第8章带硅材料

第8章带硅材料 硅棒要经过切片工艺得到硅片 一般硅片200 500 m 内圆切割所用的刀片的厚度为250 300 m 所以有近50 的硅材料被浪费 线切割线宽度一般为180 m 也会有30 的硅材料被浪费 所以人们考虑直接生长带状硅 省去切片过程 降低成本 本章主要介绍多种带硅的生长技术 包括边缘限制薄膜带硅生长技术 线牵引带硅生长技术 枝网带硅工艺 衬底上的带硅生长技术和工艺粉末带硅生长技术 阐述带硅材料生长的基本技术问题 带硅材料的晶界 位错和杂质 以及氢钝化和吸杂等内容 8 1带硅材料的制备 1边缘限制薄膜带硅生长技术 属于垂直提拉生长技术优点可以连续生产 制备长的带硅材料实验室最高转化效率14 图8 1 2线牵引带硅生长技术垂直提拉生长技术具有工艺简单 可以连续加料 连续生产的优点 晶体材料可以高速生长 生长速度高达25mm min 实验室最高转化效率可达15 1 图8 3 3枝网带硅工艺属于垂直生长技术晶体生长速度慢 但是晶体质量好 具有工艺简单 可连续加料的有点实验室最高转化效率17 3 4衬底上的带硅生长技术水平生长工艺具有较高的拉制速率和产出率 制备的带硅相对较厚 300 mm左右 实验室转化效率低于12 目前没有商业化生产 5工艺粉末带硅生长技术水平生长技术缺陷很多 效率只能达到13 左右 没有实现工业应用 8 2带硅材料生长的基本问题 不论何种技术生长 对于带硅材料而言 在晶体生长时都有三个基本问题 边缘稳定性 压力控制和产率 这些问题不仅决定了材料的质量 实际还决定了材料的相对成本 最终决定了哪种晶体生长技术能真正应用于实际 边缘稳定性 是指在晶体生长时 带硅边缘需要约束 以便生长出宽度一致的带硅 所以要对边缘进行限制 边缘限制薄膜带硅生长技术利用石墨模具限制的线牵引生长技术中使用抗高温的线材料限制的枝网生长技术中利用枝晶沿带硅边缘的生长造成硅熔体在边缘的过冷而实现边缘稳定性的 应力控制是指在一定得生长速率下 带硅必须在固液界面保持一定的冷却温度梯度 因此 带硅的冷却速率都很高 导致带硅中残留较大的应力 最终导致带硅中产生大量的缺陷 甚至产生带硅的弯曲和破裂 为此 一般都设计了后加热器 对晶体完成后的带硅进行后加热处理 以免带硅降温过快 产率 表8 1提高产率 必须提高拉制速度 但是拉制速度的提高使热应力增大 也会增加缺陷 另外 带硅生长时弯曲固液界面的稳定性需求进一步限制了生长速度 8 3带硅材料的缺陷和杂质 带硅材料是多晶材料 与铸造多晶硅一样 晶界是影响带硅材料质量的主要因素之一 EFG和SRG带硅中有许多孪晶界和一些大角度的晶粒晶界 多是 111 面孪晶EFG带硅中具有更多的大角度晶界 位错密度更高 SRG带硅中 孪晶更多 高达80 的表面可以被孪晶覆盖 DWG的多晶程度最低 更接近于单晶 晶界影响最小 各种带硅材料的位错密度见表8 2 由于带硅材料的冷却速率很高 在晶体中存在一定的应力 导致与其他晶体硅材料相比 具有更多的位错 一般而言 在独立的大晶粒之中以及紧密排列的孪晶中 位错密度很低 其他区域位错密度会相当高 孪晶界可以起到阻碍位错移动的壁垒作用 研究表明在位错密度低的孪晶和大晶粒中 起始少数载流子寿命可高达10 15 s 而在高位错密度区域 起始少数载流子寿命抵达1 5 s 带硅材料的杂质 带硅材料中氧 碳杂质浓度见表8 3由于带硅生长过程是晶体连续生长 需不断添加硅原料 使得坩埚中熔体的杂质浓度不断增加 导致硅中金属杂质的浓度增加 8 4带硅材料的氢钝化和吸杂 由于带硅中含有大量的位错和晶界