电子束注入对多晶硅Si/SiO2界面处杂质硼迁移的影响研究

冶金法是低成本、节能环保的太阳能级多晶硅制备方法，但由于杂质硼在硅中的性质稳定，目前还没有达到将硼去除到太阳能级硅要求的程度。硼在硅中的扩散速度远大于在二氧化硅中的扩散速度，在Si/SiO2界面层处是以阳离子态存在的，并向界面层的SiO2中发生单向扩散行为，宏观上具有分凝效应，分凝系数为0.3。根据硼的这一性质，本项目提出构架外电场和热场将硼从硅中去除的方法，具体为将硅破碎成硅粒，并用热氧化等手段制备易于吸引硼离子的PLD二氧化硅膜，由于该膜不导电，电子束发射的电子富集在二氧化硅膜表面，增强了硅粒内部的自电场，使硅中的硼向二氧化硅中运动的趋势加大，同时加温，提供给硼原子扩散足够的能量，使硼扩散到界面并进入二氧化硅层中，用氢氧化钠去除二氧化硅层进而达到除硼的效果。本项目运用了交叉学科的背景知识，涉及了材料学、电学等相关领域，揭示了去除硅中硼的方法，为冶金法除硼提供必要的技术和理论支撑。

本项目采用电子束注入方法构建外电场和热场将硼杂质从硅中去除，通过多种方法在硅粉、硅片等表面形成具有PLD型结构的二氧化硅薄膜，探索最优的制备工艺，在此基础上通过电子束注入过程强化氧化膜吸除硅中硼杂质的能力，并探索其去除的机制。本研究得到了以下结果：（1）发现电子束注入方法可以有效去除硅粉中的金属杂质和第Ⅲ族杂质，并揭示了其去除的规律。特别是过渡金属杂质元素的去除率较大，杂质元素的平均去除率为20%，表明电子束注入产生的微电场和热效应可促进硅中的杂质元素向二氧化硅膜中扩散而被去除；（2）通过热氧化去除硅片中的硼杂质，明确了不同氧化参数与氧化膜厚度的关系，探究了硅片电阻率与硼杂质含量的关系，阐明了氧化膜厚度和氧化温度与硼杂质去除效果的关系；（3）发现电子束注入方法可以强化氧化膜对硅中硼杂质的去除效果，评价了电子束注入后氧化膜形貌的变化以及硅片电阻率的变化，揭示了电子束注入去除硅片中硼杂质的微观过程。