置，代位金属原子以Ms表示，间隙金属原子以Mi表示。下面分别讨论两种情况下ICP室 温吸杂的机制：金属杂质主要以代位形式存在的吸杂机制和金属杂质主要以间隙形式存在 的吸杂机制。
[0017] 1，金属杂质主要以代位形式存在。在此情况下，当ICP产生的硅自间隙I运动到 硅中Ms旁边时，根据Kickout机制，I将^挤入间隙，成为my而自己占据了代位位置，如 反应式（1)所示。
[0018] / +MjMi(1)
[0019] 由于吣在硅中的扩散速度远高于Ms，往往要高许多个数量级，因而，金属杂质在室 温下扩散成为可能。例如，A1和In等金属适用于此机理。
[0020] 2,金属杂质主要以间隙形式存在。通常制备器件用的直拉硅中氧的浓度高达 1018cm_3,Mi和硅中的氧结合形成氧化物0 -M^当ICP产生的空位V运动到0 - 1^旁边时， 空位V将氧夺过去，形成氧空位0-V(即A中心）和吣，如反应式（2)所示。
[0021] V+ 0-Mi^ 0-V+Mi(2)
[0022] 由于吣在娃中的扩散速度远高于0 -Mp故上述反应大幅提高了金属的扩散速度， 使室温扩散成为可能。例如，Fe和Cu适用于此机理。
[0023] 上述这些％在吸杂缺陷区附近的溶解度远高于其在完整硅晶格中的溶解度，因而 在室温下％可由硅体内向ICP引入的表面缺陷区扩散并沉积在那里。
[0024] 上述原理可以用来解释，无论硅中的金属杂质主要以代位形式存在或是间隙形式 存在，本发明的室温吸杂方法都是适用的。当然，这但并不排除可能存在其它的吸杂机制， 进一步的机理研宄还在进行中。
[0025] 本发明在室温下利用较大功率的电感耦合等离子体来处理硅样品，将硅样品体内 的金属杂质，例如：Fe，Cr等过渡金属杂质和Li，Al等轻金属杂质提取到ICP处理导致的表 面缺陷区，达到提高硅样品质量的目的。由于不需高温，该方法不仅可用于改善硅晶片的性 能，还可用于改善硅器件的性能，能广泛应用于大规模集成电路、太阳能电池、光电探测器 等硅器件除杂领域。相比于在先中国专利201210328185.X所提出的室温吸杂方法，本发明 不需要伽玛射线作为吸杂激励源，ICP处理既引入了表面缺陷区，又是吸杂激励源，一步完 成吸杂工艺，不仅省去了一道工序，节约了成本和时间，而且不再进行放射处理，减少了危 险性。
【附图说明】
[0026] 图1.实施例1中P型太阳能级硅单晶圆片经ICP处理后Fe杂质浓度随深度的分 布图。
[0027] 图2.实施例2中P型太阳能级硅单晶圆片经ICP处理后Li杂质浓度随深度的分 布图。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合两个实施例对本发明作进一步说明，但不以任何方式限制本发明的范 围。
[0029] 实施例1 :
[0030] 选用P型太阳能级直拉硅单晶圆片，单面抛光，电阻率1.9D?_，厚度625ym。首 先将硅片用丙酮、乙醇、去离子水分别进行超声清洗lOmin，然后浸入2%的HF溶液去除硅 片表面的自然氧化层。接着对硅片的抛光面进行ICP处理，载气为氦气，流量22sccm，真空 度5E-3Pa左右，处理时间2min，功率分别选用50W、200W和750W。最后利用SMS手段得到 经ICP处理后的样品中Fe杂质浓度随深度的分布，结果如图1所示。ICP射频功率越大，表 面附近（最大深度lOOnm左右）的Fe杂质浓度越高，当功率达到750W时，表面浓度最高能 达到3E20at〇mS/cm3。表面附近的Fe杂质浓度的增加说明硅片体内的Fe被提取到表面，从 而验证ICP具有在室温下吸除Fe杂质的作用。
[0031] 实施例2:
[0032] 选用P型太阳能级直拉硅单晶圆片，单面抛光，电阻率1.9D?_，厚度625ym。首 先将硅片用丙酮、乙醇、去离子水分别进行超声清洗lOmin，然后浸入2%的HF溶液去除硅 片表面的自然氧化层。接着对硅片的抛光面进行ICP处理，载气为氦气，流量22sccm，真空 度5E-3Pa左右，处理时间2min，功率选用750W。最后利用SMS手段测得经ICP处理后的 样品中Li杂质浓度随深度的分布，结果如图2所示。相较于未经ICP处理的样品表面附近 Li的浓度低于检测限，经750WICP处理过的样品在距表面15nm左右的范围内Li的分布出 现一个峰，峰值为8E17atoms/cm3。表面附近的Li杂质浓度的明显增大说明娃片体内的Li 被提取到了表面，从而证实750W的ICP处理具有在室温下吸除Li杂质的作用。
【主权项】
1. 一种吸除硅材料中金属杂质的方法，在室温下对硅晶片或硅器件进行电感耦合等离 子体处理，功率为1~2000W，时间为1~60min，在硅晶片或硅器件表面形成缺陷区的同时 将硅中的金属杂质吸至表面。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电感耦合等离子体处理的功率为50~ 1000 ffo3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电感耦合等离子体处理的功率为100~ 75014. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电感耦合等离子体处理的时间为2~ IOmin05. 如权利要求1~4任一所述的方法，其特征在于，所述金属杂质是过渡金属元素和/ 或轻金属元素。6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述过渡金属元素选自下列金属元素的一 种或多种：11、0、]\111、？6、附和(：11。7. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述轻金属元素选自下列金属元素的一种 或多种：Li、Na、Mg、Al、K 和 Ca。
【专利摘要】本发明公开了一种吸除硅材料中金属杂质的方法，在室温下对硅晶片或硅器件进行电感耦合等离子体(ICP)处理，功率为1～2000W，时间为1～60min，在硅晶片或硅器件表面形成缺陷区的同时将硅中的金属杂质吸至表面。该方法在室温下进行，且不需要伽玛射线等作为吸杂激励源，ICP处理既引入了表面缺陷区，又是吸杂激励源，一步完成吸杂工艺，节约了成本和时间，减少了危险性，可广泛应用于大规模集成电路、太阳能电池、光电探测器等硅器件除杂领域。
【IPC分类】H01L21/322
【公开号】CN104882377
【申请号】CN201510190748
【发明人】秦国刚, 侯瑞祥, 谢兮兮, 徐万劲
【申请人】北京大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年4月21日