单晶硅缺陷的分析

摘要：晶体硅中的杂质或缺陷会显著地影响各种硅基器件的性能。用常规化学腐蚀法显示出单晶硅中的缺陷，观察典型的位错。通过实验发现缺陷分布的一般规律：中间尺寸大，密度小，边缘尺寸小，密度大，验证缺陷对杂质的吸收。

关键字：单晶硅;缺陷;化学腐蚀法;消除与控制

0引言

硅是全球第一产业--电子信息技术产业以及新能源产业--太阳能光伏电池产业的基础材料［1］。随着网络时代的到来，半导体产业将发展到新的高潮。为适应深亚微米、亚四分之一微米甚至纳米级集成电路的要求，硅单晶材料在增大直径的同时，对其结构、电学、化学特征的研究也将日益深入;缺陷控制、杂质行为、杂质与缺陷的相互作用以及提高晶片的表面质量仍将是工艺技术研究的主攻方向。另外，在光伏工业中广泛采用太阳能电池用单晶硅和铸造多品硅，在这些材料中存在着高密度的位错，金属杂质或晶界等缺陷，而这些缺陷和杂质的交互作用使得太阳能电池的转换效率显著下降，因此观察这些硅材料中缺陷和杂质的交互作用对于采用合适的吸杂工艺提高太阳能电池的转化效率有着十分重要的作用［2］。

由于缺陷影响硅单晶的质量，对器件也有不良影响，我们不得不研究其性质、行为。但是，在研究过程中遇到越来越多的问题：对于已发现的主要缺陷，其机制研究一直没有重大突破;消除和控制方法也还处于探索之中;检测方法、检测手段也有待进一步的提高［3］。

1实验

晶体缺陷的实验观察方法有许多种，如透射电子显微镜、X光貌相技术、红外显微镜及金相腐蚀显示等方法［4］。由于金相腐蚀显示技术设备简单，操作易掌握，又较直观，是观察研究晶体缺陷的最常用的方法之一。在本次实验中，我们就采用金相腐蚀显示法，通过使用不同的腐蚀液和腐蚀方法显示单晶硅中各种不同的缺陷蚀坑，然后用金相显微镜来观察、区分和研究各种蚀坑的形态，定量计数比较缺陷密度大小，并用金相显微摄影仪拍摄各种缺陷的典型照片。

1.1化学腐蚀机理

样品在进行光学检测之前，必须经过腐蚀抛光以显露其缺陷。腐蚀剂的种类繁多，但组分却不外乎氧化剂，络合剂和稀释剂。常用浓HNO3、CrO3溶液或K2Cr20溶液作氧化剂，氢氟酸（HF）作络合剂，去离子水或冰醋酸充当稀释剂。如果氧化成分多，则抛光作用强;如果络合和稀释成分多，则有利于作选择性腐蚀。

通常用的非择优腐蚀剂的配方为：自腐蚀剂，适用于化学抛光，配方为：HF（40-42%）：HNO3（65%）=1：2.5

通常用的择优腐蚀剂主要有以下二种：

（1）Sirtl腐蚀液，先用CrO3与去离子水配成标准液，标准液=50gCrO3+100gH2O，然后配成标准液：HF（40-42%）=1：1

（2）Dash腐蚀液，配方为：HF（40·42%）：HNO3（65%）：CH3COOH（99%以上）=1：2.5：10