Oxygen-Related Donors Formed at 600 °C in Silicon in Dependence on Oxygen and Carbon Content

Abstract

Results of Hall effect measurements and ir measurements at room temperature are given on the relation between donor formation and oxygen precipitation in Czochralski-silicon samples with different oxygen and carbon concentrations heat treated at 600 °C in N2 ambient. The influence of a pre-heat treatment at 450 °C is described, as well the partial destroying of 600 °C-oxygen related donors due to heat treatment at 900 °C. Donor formation at 600 °C is characterized by reaching a saturation concentration, which cannot be explained only by differences in initial [Oi]O and [Cs]O, respectively. The formation rate (dND/dt)i for the start phase can be described approximately by (dND/dt)i = a[Oi]n with n ≈︁ 4.5 for samples with 1016 < [Cs]O < 1017 cm−3. A short heat treatment at 900 °C for 20 min after pre-heat treatment at 600 °C for 240 h caused a significant decrease of donor concentration and an increase of [Oi]. It is shown that carbon influences strongly the formation and destroying process of 600 °C-oxygen-related donors. The experimental results obtained are discussed assuming the formation of (C, O)-complexes as nuclei for oxygen cluster. In the initial phase of oxygen clustering donors should be formed. Es werden Ergebnisse aus Hall-Effekt-Untersuchungen und IR-Messungen bei Zimmertemperatur zum Zusammenhang zwischen Donatorbildung und Sauerstoffpräzipitation für Czochralski-Silizium, das bei 600 °C in N2 wärmebehandelt wird, in Abhängigkeit von [Oi] und [Cs] mitgeteilt. Der Einfluß einer thermischen Vorbehandlung bei 450 °C wird dargestellt sowie die teilweise Zerstörung der 600 °C-Sauerstoff-Donatoren infolge Wärmebehandlung bei 900 °C. Der Donatorbildungsprozeß bei 600 °C wird durch das Erreichen einer Sättigungskonzentration charakterisiert, deren Wert nicht nur durch Unterschiede in [Oi]O und [Cs]O erklärt werden kann. Die Bildungsgeschwindigkeit (dND/dt)i in der Anfangsphase läßt sich für 1016 < [Cs]O < 1017 cm−3 näherungsweise durch (dND/dt)i = a[Oi]n mit n ≈︁ 4,5 beschreiben. Eine kurzzeitige Wärmebehandlung von 20 min bei 900 °C nach 240 h bei 600 °C bewirkt eine signifikante Abnahme der Donatorkonzentration und ein Anwachsen von [Oi]. Es wird gezeigt, daß Kohlenstoff einen wesentlichen Einfluß auf den Bildungs- bzw. Zerfallsprozeß der 600 °C-Sauerstoff-Donatoren ausübt. Die erhaltenen experimentellen Ergebnisse können im Rahmen eines Modells erklärt werden, das von der Bildung von (C, O)-Komplexen als Keime für eine Sauerstoffclusterung ausgeht. Die Anfangsphase der Sauerstoffclusterung führt hiernach zur Donatorbildung.