The characterisation of large 150 mm Czochralski-silicon crystals

Abstract

Työn tarkoituksena oli suurten 150 mm Czochralski-piikiteiden karakterisointi happi- ja hiilipitoisuuden ja -jakauman, hapen erkautumisen sekä vähemmistövarauksenkuljettajien elinajan suhteen. Lisäksi selvitettiin kiteiden pinousvika- ja Flow Pattern -virhetasot sekä kiteen kasvatusperäisten partikkeleiden määrä.

Työn kirjallisessa osassa tarkastellaan piikiteiden lähtömateriaalin valmistusta, piikiteiden kasvatusta ja kiekkojen prosessointia ja tutustutaan piin kiderakenteeseen ja kidevirheisiin. Lisäksi käydään läpi piikiteiden yleisimmät seosaineet ja epäpuhtaudet. Tutkimusosassa käydään läpi näytteiden valmistusta ja esitellään käytetyt tutkimusmenetelmät. Tutkimuksessa käytettyjä laitteistoja olivat mm. syövytyskone, optinen mikroskooppi, infrapuna spektrometri, lämpökäsittelyuuni, elinaikamittari ja partikkelimittari. Tutkimuksessa oli mukana P(100)-, N(100)- P(111)-, N(111)- sekä P'+(100)-tyypin koekiekkoja yhdeksästätoista eri kiteestä. Kiteet oli valmistettu Okmetic Oy:n Ferrofluidics- ja Leybold-uuneilla sekä VTT:n Ferrofluidics-uunilla.

Kiteiden elinajat ja happi- ja hiilipitoisuudet olivat normaaleja. FP-virheitä ja COP-partikkeleita oli toisissa kiteissä selvästi paljon ja toisissa vähän. Keskiarvopitoisuudet olivat kuitenkin samaa luokkaa kuin esitetyssä kirjallisuudessa oli mainittu. Pinousvikataso oli alhainen muutamaa alhaisemmalla vetonopeudella ja muutetulla lämpötilavyöhykkeellä kasvatettua kidettä lukuunottamatta. Kidevirheiden muodostumisteorioiden mukaisesti vakanssirikkailla alueilla, joilla esiintyi huomattavasti COP- ja FPD-virheitä oli vähän pinousvikoja ja välisijarikkaalla reuna-alueella puolestaan enemmän pinousvikoja ja vähän vakanssiperäisiä virheitä. Paljon erkautuneilla korkean happipitoisuuden kiekoilla oli COP- ja FPD-virheitä enemmän kuin vähemmän erkautuneilla alemman happipitoisuuden kiekoilla. Käytettyjen Leybold- ja Ferrofluidics-kasvatusuunien erilaiset lämpövyöhykkeet ja kasvatusrajapinnan paikka vastukseen nähden, vetonopeus, happipitoisuus ja seostus selittävät kiteiden mikrorakenteen ja ominaisuuksien eroja.