Oxygen in Silicon Single Crystals

Дефекты упаковки
Максимальная плотность дефектов упаковки наблюдается в том случае, когда кислородсодержащий кристалл вначале был подвержен предварительному отжигу в интервале температур 750 < Т < 850°С. Ес­ли же кристалл предварительно был отожжен при Т < 650°С или Т > 950°С, то дефекты упаковки в этом случае практически не образуются. При увеличении концентрации дефектов упаковки их размер уменьша­ется таким образом, что при достижении насыщения суммарный объем дефектов упаковки в единице объема кристалла остается постоянным. Скорость роста дефектов не зависит от их плотности, но при малой плотности дефектов упаковки они растут дольше. Дефекты упаковки Франка характеризуются вектором Бюргерса R = (a/3) <111>, перпен­дикулярным, плоскости дефекта, и являются дефектами межузельного типа.
Дефекты упаковки зарождаются приблизительно на 0.1-1 % преци­питатов от общего их числа, образованных в результаты предвари­тельного низкотемпературного отжига. Отношение концентрации де­фектов упаковки к концентрации преципитатов является величиной по­стоянной для данной температуры последующего отжига и не зависит от температуры предварительного отжига. Процесс зарождения дефек­тов упаковки является гетерогенным и происходит в начальный момент высокотемпературной термообработки. В настоящее время не уста­новлено, какими характеристиками должен обладать пластинчатый преципитат, чтобы он стал центром зарождения дефекта упаковки. Де­фекты упаковки с вектором Бюргерса типа R = (a/6) <114> образуются в меньшей концентрации, чем дефекты упаковки Франка.


208

Протяженные дислокационные петли

Если после низкотемпературной предварительной термообработки в кристалле кремния образованы дислокационные диполи, то после­дующий высокотемпературный отжиг преобразует их в протяженные дислокационные петли. Такие петли, как и дислокационные диполи, также направлены вдоль [110], но дислокации становятся менее пря­мыми, чем в диполях. Часто наблюдается взаимодействие между раз­лично ориентированными дислокационными петлями. В основном дис­локации имеют 60° вектор Бюргерса. Ширина дислокационной петли составляет порядка 0.3 мкм, что значительно больше ширины дисло­кационных диполей. Эти петли, как и дислокационные диполи также лежат в плоскости (100). После высокотемпературной термообработки также наблюдается образование дислокационных петель с 90° векто­ром Бюргерса. Их образование не зависит от температуры предвари­тельного отжига. Как правило, они имеют небольшой размер (~1 мкм) и лежат в плоскости (110), перпендикулярно вектору Бюргерса, т. е. они являются призматического типа.
Усеченные октаэдрические преципитатыi
_{Е й} ^
Если кислородсодержащий кристалл кремния предварительно от­жечь при температуре до < 850°С, а затем в течение непродолжитель­ного времени при 900°С, то пластинчатые преципитаты не образуются, а вместо них образуются усеченные октаэдрические преципитаты. Их плотность приблизительно в 10²-10³ раз выше, чем плотность де­фектов упаковки. В температурной области 750-850°С образуется мак­симальная концентрация октаэдрических преципитатов, однако в этом температурном интервале они образуются наименьшего размера. Вследствие того, что такие преципитаты имеют малые размеры (15-20 нм) и вокруг них нет полей упругих напряжений, то они плохо наблю­даются с помощью электронной микроскопии.
С помощью высокоразрешающей электронной микроскопии можно получить детальную структуру октаэдрического преципитата. Структура такого преципитата является аморфной. По краям преципитата про­является кристаллическая структура матрицы кремния вследствие ма­лой толщины преципитата в этих областях. Если взять очень тонкий об­разец, то аморфная структура будет наблюдаться почти на всей пло­щади преципитата. В настоящее время отсутствуют прямые исследо­вания состава октаэдрического преципитата. Однако, изменение кон­центрации растворенного кислорода в матрице кремния, измеренное с помощью метода ИК-спектроскопии, указывает на то, что, по всей ви­димости, такой преципитат состоит из аморфной фазы.
В некоторых работах [196, 290] указывается на то, что октаэдричес­кие преципитаты образуются лишь в результате высокотемпературной термообработки (Т > 1100°С), в то время как пластинчаные пре­ципитаты образуются при термообработке ниже этой температуры. Ис-


209




следования, проведенные в работе [197], показали, что форма пре­ципитата во многом определяется предварительной термообработкой. Так, если кислородсодержащий кристалл кремния вначале отжечь при 1000°С в течение 50 ч, либо при 1050°С в течение 20 ч, то октаэдриче­ские преципитаты образуются при последующем отжиге уже при Т > 650°С. Т. е. форма преципитата, образованного в результате двух­ступенчатого отжига, не связана прямым образом с температурой вто­рой термообработки.