一种将氢引入直拉单晶硅片的制备方法

本发明涉及一种将氢引入直拉单晶硅片的制备方法，属于半导体材料。

背景技术：

1、不同气氛退火方法对单晶硅影响不同。为了研究硅中有害的金属杂质和氧沉淀，在氩气氛下退火，发现硅片近表面的氧沉淀消融并且氧原子外扩散形成表面洁净区；在氮气氛下退火，发现硅片表面的氮化注入空位，有利于氧原子聚集形成氧沉淀，抑制硅表面氧沉淀消融，不能形成表面洁净区。另外，在高温1150℃高纯氢气氛中退火，硅片表面产生约50μm以上的洁净层。在这些气氛退火方法中，氢气退火方法在硅表面形成更厚的洁净区，更有效促进氧沉淀的消融。同时，单晶硅在氢气氛下进行热处理能钝化器件有源区中的金属杂质和残余的氧沉淀，提高硅片少子寿命。如加氢的晶体硅在温度600℃和900℃之间退火30min后间隙铁的浓度减少90%以上，表明氢可钝化单晶硅中的间隙铁杂质，提高硅片少子寿命;研究表明氢能够完全钝化带有金属杂质的氧沉淀。由此来看，氢气氛对提高硅片质量更有效。并且研究表明氢气分压可以增加氢在硅中的扩散率，因此，本研究提出氢气高温高压退火的热处理工艺, 增加氢气在硅中的容量，研究氢气分压对氢气向硅中扩散深度和单晶硅中缺陷数量的影响。

2、目前采用常压下氢气退火的工艺得到氢气扩散至硅片中的深度，尚不符合太阳能单晶硅片的使用厚度。本研究提出氢气高温高压退火的热处理工艺,研究氢气分压对氢气向硅中扩散深度和单晶硅中缺陷数量的影响，最终得到高质量硅片。

技术实现思路

1、针对现有直拉单晶硅在热处理过程氢气能钝化氧沉淀提高硅片质量，而普通氢气下，氢进入硅中的浓度较低和深度较浅的问题，本发明提出了一种将氢引入直拉单晶硅片的制备方法，即高温高压条件促进氢向硅片的扩散，提高硅片中氢浓度，为研究单晶硅中氢钝化提供技术基础。

2、一种将氢引入直拉单晶硅片的制备方法，具体步骤如下：

3、（1）将直拉单晶硅片放至石墨套石英的容器中并垂直穿过感应线圈固定在真空感应区域熔炼炉的水冷底座上，将真空感应区域熔炼炉密闭后抽高真空；

4、（2）真空感应区域熔炼炉内充入氢气至氢气压力为0.1~0.6 mpa；

5、（3）充气结束后，对位于感应区的单晶硅片加热至温度1150~1200℃并保温1-2h；

6、（4）高压高温热处理结束，随炉冷却至室温，取出得到引入氢的直拉单晶硅材料，测量氢在硅中的扩散深度。

7、进一步的，所述步骤（1）炉内真空低至4×10-2 pa。

8、进一步的，所述步骤（2）氢气纯度为99.99%；氢气压力0.1~0.6 mpa。

9、进一步的，所述步骤（3）感应线圈加热功率在13kw附近。

10、进一步的，所述步骤（4）二次离子质谱仪测得直拉单晶硅材料中氢含量深度分布。

11、本发明的有益效果是：

12、（1）本发明在直拉单晶硅材料中增加氢含量，由于氢可以钝化单晶硅中的氧沉淀以及吸附的金属杂质，提高硅片少子寿命，使单晶硅材料具有更好的光学性能；（2）本发明简单易操作、成本低、在制备过程不会引入杂质。

技术特征：

1.一种将氢引入直拉单晶硅片的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种将氢引入直拉单晶硅片材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）石墨套石英的加热容器实现小功率感应线圈加热半导体材料的方法。

3.根据权利要求1所述的一种将氢引入直拉单晶硅片材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）在0.1~0.6 mpa范围内，高压条件加深氢扩散至直拉单晶硅片的深度。

4.根据权利要求1所述将氢引入直拉单晶硅片材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）高温1150~1200℃条件下，氢在单晶硅中的溶解度大，达到饱和状态时较多浓度氢储存在单晶硅片中。

5.根据权利要求1所述将氢引入直拉单晶硅片材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中氢气纯度为99.99%。

6.根据权利要求1所述将氢引入直拉单晶硅片材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中保温时间优选为1h。

技术总结本发明涉及一种将氢引入直拉单晶硅片的制备方法，属于半导体材料技术领域。本发明将直拉单晶硅片放至石墨套石英片容器中并垂直穿过感应线圈固定在真空感应区域熔炼炉的水冷底座上，将真空感应区域熔炼炉密闭后抽真空至炉内气压低于4×10<supgt;‑2</supgt; Pa；真空感应区域熔炼炉内充入氢气，氢气压力为0.1~0.6 Mpa；充气结束后，对位于感应区的单晶硅片加热至温度1150~1200℃并保温2 h；待高压高温热处理结束，随炉冷却至室温，取出直拉单晶硅片。相比于传统常压氢气氛热处理工艺材料，高压高温热处理工艺向硅片中引入更多氢，直拉单晶硅片拥有更好的光学性能。技术研发人员：鹿雨晴,金青林受保护的技术使用者：昆明理工大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29