ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ НА УСКОРЕННОЕ ФОРМИРОВАНИЕ НАНОПРЕЦИПИТАТОВ SiO 2 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 цель Большинство 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 (850 o C) 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=800 0 С t=10ч БТО Т=850 0 C t =1 26 мин

Методика эксперимента Исследовали: тип и размеры дефектов ( дифракционное отражение и диффузное рассеяние рентгеновских лучей - рентгеновский дифрактометр XPert PRO MRD ) концентрация междоузельного кислорода (С і ) и преципитировавшего кислорода (С р ) ( FTIR Spectrum BXII PerkinElmer ) структура преципитированной фазы ( анализ формы полосы поглощения на валентных колебаниях Si-О связи )

Структурное состояние кислорода в исходном кристалле В постростовом состоянии преципитировавший кислород образовывал включения с малонапряженной структурой, состоящие из 6-членных колец SiО 4 -тетраэдров

Изменение полосы ИК-поглощения кислорода в результате отжига

Изменение полосы ИК-поглощения кислорода в результате БТО Верхняя часть слитка Нижняя часть слитка

Изменение структурного состояния кислорода в результате отжига (800 о С, 10 часов, аргон) Постростовое состояние ТО В структуре преципитатов рядом с тетраэдрами SiО 4 появляются молекулярные комплексы недоокисленного кремния (SiО 2 Si 2 и SiО 3 Si)

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. ОБРАЗЕЦ Размер МД вакансионого типа, мкм Размер МД междоузельного типа, мкм ci/cvci/cv Постростовое состояние верх0,57 2,23· ,57 2,45· ,87 0,76 низ1,07 1,77 Отжиг 800 о C 10 ч верх1,56 1,91 1,14 1,91 0,75 0,53 низ1,72 0,48 Отжиг 800 о C 10 ч + БТО верх2,453,44 1,56 1,36 низ1,430,488,86

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 800 о С 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 SiO 2 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 800 о С (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).