DD221308A1 - METHOD FOR CHARACTERIZING OXYGEN-INDUCED DEFECTS IN SILICON - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung "Verfahren zur Charakterisierung sauerstoffinduzierter Defekte in Silizium" bezieht sich auf den Einsatz geeigneter Silizium-Scheiben fuer die Fertigung von Silizium-Bauelementen. Ziel der Erfindung ist es, die Bildung, Zerstoerung und bewusste Beeinflussung sauerstoffinduzierter Defekte bei Waermebehandlung von Silizium zu analysieren. Diese Aufgabe wird dadurch geloest, dass durch einen Satz von Waermebehandlungen der zu untersuchenden Silizium-Scheibe in Verbindung mit Analysemethoden des Sauerstoffs in Silizium die Zerstoerung, das Wachstum beziehungsweise die Neuformierung derartiger Defekte untersucht wird. Eine Waermebehandlung wird im Temperaturbereich 900 ... 1 200 C mit Zeiten 2 ... 8 Stunden ausgefuehrt. Eine weitere, kombinierte Waermebehandlung besteht aus den Teilschritten 1 220 ... 1 350 C 900 ... 1 200 C. Eine weitere kombinierte Waermebehandlung ist 5 bis 25 Stunden bei 550 ... 750 C 2 bis 8 Stunden bei 900 ... 1 200 C. Die Erfindung ist fuer die Auswahl geeigneter Silizium-Scheiben in der Fertigung von Silizium-Bauelementen sowie in der festkoerperphysikalischen Analytik von Silizium anwendbar.The invention "Method for Characterizing Oxygen-Induced Defects in Silicon" refers to the use of suitable silicon wafers for the fabrication of silicon devices. The aim of the invention is to analyze the formation, destruction and deliberate influencing of oxygen-induced defects during heat treatment of silicon. This object is achieved by investigating the destruction, the growth or the reforming of such defects by a set of heat treatments of the silicon wafer to be examined in conjunction with analysis methods of the oxygen in silicon. A heat treatment is carried out in the temperature range 900 ... 1 200 C with times 2 ... 8 hours. A further combined heat treatment consists of the sub-steps 1 220 ... 1 350 C 900 ... 1 200 C. Another combined heat treatment is 5 to 25 hours at 550 ... 750 C 2 to 8 hours at 900 ... 1 200 C. The invention is applicable to the selection of suitable silicon wafers in the production of silicon components as well as in the solid-state analysis of silicon.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, das Verhalten von sauerstoffreichen Silizium-Einkristall-Scheiben, die insbesondere v/6n versetzungsfreien Czochralski-Silizium-Einkristallen gewonnen worden sind, hinsichtlich Nukleation, Wachstum, Zerstörung beziehungsweise Neuformierung von sauerstoffinduzierten Kristalldefekten zu charakterisieren. Das Verfahren ist insbesondere für den Einsatz von solchen Silizium-Scheiben für die Fertigung von unipolaren Silizium-Bauelementen von Interesse, bei der Eigenschaften sauerstoffinduzierter Defekte nutzbringend verwendet werden beziehungsweise schädlich sind.The invention relates to a method for characterizing the behavior of oxygen-rich silicon monocrystal disks, which have been obtained in particular from dislocation-free Czochralski silicon monocrystals, with regard to nucleation, growth, destruction or reforming of oxygen-induced crystal defects. The method is of particular interest for the use of such silicon wafers for the fabrication of unipolar silicon devices, in which properties of oxygen-induced defects are usefully used or are detrimental.
Es ist bekannt, daß sauerstoffinduzierte Defekte, insbesondere Sauerstoffpräzipitate, unter bestimmten Voraussetzungen geeignet sind, durch Getterung von unerwünschten Verunreinigungen die Qualität von unipolaren und bipolaren Silizium-Baüeiementen zu verbessern/1/. Diese sauerstoff induzierten Defekte sollen sich durch Anwendung geeigneter Maßnahmen zur Ausdiffusion von Sauerstoff aus Silizium außerhalb der elektrisch aktiven Bereiche des Silizium-Bauelementes befinden/2/. Die getterfähigen sauerstoffinduzierten Defekte werden durch Wärmebehandlung, das heißt durch geeignete Führung des technologischen Ablaufs der Bauelementeherstellung in der Silizium-Scheibe gebildet. Problematisch ist dabei, daß ihre /It is known that under certain conditions oxygen-induced defects, in particular oxygen precipitates, are suitable for improving the quality of unipolar and bipolar silicon building elements by gettering unwanted impurities / 1 /. These oxygen-induced defects should be located outside of the electrically active regions of the silicon device by the application of suitable measures for the diffusion of oxygen out of silicon / 2 /. The getter-capable oxygen-induced defects are formed by heat treatment, that is, by appropriate management of the technological process of component manufacturing in the silicon wafer. The problem is that their /
Bildung in komplizierter Weise abhängig ist vom Sauerstoff- und Kohlenstoffgehalt der Silizium-Scheibe sowie von deren thermischer Vorgeschichte, die wesentlich Dichte und Spektrum eingewachsener Kristalldefekte bestimmt. Daher sind nicht alle Silizium-Scheiben in gleicher Weise für die Bildung sauerstoffinduzierter Defekte in Silizium geeignet. Die Verwendung eines breiten Sortiments unterschiedlicher Silizium-Scheibe, die den Vorteil sauerstoff induzierter Defekte aufweisen sollen, erfordert daher eine Charakterisierung des Verhaltens sauerstoffreicher Silizium-Einkristalle, -Einkristallstücke oder -Scheiben, um geeignete technologische Varianten zur Bildung dieser Defekte zu verwenden. Ein einfaches Verfahren zur Charakterisierung sauerstoffinduzierter Defekte in Silizium, das deren Nukleations-, Wachstums- und Zerstörungsverhalten umfaßt, ist in der Literatur nicht beschrieben. Stand der Technik ist die Anwendung eines sogenannten Oxydationstests (einmalige Wärmebehandlung im Temperaturbereich 1000... 11500C in oxydierenden Medien), der unterxbestimmten Voraussetzungen ' jedoch nur Aussagen über das Wachstumsverhalten von sauerstoffinduzierten Defekten zuläßt. Im WP 143532 wird davon ausgegangen, die durch Sauerstoffpräzipitate bedingte Getterfähigkeit durch kombinierte Hochtemperatur- und Niedertemperaturbelastung und kombinierte Struktur- und Leitfähigkeitsbewertung an Schrägschliffon de/zu untersuchenden Silizium-Probe zu ermitteln. Eine Charakterisierung des Verhaltens der Probe hinsichtlich der gewußten Ausbildung und Zerstörung von sauerstoffinduzierten Defekten durch Wärmebehandlungen erfolgt dabei nicht.Education depends in a complicated way on the oxygen and carbon content of the silicon wafer as well as on their thermal history, which determines the density and spectrum of ingrown crystal defects. Therefore, not all silicon wafers are equally suitable for the formation of oxygen-induced defects in silicon. The use of a wide assortment of different silicon wafers, which should have the advantage of oxygen-induced defects, therefore requires characterization of the behavior of oxygen-rich silicon single crystals, single crystal pieces or wafers in order to use suitable technological variants to form these defects. A simple method for characterizing oxygen-induced defects in silicon, which includes their nucleation, growth and destruction behavior, is not described in the literature. State of the art is the application of a so-called oxidation test (one-time heat treatment in the temperature range 1000 ... 1150 0 C in oxidizing media), which under x certain conditions' only statements about the growth behavior of oxygen-induced defects allows. In WP 143532, it is assumed that the gettering capability due to oxygen precipitates is determined by combined high-temperature and low-temperature loading and combined structural and conductivity evaluation on inclined-type silicon sample to be examined. A characterization of the behavior of the sample with regard to the known formation and destruction of oxygen-induced defects by heat treatments is not carried out.
-2- 258 085 5-2- 258 085 5
Die Erfindung stellt sich das Ziel, die Bildung, Zerstörung und bewußte Beeinflussung sauerstoffinduzierter Defekte bei Wärmebehandlungen von sauerstoffreichen Silizium-Proben durch Anwendung eines Komplexes von kombinierten Wärmebehandlungen in Verbindung mit Verfahren zur Ermittlung des Sauerstoffgehaltes und/oder der Defektstruktur und dichte zu analysieren.The invention seeks to analyze the formation, destruction and deliberate influence of oxygen-induced defects in heat treatments of oxygen-rich silicon samples by applying a complex of combined heat treatments in conjunction with methods of determining oxygen content and / or defect structure and density.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verhalten eines Silizium-Einkristalls, -Einkristallstückes oder -Scheibe hinsichtlich der Ausbildung und Zerstörung von sauerstoffinduzierten Defekten zu analysieren und damit Schlußfolgerungen bei der Gestaltung technologischer Teilschritte im Bauelementezyklus zu ziehen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß durch geeignete Wärmebehandlungen von Stücken der zu untersuchenden Siliziumscheibe in Verbindung mit Methoden zur Analyse der Sauerstoffkonzentration, der Dichte beziehungsweise der Art sauerstoffinduzierter Defekte die Zerstörung, das Wachstum beziehungsweise die Neuformierung derartiger Defekte untersucht wird. Eine Wärmebehandlung wird im Temperaturbereich 900... 1200 "C mit Zeiten von 2 bis 8 Stunden ausgeführt, wobei die Dauer der Wärmebehandlung mit zunehmender Temperatur abnimmt. Diese Wärmebehandlung gibt in Verbindung mit den Analysemethoden Aussagen über die Neigung der Silizium-Probe zur Bildung von sauerstoffinduzierten Defekten in jeweils technologierelevanten Temperaturbereichen und im Vergleich mit einer weiteren kombinierten Wärmebehandlung im Temperaturbereich 1 220... 1 3500C + 900...1 2000C Aussagen über Art und Dichte eingewachsener Keime für die Bildung dieser Defekte. Die Wärmebehandlung im Temperaturbereich 1220...1 350°C zerstört in starkem Maße eingewachsene Defekte und Defektkeime. Durch die daran anschließende Wärmebehandlung 5 bis Stunden bei 550...7500C + 2 bis 8 Stunden bei 900...1 200°C wird die Neuformierung von Keimen und ihr Wachstum zu sauerstoffinduzierten Defekten analysiert.The invention has for its object to analyze the behavior of a silicon single crystal, single crystal piece or disk with respect to the formation and destruction of oxygen-induced defects and thus to draw conclusions in the design of technological sub-steps in the component cycle. This object is achieved by investigating the destruction, the growth or the reformation of such defects by suitable heat treatments of pieces of the silicon wafer to be examined in conjunction with methods for analyzing the oxygen concentration, the density or the type of oxygen-induced defects. A heat treatment is carried out in the temperature range 900 ... 1200 "C with times of 2 to 8 hours, with the duration of the heat treatment decreasing with increasing temperature This heat treatment, in conjunction with the analysis methods, gives information about the inclination of the silicon sample to form oxygen-induced defects in respective technology-relevant temperature ranges and in comparison with another combined heat treatment in the temperature range 1 220 ... 1 350 0 C + 900 ... 1 200 0 C Statements about the type and density of ingrown germs for the formation of these defects Temperature range 1220 ... 1 350 ° C destroys strongly grown in defects and defect germs The subsequent heat treatment for 5 to hours at 550 ... 750 0 C + 2 to 8 hours at 900 ... 1 200 ° C is the Restoration of germs and their growth to oxygen-induced defects analyzed.
Die Erfindung wird anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to two exemplary embodiments.
1. Ein Probestück einer p-Silizium-Scheibe mit einem spezifischen Widerstand von ς = 10ficm, einer Dicke von 1,5 mm und einer Ausgangssauerstoffkonzentration von 0i0 = 1 1018cm""3 wird für 4 Stunden bei i000°C in N2 wärmebehandelt. Die Infrarot-Messung der Probe im Weljenlängenbereich 1 250...950cm"1 zeigt eine deutliche Abnahme der Sauerstoffkonzentration und die Bildung einer auf Sauerstoffpräzipitate zurückzuführenden Infrarot-Bande an.1. A specimen of a p-type silicon wafer with a resistivity of ς = 10 ficm, a thickness of 1.5 mm and an initial oxygen concentration of 0 i0 = 1 10 18 cm -3 for 4 hours at 1000 ° C in N 2 heat treated. The infrared measurement of the sample in the Weljenlängenbereich 1 250 ... 950cm " 1 indicates a significant decrease in the oxygen concentration and the formation of an attributable to oxygen precipitates infrared band.
Eine kurzzeitige Strukturätzung nach WRIGHT nach einem vorhergehenden Oberflächenabtrag von ungefähr 50μΐτ> zeigt eine durch sauerstoffinduzierte Defekte verursachte Ätzfigurendichte von 10ecm~2.A brief structural etching after WRIGHT according to any preceding surface removal of about 50μΐτ> shows an oxygen-induced defects caused by Ätzfigurendichte of 10 cm ~ e. 2
Ein weiteres Probestück der p-Silizium-Scheibe wird der kombinierten Wärmebehandlung 1 Stunde 1275°C + 4 Stunden 1000°C unterzogen. Die daran anschließende Infrarot-Messung zeigt nur eine geringfügige Abnahme der Sauerstoffkonzentration sowie nur eine schwach ausgeprägte, auf Sauerstoffpräzipitate zurückzuführende Infrarot-Bande. Die Strukturätzung läßt sauerstoffinduzierte Defekte mit einer Dichte von ungefähr 103cm~2 erkennen. In Zusammenhang mit dem Ergebnis der alleinigen Wärmebehandlung bei 10000C läßt dies die Schlußfolgerungen zu, daß in der untersuchten Silizium-Scheibe eine große Dichte eingewachsener Keime vorhanden ist, die durch Wärmebehandlung bei Temperaturen um 1 000°C zum Wachstum der nachgewiesenen sauerstoffinduzierten Defekte Anlaß geben, aber durch eine Wärmebehandlung bei 1 275°C weitgehend zerstört werden können.Another sample of the p-type silicon wafer is subjected to the combined heat treatment at 1275 ° C for 1 hour + 1000 ° C for 4 hours. The subsequent infrared measurement shows only a slight decrease in the oxygen concentration and only a weak, attributable to oxygen precipitates infrared band. The structural etching reveals oxygen-induced defects having a density of about 10 3 cm ~ 2 only. In connection with the result of the sole heat treatment at 1000 0 C This leads to the conclusion that in the tested silicon wafer a large density ingrown nuclei is present, the heat treatment at temperatures of 1 000 ° C for growth of the detected oxygen-induced defects cause but can be largely destroyed by a heat treatment at 1 275 ° C.
Die kombinierte Wärmebehandlung 1 Stunde 1275°C + 8 Stunden 7000C + 4 Stunden 10000C wird an einem weiteren Probestück der Silizium-Scheibe vorgenommen. Die Infrarot-Messung zeigt eine starke Abnahme der Sauerstoffkonzentration sowie eine deutliche Ausbildung der auf der Sauerstoffpräzipitate zurückzuführenden Infrarot-Bande. Die Strukturätzung läßt Ätzfiguren mit einer Dichte von einigen 106CiTT2 erkennen.The combined heat treatment 1 hour 1275 ° C + 8 hours 700 0 C + 4 hours 1000 0 C is made on another specimen of the silicon wafer. The infrared measurement shows a strong decrease in the oxygen concentration and a clear formation of attributable to the oxygen precipitate infrared band. The structure etching reveals etching figures with a density of some 10 6 CiTT 2 .
Aus dem Ergebnis dieser Wärmebehandlung ist abzuleiten, daß nach vorhergehender Hochtemperatur-Wärmebehandlung eine Wärmebehandlung im Temperaturbereich um 70O0CfUr die Bildung von Keimen für sauerstoffinduzierte Defekte hinreichend wirkungsvoll ist. .From the result of this heat treatment, can be derived that after prior high-temperature heat treatment, a heat treatment in the temperature range 0 to 70o CfUr the formation of nuclei of oxygen-induced defects is sufficiently effective. ,
2. Probestücke einer p-leitenden Silizium-Scheibe mit einem spezifischen Widerstand von ς = 10ücm, einer Dicke von ungefähr 4.00-^m und einer Äusgangssauerstoffkonzentrationj/on 0i0 = 6,5 · 1017crrT3 werden in folgender Weise wärmebehandelt: ..2. Specimens of a p-type silicon wafer having a resistivity of ς = 10μcm, a thickness of about 4.00- mm and an exit oxygen concentration / o0 0 = 6.5x10 17 cm- 3 are heat-treated in the following manner:. ,
8 Stunden bei 1 0000C sowie kombinierte Wärmebehandlungen 1 Stunde 1250°C + 8 Stunden bei 1000°C und 1 Stunde 1 250°C + 10 Stunden 6000C + 8 Stunden 750°C + 4 Stunden 10000C + 2 Stunden 12000C. Nach einem Oberflächenabtrag von 50/um werden die Proben nach WRIGHT strukturgeätzt. Sowohl die alleinige Wärmebehandlung bei 10000C als auch die kombinierte Wärmebehandlung 1 Stunde 1250°C + 8 Stunden bei 10000C führen zu einer Dichte anätzbarer Defekte von nur102crrT2. Erst die kombinierte Wärmebehandlung bei 1250°C + 600°C + 750°C + 1200°C läßt durch eine Ätzfigurendichte von einigen 105cm"2 eine geringe Neigung des Silizium-Einkristalls für Nukleation und Wachstum von sauerstoffinduzierten Defekten erkennen. Λ 8 hours at 1 000 0 C and combined heat treatments 1 hour 1250 ° C + 8 hours at 1000 ° C and 1 hour 1 250 ° C + 10 hours 600 0 C + 8 hours 750 ° C + 4 hours 1000 0 C + 2 hours 1200 0 C. after a surface removal of 50 / um, the samples are pattern etched to WRIGHT. Both the sole heat treatment at 1000 0 C and the combined heat treatment one hour 1250 ° C + 8 hours at 1000 0 C lead to a density of defects anätzbarer nur10 2 CRRT. 2 Only the combined heat treatment at 1250 ° C + 600 ° C + 750 ° C + 1200 ° C can be by a Ätzfigurendichte of a few 10 5 cm "2 a slight inclination of the silicon single crystal for nucleation and growth of oxygen-induced defects seen. Λ
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DD25808583A DD221308A1 (en) | 1983-12-16 | 1983-12-16 | METHOD FOR CHARACTERIZING OXYGEN-INDUCED DEFECTS IN SILICON |
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DD25808583A DD221308A1 (en) | 1983-12-16 | 1983-12-16 | METHOD FOR CHARACTERIZING OXYGEN-INDUCED DEFECTS IN SILICON |
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DD (1) | DD221308A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7413964B2 (en) | 2006-03-31 | 2008-08-19 | S.O.I.Tec Silicon On Insulator Technologies | Method of revealing crystalline defects in a bulk substrate |
-
1983
- 1983-12-16 DD DD25808583A patent/DD221308A1/en not_active IP Right Cessation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US7413964B2 (en) | 2006-03-31 | 2008-08-19 | S.O.I.Tec Silicon On Insulator Technologies | Method of revealing crystalline defects in a bulk substrate |
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