TY - THES A1 - Kot, Dawid T1 - Influence of vacancies introduced by RTA on the nucleation, size, morphology, and gettering efficiency of oxygen precipitates in silicon wafers T1 - Einfluß von Vakanzen, eingebracht durch RTA, auf die Nukleation, Größe, Morphologie und Gettereffizienz von Sauerstoffpräzipitaten in Siliziumscheiben N2 - Internal gettering based on oxygen precipitates is a technique which is used to remove occasional metal contaminations from the active region of microelectronic devices. In order to obtain efficient internal gettering, the precipitation of oxygen in silicon must be precisely controlled. This can be done by rapid thermal annealing (RTA). RTA offers the possibility to establish well defined vacancy concentrations in silicon wafers. Since vacancies are well known to enhance the precipitation of oxygen in Czochralski silicon, RTA pre-treatments can be used to control the generation of oxygen precipitates. This work provides information about the influence of vacancies, introduced by RTA, in silicon wafers on the nucleation of oxygen precipitates during a subsequent annealing in the temperature range between 400 °C and 1000 °C. Moreover, detailed investigations show morphologies and sizes of oxygen precipitates observed in vacancy supersaturated samples subjected to an annealing in the temperature range between 700 °C and 1000 °C for different annealing times. The morphology of the oxygen precipitates was investigated by scanning transmission electron microscopy (STEM) and Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy. In case of FTIR spectroscopy, the absorption bands were assigned to morphologies of the oxygen precipitates observed by STEM. The final part of investigations presented in this work is dedicated to the gettering efficiency of metal impurities. Special focus is devoted towards the gettering efficiency of Cu in vacancy supersaturated samples. In order to understand the gettering of Cu in samples contaminated with high and low concentrations of Cu, two getter tests were carried out. A haze getter test was used to investigate the getter efficiency of Cu in highly contaminated samples. In this particular case, the concentration of Cu equals the concentration of Cu at its solubility limit at 900 °C. A “7 day storage getter test”, developed in this work, was used for the investigation of the getter efficiency of Cu in samples contaminated with low concentration of Cu amounting to 1×1013 cm-2. It was found that the density of oxygen precipitates increases with increasing concentration of vacancies. The nucleation curves of oxygen precipitates in the vacancy supersaturated samples consist of three maxima wherein the maximum observed at 800 °C can be found only in the vacancy rich samples. These maxima can be explained assuming the nucleation of coherent plate-like nuclei consisting of oxygen mono-layers ((Oi)2-p1) and oxygen double-layers ((Oi)2-p2) for the peaks at 450 °C and at 650 °C, respectively, and VO2 mono layers for the peak at 800 °C. The STEM investigations have shown the change of the morphology of oxygen precipitates in samples subjected to nucleation annealing at various temperatures. It was observed, that different temperatures of the RTA pre-treatment and thus different supersaturations of vacancies did not influence the morphology of oxygen precipitates in samples annealed at 800 °C. After annealing at a temperature of 800 °C three and two dimensional dendritic precipitates were found. This kind of precipitates gave rise to an absorption band at 1040 cm-1 as shown by FTIR investigations. From the results of the getter test it was deduced that secondary defects like dislocations have a strong influence on the getter efficiency in samples contaminated with high concentrations of Cu and Ni. In case of the samples contaminated with low concentration of Cu, gettering at dislocations is less important and oxygen precipitates become the main getter sink for Cu. It was also observed, that Cu aggregates at the edge of plate-like precipitates at the site of tensile strain of the silicon lattice. Moreover, the size and density of oxygen precipitates can strongly influence the getter efficiency of metal impurities. The results and observations presented in this work can be very useful for designing and fabrication of high performance silicon wafers. The results can be used for the development of a gettering simulator based on oxygen precipitation. The results of the analysis of the FTIR spectra can be helpful for the fast characterization of the morphologies of oxygen precipitates by means of FTIR. N2 - Die interne Getterung basierend auf Sauerstoffpräzipitaten ist eine Technik, die verwendet wird, um gelegentliche Metallverunreinigungen aus dem aktiven Bereich der mikroelektronischen Bauelemente zu entfernen. Um eine effiziente interne Getterung zu erhalten, muss die Präzipitation von Sauerstoff in Silizium präzise gesteuert werden. Dies kann durch schnelle thermische Behandlung (RTA) erfolgen. RTA bietet die Möglichkeit, genau definierte Vakanzenkonzentrationen in Siliziumwafern einzubauen. Weil bekannt ist, dass die Vakanzen die Präzipitation von Sauerstoff in CZ Silizium fördern, kann durch eine RTA Vorbehandlung die Bildung von Sauerstoffpräzipitaten gesteuert werden. Diese Arbeit liefert Informationen zum Einfluß von Vakanzen, deren Konzentration durch RTA eingestellt wurde, auf die Keimbildung von Sauerstoffpräzipitaten in Siliziumwafern während einer anschließenden Temperung im Temperaturbereich zwischen 400 °C und 1000 °C. Außerdem zeigen detaillierte Untersuchungen die Morphologien und Größen der Sauerstoffpräzipitate in vakanzenübersättigten Proben, die einer Temperung im Temperaturbereich zwischen 700 °C und 1000 °C für unterschiedliche Zeiten ausgesetzt waren. Die Morphologie der Sauerstoffpräzipitate wurde mittels STEM und FTIR-Spektroskopie untersucht. Im Fall der FTIR-Spektroskopie wurden die Absorptionsbanden bestimmten Morphologien der Sauerstoffpräzipitate, beobachtet durch STEM, zugeordnet. Der letzte Teil der Untersuchungen in dieser Arbeit bezieht sich auf die Gettereffizienz der Sauerstoffpräzipitate für metallische Verunreinigungen. Besondere Aufmerksamkeit ist der Gettereffizienz von Cu in vakanzenübersättigten Proben gewidmet. Um die Getterung von Cu in Proben mit hoher und niedriger Konzentration von Cu zu verstehen, wurden zwei verschiedene Gettertests durchgeführt. Der „Haze Getter Test“ wurde verwendet, um die Effizienz der Cu-Getterung in stark kontaminierten Proben zu untersuchen. In diesem speziellen Fall ist die Konzentration des Cu gleich der Löslichkeit von Cu bei 900 ° C. Ein „Gettertest mit 7 Tage Lagerung“, der in dieser Arbeit entwickelt wurde, wurde zur Untersuchung der Gettereffizienz in Proben mit niedriger Cu-Konzentration in Höhe von 1 × 1013 cm-2 verwendet. Es wurde festgestellt, dass die Dichte der Sauerstoffpräzipitate mit der Erhöhung der Vakanzenkonzentration steigt. Die Keimbildungskurven der Sauerstoffpräzipitate in den vakanzenübersättigten Proben besitzen drei Maxima, wobei das Maximum bei 800 °C nur in vakanzenreichen Proben gefunden wurde. Diese Maxima können auf der Grundlage der Keimbildung von kohärenten, plättchenförmigen Keimen, bestehend aus Sauerstoff-mono-Schichten ((Oi) 2-p1) und Sauerstoff-doppel-Schichten ((Oi) 2-p2) für die Peaks bei 450 °C und bei 650 °C und mit VO2-mono-Schichten für den Peak bei 800 °C erklärt werden. STEM Untersuchungen haben die Veränderung der Morphologie der Sauerstoffpräzipitate in Proben, die einer Keimbildungstemperung bei verschiedenen Temperaturen unterzogen wurden, gezeigt. Es wurde beobachtet, dass unterschiedliche Temperaturen der RTA-Vorbehandlung und somit unterschiedliche Übersättigungen von Vakanzen keinen Einfluss auf die Morphologie der Sauerstoffpräzipitate in den Proben, die bei 800 °C getempert wurden, hatten. Nach Temperungen bei einer Temperatur von 800 °C wurden drei- und zweidimensionale dendritische Präzipitate gefunden. Diese Art der Präzipitate gab Anlass zu einer Absorptionsbande bei 1040 cm-1, was durch FTIR-Untersuchungen gezeigt wurde. Aus den Ergebnissen der Getter-Test wurde geschlossen, dass sekundäre Defekte, wie Versetzungen, einen großen Einfluss auf die Gettereffizienz in Proben mit hoher Konzentration von Cu- und Ni-Verunreinigungen haben. In Proben mit niedriger Konzentration von Cu ist die Getterung an Versetzungen weniger wichtig und die Sauerstoffpräzipitate werden die Hauptgettersenke für Cu. Die Aggregation von Cu wurde an der Kante von plättchenförmigen Präzipitaten gefunden, wo das Siliciumgitter unter Zugspannung steht. Außerdem kann die Größe und Dichte der Sauerstoffpräzipitate starken Einfluss auf die Gettereffizienz von Metallverunreinigungen haben. Die Ergebnisse und die Beobachtungen, die in dieser Arbeit vorgestellt werden, können sehr nützlich für die Entwicklung und Herstellung von hochwertigen Siliziumwafern sein. Die Ergebnisse können auch für die Entwicklung von Gettersimulatoren für Sauerstoffpräzipitate verwendet werden. Die Ergebnisse der Analyse von FTIR-Spektren können hilfreich sein für die schnelle Charakterisierung der Morphologien von Sauerstoffpräzipitaten mittels FTIR. KW - Silicium KW - Wafer KW - Sauerstoff KW - Getterung KW - Thermomechanische Behandlung KW - RTA KW - Vakanz KW - Sauerstoffpräzipitat KW - Getterung KW - RTA KW - Vacancy KW - Oxygen precipitate KW - Gettering Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-28435 ER -