Oxygen precipitation and microdefects in Czochralski-grown silicon crystals

Abstract

The oxygen precipitation and secondary defect formation processes in various Czochralski Si crystals subjected to annealing at 800 and 1100 °C are studied. It is found that the oxygen precipitation rate is determined by the density of microprecipitates existing before the annealing, and that the substitutional carbon atoms suppress the formation of dislocation loops of interstitial type at 800 °C. For the formation of different types of precipitates an oxygen precipitation model is proposed, in which the variation of Gibbs free energy of the crystal during the heat-treatment is calculated considering the elastic strains due to precipitates and the relaxation by emitting Si self-interstitials. Conditions for oxygen precipitation are derived for some special cases and the types of precipitates formed by several annealing conditions are well explained. Die Sauerstoffpräzipitatbildung und der Bildungsprozeß sekundärer Defekte werden in verschiedenen Czochralski-Si-Kristallen untersucht, die bei 800 und 1100 °C getempert werden. Es wird gefunden, daß die Sauerstoffpräzipitationsgeschwindigkeit durch die Dichte von Mikropräzipitaten bestimmt wird, die vor der Temperung existieren und substitutionelle Kohlenstoffatome die Bildung von Zwischengitterversetzungsschleifen bei 800 °C behindern. Um die Bildung verschiedener Einschlüsse zu erklären, wird ein Sauerstoffpräzipitatmodell vorgeschlagen, in dem die Änderung der Gibbschen Freien Energie des Kristalls während der Wärmebehandlung berechnet wird und die elastischen Spannungen durch Einschlüsse und die Relaxation durch Emission von Si-Zischengittörstitellen betrachtet werden. Die Bedingungen für Sauerstoffpräzipitatbildung werden für einige spezielle Fälle abgeleitet und die Arten der durch einige Temperungsbedingungen gebildeten Einschlüsse werden erfolgreich erklärt.