Infrared Spectroscopical and TEM Investigations of Oxygen Precipitation in Silicon Crystals with Medium and High Oxygen Concentrations

Abstract

Results of IR spectroscopic as well HVTEM investigations are given on the precipitation of oxygen in Si due to heat treatment within the temperature range 600 to 1275 °C. The initial oxygen concentrations of the Si samples are about 9 × 1017 cm−3 and about 1.5 × 1018 cm−3, respectively, with different concentrations of carbon within the range 1016 cm−3 ≦ [Cs]0 ≦ 1 × 1017 cm−3 in each case. It is shown that four different kinds of Si-oxygen precipitates exist at least, in dependence on the temperature of heat treatment. [Oi]0, [Cs]0, and the thermal history of the samples heat treated. It is assumed that there is only heterogeneous nucleation within the whole temperature range. For temperatures T ≧ 900 °C the oxygen precipitation occurs by the growth of asgrown microprecipitates. The origin of various IR spectra and corresponding HVTEM microphotographs is interpreted as being caused by differences in the shape and size of the Si-oxygen-precipitates. Es werden Ergebnisse von infrarotspektroskopischen und transmissionselektronenmikroskopischen Untersuchungen zur Präzipitation von Sauerstoff in Si infolge Wärmebehandlung im Temperaturbereich 600 bis 1275 °C mitgeteilt. Die Ausgangs-Sauerstoffkonzentration der Si-Proben betragen [Of]0 ≈ 9 × 1017 cm−3 bzw. 1,5 × 1018 cm−3 mit jeweils drei unterschiedlichen Kohlenstoffkonzentrationen im Bereich 1016 cm−3 ≦ [Cs]0 ≦ l × 1017 cm−3. Es wird gezeigt, daß in Abhängigkeit von der Temperatur der Wärmebehandlung, von [Oi]0, [Cs]0 und der thermischen Vorgeschichte der behandelten Si-Proben mindestens vier verschiedene Arten von Si-Sauerstoff-Präzipitaten nachweisbar sind. Es wird angenommen, daß im gesamten Temperaturbereich nur heterogene Keimbildung vorliegt, wobei bei T ≧ 900 °C bevorzugt Wachstum eingewachsener Mikropräzipitate erfolgt. Der Ursprung verschiedenartiger IR-Spektren und damit verknüpfter TEM-Bilder wird im Unterschied von geometrischer Form und Größe der Si-Sauerstoff-Präzipitate gesehen.