Characterization of internal gettering of iron in silicon by DLTS

Abstract

Epäpuhtauksien kontrollointi on huomattava osa nykyaikaista puolijohdeteknologiaa. Jopa tasolla 10[10] cm[-3] oleva epäpuhtausatomien tiheys saattaa muuttaa laitteen sähköistä toimintaa. Kontaminaation täydellinen estäminen on mahdotonta sekä kristallinkasvatuksessa että prosessoinnissa, mutta sitä voidaan kontrolloida.

Rauta kuuluu yleisimpiin ja hankalimpiin epäpuhtauksiin piissä. Se on hyvin yleinen alkuaine, ja sen eliminointi tuotantolinjalla on vaikeaa. Puolijohteen tyhjennysalueella olevan liuenneen raudan konsentraatio voidaan helposti ja luotettavasti mitata DLTS (Deep Level Transient Spectroscopy) -menetelmällä.

Kiekon aktiivisella osalla olevia epäpuhtauksia voidaan vähentää getteroimalla. On olemassa useita ulkoisia ja sisäisiä getterointitekniikoita. Tässä työssä keskitytään sisäiseen ns. DZ-getteroinnin (Denuded Zone). DZ-prosessissa luodaan piin pintaan virheetön vyöhyke diffusoimalla ensin happea ulos korkeassa lämpötilassa. Sen jälkeen kiekon sisälle jäänyt happi pyritään erkauttamaan lämpökäsittelyillä. Tämän jälkeen näytettä korkeasta lämpötilasta jäähdytettäessä metalliepäpuhtaudet erkautuvat happierkaumien pinnoille ja muihin niihin liittyviin virheisiin, kuten dislokaatioihin ja pinousvikoihin. Hitaammilla jäähdytysnopeuksilla getterointi on tehokkaampaa, koska jäähdytysvaiheen aikana epäpuhtausatomien on ehdittävä diffusoitua getterointivyöhykkeelle.

Tässä työssä tutkitaan raudan getterointitehokkuutta jäähdytysnopeuden ja ulosvetolämpötilan funktiona. Näytteiden rautapitoisuus mitataan DLTS -menetelmällä.