片表面氧化雾缺陷的吸除

利用快中子辐照在ｐ型硅片中产生辐照缺陷，利用其作为热处理时硅中氧沉淀的成核中心，在硅片表面层形成洁净区和在体内形成吸杂区，能有效地抑制硅片表面氧化雾缺陷的形成。提出了较为实用的退火工艺和简单的解释。     

快速退火气氛对300mm硅片内洁净区和氧沉淀形成的影响

300mm硅片中厚度合适的洁净区和高密度氧沉淀,有利于对器件有源区金属沾污的吸除,改善栅氧化物的完整性.文中使用Ar,N2/NHa混合气作为快速退火(RTA)气氛,研究RTA气氛对洁净区、氧沉淀形成的影响.研究发现N2/NHs混合气氛处理的硅片表层洁净区明显薄于Ar气氛处理的硅片,氧沉淀密度明显高于Ar气氛处理后的硅片.同时发现在两种气氛下,延长恒温时间都可以降低洁净区厚度,增加氧沉淀密度.基于空位增强氧沉淀成核和氮化空位注入的基本原理,就RTA气氛和恒温时间对洁净区和氧沉淀分布的影响进行了讨论.     

快速退火气氛对300mm硅片内洁净区和氧沉淀形成的影响

300mm硅片中厚度合适的洁净区和高密度氧沉淀,有利于对器件有源区金属沾污的吸除,改善栅氧化物的完整性.文中使用Ar,N2/NHa混合气作为快速退火(RTA)气氛,研究RTA气氛对洁净区、氧沉淀形成的影响.研究发现N2/NHs混合气氛处理的硅片表层洁净区明显薄于Ar气氛处理的硅片,氧沉淀密度明显高于Ar气氛处理后的硅片.同时发现在两种气氛下,延长恒温时间都可以降低洁净区厚度,增加氧沉淀密度.基于空位增强氧沉淀成核和氮化空位注入的基本原理,就RTA气氛和恒温时间对洁净区和氧沉淀分布的影响进行了讨论.     

快速退火气氛对300mm CZ硅片吸杂效应和表面微观结构的影响

研究了N2和N2/NH3混合气两种不同气氛快速退火处理硅片对洁净区和氧沉淀分布的影响.研究发现:N2/NH3混合气氛处理的硅片在后序热处理中表层形成很薄的洁净区同时体内形成高密度的氧沉淀;而N2气氛处理的硅片的沽净区较厚、氧沉淀密度较低.但是两种气氛下延长恒温时间都可以降低洁净区厚度,增加氧沉淀密度.X射线光电子能谱和原子力显微镜扫描的结果显示N2/NH3混合气氛处理使表面出现了强烈的氮化反应,利用氮化反应町以解释快速退火气氛对洁净区分布的影响.     

快速退火气氛对300mm CZ硅片吸杂效应和表面微观结构的影响

研究了N2和N2/NH3混合气两种不同气氛快速退火处理硅片对洁净区和氧沉淀分布的影响.研究发现:N2/NH3混合气氛处理的硅片在后序热处理中表层形成很薄的洁净区同时体内形成高密度的氧沉淀;而N2气氛处理的硅片的沽净区较厚、氧沉淀密度较低.但是两种气氛下延长恒温时间都可以降低洁净区厚度,增加氧沉淀密度.X射线光电子能谱和原子力显微镜扫描的结果显示N2/NH3混合气氛处理使表面出现了强烈的氮化反应,利用氮化反应町以解释快速退火气氛对洁净区分布的影响.     

氮对直拉硅片中氧沉淀分布的影响

研究了氮在退火过程中对直拉硅片中的氧沉淀分布的影响.实验结果表明,三步退火后在掺氮硅片截面形成特殊的M形的氧沉淀密度分布,即表面形成没有氧沉淀的洁净区(DZ),体内靠近DZ区域形成高密度、小尺寸的氧沉淀,而在硅片的中心处形成低密度、大尺寸的氧沉淀.分析认为,由于在第一步高温退火过程中氮在硅片表面外扩散,同时在硅片体内促进氧沉淀,改变了间隙氧的分布,从而导致在随后的热处理过程中氧沉淀的特殊分布行为.     

氮对直拉硅片中氧沉淀分布的影响

研究了氮在退火过程中对直拉硅片中的氧沉淀分布的影响.实验结果表明,三步退火后在掺氮硅片截面形成特殊的M形的氧沉淀密度分布,即表面形成没有氧沉淀的洁净区(DZ) ,体内靠近DZ区域形成高密度、小尺寸的氧沉淀,而在硅片的中心处形成低密度、大尺寸的氧沉淀.分析认为,由于在第一步高温退火过程中氮在硅片表面外扩散,同时在硅片体内促进氧沉淀,改变了间隙氧的分布,从而导致在随后的热处理过程中氧沉淀的特殊分布行为     

铜镍共沉淀对直拉硅单晶中洁净区形成的影响

The influence of co-precipitation of copper and nickel on the formation of a denuded zone(DZ) in Czochralski silicon(Cz Si) was systematically investigated by means of etching and optical microscopy(OM).It was found that,for conventional high-low-high annealing(CFA),the DZ could be obtained in all specimens contaminated by copper and nickel co-impurity at different steps of the heat treatment,indicating that no copper precipitates or nickel precipitates were generated in the region just below the surface.However,for rapid thermal annealing(RTA)-low-high annealing,the tendency is not the same; the DZ could not be found in the specimen which was contaminated by copper and nickel contamination before the first RTA annealing.On the basis of the experimental results,it was supposed that the concentration and distribution of the vacancies generating during the RTA can influence the distribution of copper precipitation and nickel precipitation along the cross-section of Cz Si significantly,and thus influence the formation of the DZ to a great extent.     

快速预热处理对大直径CZ-Si中FPDs及清洁区的影响

研究了不同气氛下快速预热处理(RTA)后,硅片中的流动图形缺陷(FPDs)密度和随后两步热处理形成的魔幻清洁区(MDZ)之间的关系.硅片经过高温快速预热处理后,再经过800℃(4h)+1000℃(16h)常规退火,以形成MDZ.研究发现,当硅片在Ar气氛或N2/O2(9%)混合气氛下RTA预处理后,FPDs密度较低,随后热处理出现的氧沉淀诱生缺陷密度较高、清洁区较宽.对于N2/O2混和气氛,随着O2含量的增加,FPDs和氧沉淀诱生缺陷密度变小,纯O2气氛下预处理后硅片中FPDs和氧沉淀诱生缺陷密度最低.因此,可以通过调节N2/O2混合气氛中两种气氛的比例来控制空洞型微缺陷和硅片体内氧沉淀诱生缺陷的密度.     

NiSi/Si界面的剖面透射电镜研究

采用不同硅化工艺制备了NiSi薄膜并用剖面透射电镜(XTEM)对样品的NiSi/Si界面进行了研究.在未掺杂和掺杂(包括As和B)的硅衬底上通过物理溅射淀积Ni薄膜,经快速热处理过程(RTP)完成硅化反应.X射线衍射和喇曼散射谱分析表明在各种样品中都形成了NiSi.还研究了硅衬底掺杂和退火过程对NiSi/Si界面的影响.研究表明:使用一步RTP形成NiSi的硅化工艺,在未掺杂和掺As的硅衬底上,NiSi/Si界面较粗糙;而使用两步RTP形成NiSi所对应的NiSi/Si界面要比一步RTP的平坦得多.高分辨率XTEM分析表明,在所有样品中都形成了沿衬底硅〈111〉方向的轴延-NiSi薄膜中的一些特定晶面与衬底硅中的(111)面对准生长.同时讨论了轴延中的晶面失配问题.     

大直径直拉硅片的快速热处理

主要研究了快速热处理( RTP)对大直径直拉( CZ)硅片的清洁区( DZ)和氧沉淀的影响.通过在Ar、N2 、O2 三种不同气氛中,在不同温度下RTP发现在大直径CZ硅片中氧沉淀的行为及DZ的宽度与RTP的温度、气氛有很大关系.在实验的基础上,讨论了在大直径CZ硅中RTP对氧沉淀和DZ的影响机理.     

Study of NiSi/Si Interface by Cross-Section Transmission Electron Microscopy

采用不同硅化工艺制备了NiSi薄膜并用剖面透射电镜(XTEM)对样品的NiSi/Si界面进行了研究.在未掺杂和掺杂(包括As和B)的硅衬底上通过物理溅射淀积Ni薄膜,经快速热处理过程(RTP)完成硅化反应.X射线衍射和喇曼散射谱分析表明在各种样品中都形成了NiSi.还研究了硅衬底掺杂和退火过程对NiSi/Si界面的影响.研究表明:使用一步RTP形成NiSi的硅化工艺,在未掺杂和掺As的硅衬底上,NiSi/Si界面较粗糙;而使用两步RTP形成NiSi所对应的NiSi/Si界面要比一步RTP的平坦得多.高分辨率XTEM分析表明,在所有样品中都形成了沿衬底硅〈111〉方向的轴延-NiSi薄膜中的一些特定晶面与衬底硅中的(111)面对准生长.同时讨论了轴延中的晶面失配问题.     

Influence of the Surface Layer on the Electrochemical Deposition of Metals and Semiconductors into Mesoporous Silicon

The influence of the surface layer on the process of the electrochemical deposition of metals and semiconductors into porous silicon is studied. It is shown that the surface layer differs in structure and electrical characteristics from the host porous silicon bulk. It is established that a decrease in the conductivity of silicon crystallites that form the surface layer of porous silicon has a positive effect on the process of the filling of porous silicon with metals and semiconductors. This is demonstrated by the example of nickel and zinc oxide. The effect can be used for the formation of nanocomposite materials on the basis of porous silicon and nanostructures with a high aspect ratio.     

直拉单晶硅中氧沉淀的高温消融和再生长

重点研究了直拉(CZ)硅中氧沉淀在快速热处理(RTP)和常规炉退火过程中的高温消融以及再生长行为.实验发现,RTP是一种快速消融氧沉淀的有效方式,比常规炉退火消融氧沉淀更加显著.硅片经RTP消融处理后,在氧沉淀再生长退火过程中,硅中体微缺陷(BMD)的密度显著增加,BMD的平均尺寸略有增加;而经过常规炉退火消融处理后,在后续退火过程中,BMD的密度变化不大,但BMD的尺寸明显增大.氧沉淀消融处理后,后续退火的温度越高,氧沉淀的再生长越快.     

直拉单晶硅中氧沉淀的高温消融和再生长

重点研究了直拉(CZ)硅中氧沉淀在快速热处理(RTP)和常规炉退火过程中的高温消融以及再生长行为.实验发现,RTP是一种快速消融氧沉淀的有效方式,比常规炉退火消融氧沉淀更加显著.硅片经RTP消融处理后,在氧沉淀再生长退火过程中,硅中体微缺陷(BMD)的密度显著增加,BMD的平均尺寸略有增加;而经过常规炉退火消融处理后,在后续退火过程中,BMD的密度变化不大,但BMD的尺寸明显增大.氧沉淀消融处理后,后续退火的温度越高,氧沉淀的再生长越快.     

Understanding and implementation of rapid thermal technologies forhigh-efficiency silicon solar cells

Rapid and potentially low-cost process techniques are analyzed and successfully applied toward the fabrication of high-efficiency monocrystalline Si solar cells. First, a methodology for achieving high-quality screen-printed (SP) contacts is developed to achieve fill factors (FF's) of 0.785-0.795 on monocrystalline Si. Second, rapid emitter formation is accomplished by diffusion under tungsten halogen lamps in both beltline and rapid thermal processing (RTP) systems (instead of in a conventional infrared furnace). Third, a combination of SP aluminum and RTP is used to form an excellent back surface field (BSF) in 2 min to achieve an effective back surface recombination velocity (S_eff) of 200 cm/s on 2.3 Ω-cm Si. Next, a novel dielectric passivation scheme (formed by stacking a plasma silicon nitride film on top of a rapid thermal oxide layer) is developed that reduces the surface recombination velocity (S) to approximately 10 cm/s on the 1.3 Ω-cm p-Si surface. The essential feature of the stack passivation scheme is its ability to withstand short 700-850°C anneal treatments (like the ones used to fire SP contacts) without degradation in S. The stack also lowers the emitter saturation current density (J_oe) of 40 and 90 Ω/sq emitters by a factor of three and ten, respectively, compared to no passivation. Finally, the above individual processes are integrated to achieve (1) >19% efficient solar cells with emitter and Al-BSF formed by RTP and contacts formed by vacuum evaporation and lift-off, (2) 17% efficient manufacturable cells with emitter and Al-BSF formed in a beltline furnace and contacts formed by SP, and (3) 17% efficient gridded-back contact (bifacial) cells with surface passivation accomplished by the stack and gridded front and back contacts formed by SP and cofiring