ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ НА УСКОРЕННОЕ ФОРМИРОВАНИЕ

НАНОПРЕЦИПИТАТОВ SiO2 В Si ПОД ДЕЙСТВИЕМ RTA

Институт физики полупроводников им. В.Е. Лашкарева НАНУ, Киев, Украина

ОАО «Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности «ГИРЕДМЕТ»» Москва, Россия

В.Г. Литовченко, И.П. Лисовский, В.Ф. Мачулин, В.П. Кладько, А.В. Сариков,

С.А. Злобин, М.В. Войтович, М.В. Меженный

Мотивация и цельБольшинство исследований, касающихся влияния БТО на преципитацию кислорода в пластинах Si, связано с применением различных режимов отжига после предварительной термообработки с использованием импульсного нагрева. Нами было обнаружено, что БТО пластин солнечного кремния при умеренной температуре (850oC) вызывает ускоренную преципитацию кислорода. Целью работы является исследование влияние БТО на изменение дефектного состояния кристалла и обсуждение возможных физических механизмов ускоренной преципитации кислорода в кристаллах солнечного Cz-Si под действием БТО.

Методика эксперимента

Cz-Si

Отжиг Т=8000С t=10ч

БТОТ=8500C

t =126 мин

Методика эксперимента

Исследовали: тип и размеры дефектов (дифракционное отражение и

диффузное рассеяние рентгеновских лучей -

рентгеновский дифрактометр “X’Pert PRO MRD”) концентрация междоузельного кислорода (Сі) и

преципитировавшего кислорода (Ср)(FTIR Spectrum BXII PerkinElmer)

структура преципитированной фазы (анализ формы полосы поглощения на валентных колебаниях Si-О

связи)

900 1000 1100 12000,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

Abs

orba

nce

Wavenumber, cm-1

Структурное состояние кислорода в исходном кристалле

В постростовом состоянии преципитировавший кислород образовывал включения с малонапряженной структурой, состоящие из

6-членных колец SiО4 -тетраэдров

Изменение полосы ИК-поглощения кислорода в результате отжига

950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 13000,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

Abs

orba

nce

Wavenumber, cm-1

постростовое сотояние

800оС - 10 час

Изменение полосы ИК-поглощения кислорода в результате БТО

950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 13000,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5 постростовое состояние

800оС - 10 час БТО - 1 мин БТО - 6 мин БТО - 11 мин БТО - 16 мин БТО - 26 мин

Abs

orba

nce

Wavenumber, cm-1

Верхняя часть слитка Нижняя часть слитка

950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 13000,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

Abs

orba

nce

Wavenumber, cm-1

постростовое состояние

800оС - 10 час БТО - 1 мин БТО - 6 мин БТО - 11 мин БТО - 16 мин БТО - 26 мин

Изменение структурного состояния кислорода в

результате отжига (800 оС, 10 часов, аргон)

Постростовое состояние

ТО

В структуре преципитатов рядом с тетраэдрами SiО4 появляются молекулярные комплексы недоокисленного кремния (SiО2Si2 и SiО3Si)

Изменение концентрации межузельного кислорода в процессе БТО

Экспериментальные (точки) и расчетные (линии) данные о концентрации междоузельного кислорода в зависимости от времени БТО обработки при 850 °С пластин Cz-Si, вырезанных из верхней (1) и нижней (2) части слитка Si .

Характеристики микродефектов (МД) исследованных образцов.

ОБРАЗЕЦРазмер МД

вакансионого типа, мкм

Размер МД междоузельного типа,

мкм

ci/cv

Постростовое состояние

верх 0,572,23·10-2

0,572,45·10-2

0,870,76

низ 1,07 1,07 1,77

Отжиг 800 оC 10 ч

верх 1,561,91

1,141,91

0,750,53

низ 1,72 1,72 0,48

Отжиг 800 оC 10 ч + БТО

верх 2,45 3,441,56

1,36

низ 1,43 0,48 8,86

Изменение структурного типа дефектов в результате термообработок

Зависимость соотношения концентраций дефектов междоузельного и вакансионного типа от вида отжига для пластин кремния, вырезанных из верхней и нижней части слитка Si.

Термообработка при 800оС приводит к росту вклада дефектов вакансионного типа для обоих частей слитка. При этом, для образцов, вырезанных из верхней части слитка, наблюдается исчезновение мелких микродефектов.

БТО приводит к изменению преобладающего типа собственных точечных дефектов – в обеих частях слитка стали преобладать дефекты междоузельного типа, причем этот эффект намного заметнее для образцов, вырезанных из нижней части слитка.

Для описания кинетики преципитации кислорода в процессе БТО при 850 °С была предложена математическая модель. Эта модель предполагает, что до проведения БТО в пластинах кремния существуют преципитаты SiO2 равного размера сферической формы с концентрацией Np, образовавшиеся в результате отжига при 800 °С. Лимитирующей стадией данной модели роста преципитатов при БТО является процесс диффузионного подвода кислорода извне.

Обсуждение экспериментальных результатов

Для объяснения экспериментальных данных в рамках предложенной модели необходимо допустить, что значения равновесной концентрации межузельного кислорода, определенные в результате моделирования, значительно превышают известное значение предела растворимости.

Это требует доработки данной модели для описания явлений, протекающих в процессе преципитации кислорода при проведении БТО по сравнению со случаем традиционного термического отжига.

Обсуждение экспериментальных результатов

Выводы В данной работе изучены особенности преципитации кислорода в пластинах кремния, подвергнутых БТО после термообработки при 800оС (10 час.).

БТО приводит к изменению преобладающего типа собственных точечных дефектов – в обеих частях слитка начинают преобладать дефекты междоузельного типа, причем этот эффект намного заметнее для образцов, вырезанных из нижней части слитка.

•Для описания кинетики преципитации кислорода в процессе БТО при 850 °С была предложена математическая модель. Принципиальным моментом этой модели было значительное увеличение коэффициента диффузии кислорода в отожженных пластинах Si, a также изменение растворимости межузельного кислорода (в частности, вследствие взаимодействия с точечными дефектами, которые генерируются при БТО обработках).