D0I:10.13374/j.issn1001053x.1996.01.012 第18卷第1期 北京科技大学学报 Vol.18 No.1 19962 Journal of University of Science and Technology Beijing Fb.1996 硅中氢致缺陷和微缺陷氢沉淀的消除及其应用 陈燕生 刘桂荣 李怀祥 北京科技大学物理化学系，北京100083 摘要氢气氛下区熔拉制的鼓棱无位错硅单晶，原生晶体经化学腐蚀，观察不到缺陷，包括微 缺陷，但当块状热处理后，经腐蚀常常观察到尺度m数量级的氢致缺陷(p型缺陷、麻坑)和微 缺陷氢沉淀.为了消除这些缺陷，原生单晶需片状供应，片厚应小于1mm,或中照后的区熔 (氢)硅单晶，片状，940℃、0.5h退火，均能消除之.在电力电子器件的应用中，管芯等级合格率可 保持在80%以上. 关键词硅，单晶，氢，沉淀 中图分类号TG111.2 70年代初，我国提出的氢气氛下区熔拉制的鼓棱无位错硅单晶曾普遍推广使用；70年 代末，发现这种晶体再经块状热处理后，观察到了60年代与日本人山列氩加氢区熔工艺控 制的原生硅单晶所观察到的相同的氢致缺陷，引起我国学者的注意，先后发表了一些论 文3~)，本文探讨消除氢致缺陷和氢沉淀的方法· 1实验 (1)单晶制备：在QR一20型区熔炉上，纯氢气氛下，采用一级多晶硅，经一次整形，二 次成晶，拉制直径35m[111]晶向鼓棱无位错硅单晶，经红外分析，区熔（氢）硅单晶中，氧 含量≤5×106个·cm-3,碳含量≤7.73×106个·cm3.(2)中子辐照：在轻水反应堆 中进行.(3)热处理：940℃、0.5h退火，空气气氛.(4)器件制造：在KP200和KK200电力 电子器件流水线上进行， 2实验结果和讨论 2.1氢缺陷形貌观察 大量的实验表明，在纯氢气氛下区熔生长的无位错鼓棱原生硅单晶，一般均观察不到任何 缺陷，包括微缺陷，图2（ā）为原生硅单晶未浸蚀出缺陷的实物像.从图可以看出，浸蚀面为 镜面，但这种原生硅单晶一般经(900±100)℃块状热处理（厚度大于2mm)大部分样品经sirtl 液腐蚀后均能观察到氢致缺陷.图2(b)为经800℃/1块状热处理后浸蚀出缺陷实物像. 宏观看，在硅棒纵截面上有大量的麻坑. 1995-08-07收稿 第一作者男60岁教授第 18 卷 第 l期 北 京 科 技 大 学 学 报 l,从i年 2 月 oJ aum l o f U in vesr i yt o f S d cen a dn eT hc n o of g y eB ij i n g V d . 18 N d I功 。 1些润巧 硅 中氢致缺 陷和 微缺 陷氢沉淀 的消 除及其应用 陈燕生 刘桂荣 李怀祥 北京科技大学物理 化学 系 , 北京 1〕 X) 83 摘要 氢气氛下区熔拉制的鼓棱 无位 错硅单 晶 , 原 生晶 体经化 学腐 蚀 , 观察 不到 缺 陷 , 包括 微 缺陷 . 但 当块状热处理后 , 经腐蚀常常观察到 尺度 1111 11 数量级 的 氢致 缺 陷 (切 型缺 陷 、 麻 坑 )和微 缺陷 氢沉淀 . 为 了 消 除这些 缺 陷 , 原 生单 晶 需 片状供应 , 片厚应小 于 1 1 l lm , 或 中 照后 的 区 熔 ( 氢 ) 硅单 晶 , 片状 , 9喇〕℃ 、 o j h 退火 , 均能消除之 . 在 电力电子器件的应用 中 , 管芯等级合格率可 保持在 80 % 以 上 . 关键词 硅 , 单晶 , 氢 , 沉淀 中图分类号 T G l l . 2 70 年 代初 , 我 国提 出 的氢 气氛下 区熔拉 制的鼓 棱无 位 错 硅 单晶 曾普遍 推 广使用 ; 70 年 代末 , 发现这 种 晶体再 经块 状热 处理后 , 观 察 到 了 60 年 代 与 日本 人【’ , 2 】氢 加 氢 区熔 工 艺 控 制 的原 生硅单 晶 所观察 到 的相 同 的氢 致 缺 陷 , 引 起 我 国 学 者 的 注 意 , 先 后 发 表 了 一 些 论 文【’ 一 ’ ] . 本 文探讨消 除氢致 缺 陷和氢沉 淀 的方法 . 1 实 验 ( l) 单晶制 备 : 在 Q R 一 20 型 区熔 炉上 , 纯 氢气 氛下 , 采用 一级多晶硅 , 经一次 整形 , 二 次成 晶 , 拉 制 直 径 35 ~ 【1川 晶 向鼓棱 无 位错 硅单 晶 , 经 红外分析 , 区熔 (氢 ) 硅单 晶 中 , 氧 含 量 毛 s x lo l6 个 · cnr 一 , , 碳 含 量 毛 .7 73 x l0 16 个 · cnI 一 , . ( 2) 中子 辐 照 : 在 轻 水 反 应 堆 中进行 . ( 3) 热 处理 : 9 40 ℃ 、 .0 5 h 退火 , 空 气气 氛 . (4) 器 件 制 造 : 在 K P Zo 和 K KZ o 电 力 电子器 件 流水线 上进 行 . 实验结果 和讨论 氢 缺陷形 貌 观察 大量 的实验表 明 , 在纯 氢气 氛下 区 熔 生长 的无 位错鼓 棱原 生硅 单 晶 , 一 般均观 察 不到任 何 缺 陷 , 包括微 缺 陷 . 图 2 ( a) 为原生硅 单 晶未 浸蚀 出缺 陷的 实物 像 . 从 图可 以 看 出 , 浸 蚀 面 为 镜 面 , 但 这种 原 生硅单 晶一 般经 ( 90 士 10 )℃ 块状 热处理 ( 厚度 大于 2 ~ ) 大 部 分 样 品经 s训 液腐 蚀后 均能 观 察到氢 致缺 陷 . 图 2 ( b) 为经 80 ℃ / hl 块 状 热 处理 后 浸 蚀 出 缺 陷 实物 像 . 宏观 看 , 在硅 棒纵 截面 上有大 量 的麻坑 . 1卯5 一 08 一 07 收 稿 第 一作者 男 印 岁 教 授 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1996. 01. 012