Напряжения в пластинах кремния, возникающие в результате локального фотонного отжига

Методом трехкристальной рентгеновской дифрактометрии исследовано влияние фотонного отжига на возникновение деформаций в кристаллической структуре легированных бором кремниевых пластин, полученных по методу Чохральского (Cz−Si). Установлено, что традиционный отжиг всей поверхности двусторонне полированных пластин кремния галогенными лампами (режим фотонного отжига) в режимах быстрого термического отжига приводит к возникновению деформаций сжатия. Тот же процесс с использованием оригинальных фотомасок, позволяющих локально проводить обработку множественных, пространственно разделенных областей пластины (режим локального фотонного отжига) при относительно низких температурах обрабатываемой пластины (менее 55°С), приводит к возникновению деформаций растяжения. Установленный эффект не наблюдается при наличии на тыльной стороне пластин механического геттерирующего слоя. Предложен механизм, объясняющий полученные экспериментальные результаты, который может быть использован при формировании зарядовых насосов в структуре фотоэлектрических преобразователей.

1. Кравченко В. А., Старков В. В., Абросимов Н. В., Абросимова В. Н. Диффузионное легирование кремния бором и фосфором в условиях быстрого термического отжига // Электронная техника. Сер. Материалы. 1989. Вып. 4. С. 20—23.

2. Шишияну С. Т., Шишияну Т. С., Райлян С. К. Мелкие p−n− переходы в Si, изготовленные методом импульсного фотонного отжига // ФТП. 2002. Т. 36, № 5. С. 611—617.

3. Gusev V. A., Starkov V. V., Teterskii A. V. Solar cells with a charge pump: theoretical prospects and technological aspects of the application // Russian Microelectron. 2015 V. 44, N 8. P. 569—574. DOI: 10.1134/S1063739715080065

4. Anizan S., Leong C. S., Yusri K. L., Amin N., Zaidi S., Sopian K. The effect of rapid thermal annealing towards the performance of screen−printed Si solar cell // Am. J. Appl. Sci. 2011. V. 8, N 3. P. 267—270. DOI: 10.3844/ajassp.2011.267.270

5. Stein H. J., Hahn S. K., Shatas S. C. Rapid thermal annealing and regrowth of thermal donors in silicon // J. Appl. Phys. 1986. V. 59, N 10. P. 3495—3502. DOI: 10.1063/1.336820

6. Mezhennyi M. V., Milvidskii M. G., Resnick V. J. Influence of rapid thermal annealing on the specific features of defect generation in silicon wafers during the formation of effective internal getters // J. Surface Investigation. X−ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2009. V. 3, Iss. 4. P. 612—619. DOI: 10.1134/ S1027451009040223

7. Park J. G., Park H. K., Kwack K. D., Hong J. H. Effect of gas ambient at high temperature rapid thermal annealing on oxygen precipitate formation and crystal originated particle dissolution // J. Korean Phys. Soc. 2001. V. 39. P. S327—S332.

8. Cui Can, Yang De−Ren, Ma Xiang−Yang, Fu Li−Ming, Fan Rui−Xin, Que Duan−Lin. Oxygen precipitation within denuded zone founded by rapid thermal processing in Czochralski silicon wafers // Chinese Phys. Lett. 2005. V. 22, N 9. P. 2407—2410. DOI: 10.1088/0256−307X/22/9/074

9. Гусев В. А., Старков В. В. Солнечные элементы с зарядовой подкачкой / // Материалы XII Междунар. научно−практ. конф. «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности». СПб., 2011. Т. 2. С. 157—158.

10. Старков В. В., Гусев В. А., Кулаковская Н. О., Гостева Е. А., Пархоменко Ю. Н. Формирование зарядовых насосов в структуре фотопреобразователей // Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2015. Т. 18, № 4. С. 279—284. DOI: 10.17073/1609-3577-2015-4-279-284

11. Гусев В. А., Старков В. В., Шоферистов С. Е. Дефектно− примесная инженерия в технологии кремниевых солнечных элементов с зарядовыми насосами // Вісник СевНТУ: Серія: Інформатика, електроніка, зв'язок. 2014. Вып. 149. С. 16—23.URL: http://wel.net.ua/Russian/PDF/vsntui.pdf

12. Гостева Е. А., Гусев В. А., Старков В. В., Герасименко Н. Н. Дефектно−примесная инженерия при формировании структуры солнечных элементов с зарядовыми насосами // Материалы I Всеросс. науч. конф. «Наноструктурированные материалы и преобразовательные устройства для солнечных элементов 3−го поколения». Чебоксары, 2013. С. 63—65. URL: http://nanosolar−conf. ru/filestore/сборник конференции Chuv−Nano−Solar_2013.pdf

13. Гостева Е. А. Исследование приборных структур фотопреобразователей на основе зарядовых насосов сформированных методами дефектно−примесной инженерии // III ежегодный российско−японский научно−технический семинар «Современные методы исследования структуры материалов и их применение в материаловедении». Сб. научн. трудов. М., 2013. № 1. С. 44—47.

14. Гостева Е. А. Оптимизированная приборная структура фотопреобразователя на основе зарядовых насосов, сформированных методами дефектно−примесной инженерии // 69 Дни науки студентов НИТУ «МИСиС». М., 2014. С. 601—602. URL: http://sciencedays.misis.ru/69_DNI_all.pdf

15. Emtsev V. V., Andreev B. A., Davydov V. Yu., Poloskin D. S., Oganesyan G. A., Kryzhkov D. I., Shmagin V. B., Emtsev V. V., Misiuk A., Londos C. A. Stress−induced changes of thermal donor formation in heat−treated Czochralski−grown silicon // Physica B: Condensed Matter. 2003. V. 340–342. P. 769—772. DOI: 10.1016/j.physb.2003.09.118

16. Bowen D. K., Tanner B. K. High resolution X−ray diffractometry and topography. CRC Press, 2005. 252 p.

17. Щербачев К. Д., Воронова М. И., Бублик В. Т., Дерябин А. Н., Хохлов А. И., Выговская Е. А., Торопова О. В. Контроль качества обработки поверхности подложек из лейкосапфира с использованием рентгеновской дифракции // Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2009. № 2. C. 44—49.

18. Seebauer E. G., Kratzer M. C. Charged Semiconductor Defects. Structure. Termodynamics and Diffusion. London: Springer− Verlag, 2009. 294 p. DOI: 10.1007/978-1-84882-059-3

19. Voronkov V. V., Faster R. Nucleation of oxide precipitates in vacancy−containing silicon // J. Appl. Phys. 2002. V. 91, Iss. 9. P. 5802—5810. DOI: 10.1063/1.1467607

20. Herguth A., Scubert G., Kaes M., Hahn G. Avoiding boron−oxygen related degradation in highly boron doped Cz silicon // Proc. 21st European Photovoltaic Solar Energy Conference. Munich: WIP−Renewable Energies, 2006. P. 530—537. URL: http://kops. uni−konstanz.de/bitstream/handle/123456789/42206/Herguth_2− 6ddiwpp4szjy1.pdf?sequence=3&isAllowed=y