Journals →  Материалы электронной техники →  2011 →  #2 →  Back

ArticleName Ростовые микродефекты в бездислокационных монокристаллах кремния
ArticleAuthor В. И. Таланин, И. Е. Таланин
ArticleAuthorData В. И. Таланин, И. Е. Таланин, Классический приватный университет, г. Запорожье, Украина
Abstract

Дан краткий обзор современного состояния проблемы образования ростовых микродефектов в бездислокационных монокристаллах кремния. Показано, что кинетическая модель роста и коалесценции преципитатов кислорода и углерода, а также кинетические модели их образования — это единая модель процесса преципитации во время охлаждения бездислокационных монокристаллов кремния после выращивания в температурном интервале 1410—30 °С. Модель преципитации совместно с кинетическими моделями образования и роста межузельных дислокационных петель и вакансионных микропор представляют математический аппарат, который позволяет теоретически описывать процессы образования и трансформации ростовых микродефектов в бездислокационных монокристаллах кремния любого диаметра, полученных с помощью методов бестигельной зонной плавки и Чохральского.

keywords Кремний, ростовые микродефекты, моделирование, модель динамикиточечных дефектов, диффузионная модель, преципитат, вакансионная микропора, межузельная дислокационная петля.
References

1. de Kock, A. J. R. Vacancy clusters in dislocation-free silicon / A. J. R. de Kock // Appl. Phys. Lett. - 1970. - V. 16, N 3. - P. 100—102.

2. Petroff, P. M. Characterization of swirl defects in floating-zone silicon crystals / P. M. Petroff, A. J. R. de Kock // J. Cryst. Growth. - 1975. - V. 30, N 1. - P. 117—124.

3. Föll, H. Formation and nature of swirl defects in silicon / H. Föll, B. O. Kolbesen // J. Appl. Phys. - 1975. - V. 8, N 3. - P. 319—331.

4. de Kock, A. J. R. Swirl defects in as-grown silicon crystals / A. J. R. de Kock // Defects in semiconductors. - Amsterdam : North-Holland Publ. Co., 1981. - P. 309—316.

5. Веселовская, Н. В. Дефекты типа кластеров в монокристаллах кремния / Н. В. Веселовская, Э. Г. Шейхет, К. Н. Неймарк, Э. С. Фалькевич // Рост и легирование полупроводниковых кристаллов и пленок. - Новосибирск : Наука, 1977. - Т. 2. - С. 284—288.

6. Sitnikova, A. A. Electron-microscopic study of microdefects in silicon single crystals grown at high speed / A. A. Sitnikova, L. M. Sorokin, I. E. Talanin, E. G. Sheikhet, E. S. Falkevich // Phys. status solidi (a). - 1984. - V. 81, N 2. - P. 433—439.

7. Шейхет, Э. Г. Образование микродефектов при росте монокристаллов кремния / Э. Г. Шейхет, Э. С. Фалькевич, К. Н. Неймарк, И. Ф. Червоный, В. А. Шершель // ФТТ. - 1984. - Т. 26, № 1. - С. 207—213.

8. Sitnikova, A. A. Vacancy type microdefects in dislocation-free silicon single crystals / A. A. Sitnikova, L. M. Sorokin, I. E. Talanin, E. G. Sheikhet, E. S. Falkevich // Phys. status solidi (a). - 1985. - V. 90, N 1. - P. K31—K35.

9. Ситникова, А. А. Исследование природы микродефектов в бездислокационных монокристаллах кремния / А. А. Ситникова, Л. М. Сорокин, И. Е. Таланин, К. Л. Малышев, Э. Г. Шейхет, Э. С. Фалькевич // ФТТ. - 1986. - Т. 28, № 6. - С. 1829—1833.

10. Ситникова, А. А. Исследование микродефектов D-типа в монокристаллах кремния / А. А. Ситникова, Л. М. Сорокин, Э. Г. Шейхет // ФТТ. - 1987. - Т. 29, № 9. - С. 2623—2628.

11. Таланин, И. Е. Формирование и трансформация микродефектов в бездислокационных монокристаллах кремния / И. Е. Таланин, Д. И. Левинзон, В. И. Таланин // Изв. вузов. Материалы электрон. техники. - 2000. - № 4. - С. 21—27.

12. Таланин, В. И. Об идентичности процессов дефектообразования в малогабаритных монокристаллах FZ-Si и CZ-Si / В. И. Таланин, И. Е. Таланин, Д. И. Левинзон // Там же. - 2003. - № 3. - С. 30—34.

13. Talanin, V. I. Mechanism of formation and physical classification of the grown-in microdefects in semiconductor silicon / V. I. Talanin, I. E. Talanin // Defect and Diffusion Forum. - 2004. - V. 230-232, N 1. - P. 177—198.

14. Talanin, V. I. Physical model of paths of microdefects nucleation in dislocation-free single crystals float-zone silicon / V. I. Talanin, I. E. Talanin, D. I. Levinson // Cryst. Res. and Technol. - 2002. - V. 37, N 9. - P. 983—1011.

15. Abe, T. Swirl defects in float zone silicon / T. Abe, H. Harada, J. Chikawa // Physica BC. - 1983. - V. 116, N 1-3. - P. 139—147.

16. Von Ammon, W. Bulk properties of very large diameter silicon single crystal / W. Von Ammon, E. Dornberger, P. O. Hansson // J. Cryst. Growth. - 1999. - V. 198-199, N 1-4. - P. 390—398.

17. Voronkov, V. V. Vacancy-type microdefect formation in Czochralski silicon / V. V. Voronkov, R. Falster // J. Cryst. Growth. - 1998. - V. 194, N 1. - P. 76—88.

18. Kulkarni, M. S. Quantification of defect dynamics in unsteady-state and steady-state Czochralski growth of monocrystalline silicon / M. S. Kulkarni, V. Voronkov, R. Falster // J. Electrochem. Soc. - 2004. - V. 151, N 5. - P. G663—G669.

19. Roksnoer, P. J. Microdefects in a non-striated distribution in floating-zone silicon crystals / P. J. Roksnoer, M. M. B. van den Boom // J. Crystal Growth. - 1981. - V. 53, N 3. - P. 563—573.

20. Tempelhoff, K. Formation of self-disorder agglomerates in dislocation-free silicon / K. Tempelhoff, N. van Sung // Phys. status solidi (a). - 1982. - V. 70, N 2. - P. 441—449.

21. Tempelhoff, K. Formation of vacancy agglomerates in quenched dislocation-free silicon / K. Tempelhoff, N. van Sung // Ibid. - 1982. - V. 72, N 2. - P. 617—622.

22. Talanin, V. I. Formation of grown-in microdefects in dislocation-free silicon monocrystals / V. I. Talanin, I. E. Talanin // New research on semiconductors. - N. Y. : Nova Science Publishers, Inc., 2006. - P. 31—67.

23. Talanin, V. I. Physical nature of grown-in microdefects in Czochralski-grown silicon and their transformation during various technological effects / V. I. Talanin, I. E. Talanin // Phys. status solidi (a). - 2003. - V. 200, N 2. - Р. 297—306.

24. Talanin, V. I. Physics of the formation of microdefects in dislocation-free monocrystals of float-zone silicon / V. I. Talanin, I. E. Talanin, D. I. Levinson // Semicond. Sci. and Technol. - 2002. - V. 17, N 2. - Р. 104—113.

25. de Kock, A. J. R. The effect of doping on microdefect formation in as-grown dislocation-free Czochralski silicon crystals / A. J. R. de Kock, W. T. Stacy, W. M. van de Wijgert // Appl. Phys. Lett. - 1979. - V. 34, N 9. - P. 611—616.

26. de Kock, A. J. R. The effect of doping on the formation of swirl defects in dislocation-free Czochralski-grown silicon / A. J. R. de Kock, W. M. van de Wijgert // J. Cryst. Growth. - 1980. - V. 49, N 4. - P. 718—734.

27. Bourret, A. Early stages of oxygen segregation and precipitation in silicon / A. Bourret, J. Thibault-Desseaux, D. N. Seidman // J. Appl. Phys. - 1984. - V. 55, N 4. - P. 825—836.

28. Rauh, H. Morphology of oxygen precipitates in CZ silicon studied by small angle neutron scattering (SANS) / H. Rauh, D. Sieger, A. Wright // Defect control in semiconductor. - Amsterdam: Elsevier, 1990. - V. 2. - P. 1541-1545.

29. Шейхет, Э. Г. Взаимодействие радиационных дефектов с ростовыми микродефектами в монокристаллах кремния / Э. Г. Шейхет, В. И. Шаховцов, В. Ф. Латышенко // Укр. физ. журн. - 1988. - Т. 33, № 12. - С. 1851—1855.

30. Puzanov, N. I. The effect of thermal history during crystal growth on oxygen precipitation in Czochralski-grown silicon / N. I. Puzanov, A. M. Eidenzon // Semicond. Sci. and Technol. - 1992. - V. 7, N 3. - P. 406—413.

31. Voronkov, V. V. Mechanism of swirl defects formation in silicon / V. V. Voronkov // J. Cryst. Growth. - 1982. - V. 59, N 3. - P. 625—642.

32. Воронков, В. В. Влияние ростовых микродефектов на преципитацию кислорода в бездислокационном кремнии / В. В. Воронков, М. Г. Мильвидский, В. Я. Резник // Кристаллография. - 1990. - Т. 35, № 5. - С. 1205—1211.

33. Prostomolotov, A. I. Two-dimensional model of the intrinsic point defects behaviour during CZ silicon crystals growth / A. I. Prostomolotov, N. A. Verezub // Proc of SPIE. - 2000. - V. 4412. - P. 97—103.

34. Таланин, В. И. Вакансионные микродефекты в бездислокационных монокристаллах кремния / В. И. Таланин, И. Е. Таланин // Изв. вузов. Материалы электрон. техники. - 2006. - № 1. - С. 14—19.

35. Таланин, В. И. Моделирование и свойства дефектной структуры бездислокационных монокристаллов кремния / В. И. Таланин - Запорожье : ГУ ЗИГМУ, 2007. - 275 с.

36. Abe, T. Etch pits observed in dislocation-free silicon crystals / T. Abe, T. Samizo, S. Marujama // Jap. J. Appl. Phys. - 1966. - V. 5, N 4. - P. 458—463.

37. Hu, S. M. Defects in silicon substrates / S. M. Hu // J. Vac. Sci. and Techn. - 1977. - V. 14, N 1. - P. 17—31.

38. Föll, H. The formation of swirl defects in silicon by agglomeration of self-interstitials / H. Föll, U. Gosele, B. O. Kolbesen // J. Cryst. Growth. - 1977. - V. 40, N 1. - P. 90—108.

39. Бублик, В. Т. Микродефекты, выявляемые с помощью диффузного рассеяния рентгеновских лучей, в бездислокационных монокристаллах кремния, выращенных по методу Чохральского / В. Т. Бублик, Н. М. Зотов // Кристаллография. - 1997. - Т. 42, № 6. - С. 1103—1113.

40. Данильчук, Л. Н. Экспериментальное определение физической природы ростовых микродефектов в бездислокационном кремнии, выращенном методом Чохральского / Л. Н. Данильчук, А. О. Окунев, В. А. Ткаль, Ю. А. Дроздов // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. - 2005. - № 7. - С. 13—22.

41. de Kock, A. J. R. Effect of growth parameters on formation and elimination of vacancy-clusters in dislocation-free silicon crystals / A. J. R. de Kock, P. I. Roksnoer, P. G. T. Boonen // J. Cryst. Growth. - 1974. - V. 22, N 4. - P. 311—320.

42. Таланин, В. И. Микродефектная структура полупроводникового кремния / В. И. Таланин, И. Е. Таланин // Изв. вузов. Материалы электрон. техники. - 2002. - № 4. - С. 4—15.

43. de Kock, A. J. R. The introduction of dislocations during the growth of floating-zone silicon crystals as a result of point defects condensation / A. J. R. de Kock, P. I. Roksnoer, P. G. T. Boonen // J. Cryst. Growth. - 1975. - V. 30, N 3. - P. 279—294.

44. Jeske, W. The swirl defects A-type as a source of dislocation generation on the macroscopic scale during growth of float zone silicon single crystals / W. Jeske, B. Jakowlew // Electron Technology. - 1979. - V. 12, N 1. - P. 97—106.

45. Гусева, Н. Б. Дислокационная активность микродефектов в монокристаллах кремния / Н. Б. Гусева, Э. Г. Шейхет, В. В. Шпейзман, И. Л. Шульпина // ФТТ. - 1986. - Т. 28, № 10. - С. 3192—3194.

46. Bernewitz, L. J. TEM observations of dislocation loops correlated with individual swirl defects in as-grown silicon / L. J. Bernewitz, B. O. Kolbesen, K. R. Mayer, G. E. Shuh // Appl. Phys. Lett. - 1974. - V. 25, N 2. - P. 277—279.

47. Неймарк, К. Н. Влияние условий выращивания на характер распределения микродефектов в бездислокационных монокристаллах кремния / К. Н. Неймарк, Э. Г. Шейхет, И. Ю. Литвинова, Э. С. Фалькевич // Изв. АН СССР. Неорганические материалы. - 1979. - Т. 15, № 2. - С. 184—187.

48. Shimizu, H. Observation of ring-distributed microdefects in Czochralski-grown silicon wafers with a scanning photon microscope and its diagnostic application to device processing / H. Shimizu, C. Munakata, N. Honma, S. Aoki, Y. Kosaka // Jap. J. Appl. Phys. - 1992. - V. 31, N 6. - P. 1817—1822.

49. Harada, K. Defects in the oxidation-induced stacking fault ring region in Czochralski silicon crystal / K. Harada, H. Tanaka, T. Watanabe, H. Furuya // Ibid. - 1998. - V. 37, N 6. - P. 3194—3199.

50. Sadamitsu, S. Dislocations, precipitates and other defects in silicon crystals / S. Sadamitsu, S. Umeno, Y. Koike, M. Hourai, S. Sumita, T. Shigematsu // Ibid. - 1993. - V. 32, N 9. - P. 3675—3679.

51. Umeno, S. Relationship between grown-in defects in Czochralski silicon crystals / S. Umeno, M. Okui, M. Hourai, M. Sano, H. Tsuya // Ibid. - 1997. - V. 36, N 5. - P. L591—L594.

52. Kato, M. Transmission electron microscope observation of “IR scattering defects” in as-grown Czochralski Si crystals / M. Kato, T. Yoshida, Y. Ikeda, Y. Kitagawara // Ibid. - 1996. - V. 35, N 11. - P. 5597—5601.

53. Nishimura, M. The direct observation of grown-in laser scattering tomography defects in Czochralski silicon / M. Nishimura, S. Yoshino, H. Motoura, S. Shimura, T. Mchedlidze, T. Hikone // J. Electrochem. Soc. - 1996. - V. 143, N 10. - P. L243—L246.

54. Itsumi, M. Octahedral void defects in Czochralski silicon / M. Itsumi // J. Cryst. Growth. - 2002. - V. 237-239, N 3. - P. 1773—1778.

55. Nishikawa, H. Formation of grown-in defects during Czochralski silicon crystal growth / H. Nishikawa, T. Tanaka, Y. Yanase, M. Hourai, M. Sano, H. Tsuya // Jap. J. Appl. Phys. - 1997. - V. 36, N 11. - P. 6595—6601.

56. Yanase, Y. Atomic force microscope observation of the change in shape and subsequent disappearance of «crystal-originated particles» after hydrogen-atmospfere thermal annealing / Y. Yanase, H. Nishihata, T. Ochiai, H. Tsuya // Ibid. - 1998. - V. 37, N 1. - P. 1—4.

57. Ueki, T. Shrinkage of grown-in defects in Czochralski silicon during thermal annealing in vacuum / T. Ueki, M. Itsumi, T. Takeda, K. Yoshida, A. Takaoka, S. Nakajima // Ibid. - 1998. - V. 37, N 7. - P. L771—L773.

58. Sinno, T. Modeling microdefect formation in Czochralski silicon / T. Sinno, R. A. Brown // J. Electrochem. Soc. - 1999. - V. 146, N 6. - P. 2300—2312.

59. Puzanov, N. I. Observation of stacking faults rings in silicon crystal / N. I. Puzanov, A. M. Eidenzon // J. Cryst. Growth. - 1994. - V. 137, N 4. - P. 642—645.

60. Мильвидский, М. Г. Особенности дефектообразования в бездислокационных монокристаллах полупроводников / М. Г. Мильвидский // Изв. вузов. Материалы электрон. техники. - 1998. - № 3. - С. 4—12.

61. Kulkarni, M. S. Defect dynamics in the presence of oxygen in growing Czochralski silicon crystals / M. S. Kulkarni // J. Cryst. Growth. - 2007. - V. 303, N 2. - Р. 438—448.

62. Kulkarni, M. S. Defect dynamics in the presence of nitrogen in growing Czochralski silicon crystals / M. S. Kulkarni // Ibid. - 2008. - V. 310, N 2. - Р. 324—335.

63. Talanin, V. I. On the recombination of intrinsic point defects in dislocation-free silicon single crystals / V. I. Talanin, I. E. Talanin // Phys. Solid State. - 2007. - V. 49, N 3. - P. 467—470.

64. Talanin, V. I. Modeling of defect formation processes in dislocation-free silicon single crystals / V. I. Talanin, I. E. Talanin // Crystallography Reports. - 2010. - V. 55, N 4. - P. 632—637.

65. Dornberger, E. Modeling of transient point defect dynamics in Czochralski silicon crystal / E. Dornberger, W. von Ammon, J. Virbulis, B. Hanna, T. Sinno // J. Cryst. Growth. - 2001. - V. 230, N 1-2. - P. 291—299.

66. Larsen, T. L. Numerical simulations of point defects transport in floating-zone silicon single crystal growth / T. L. Larsen, L. Jensen, A. Ludge, H. Riemann, H. Lemke // Ibid. - 2001. - V. 230, N 1-2. - P. 300—304.

67. Простомолотов, А. И. Моделирование образования ростовых микродефектов в бездислокационных монокристаллах кремния большого диаметра / А. И. Простомолотов, Н. А. Верезуб, В. В. Воронков // Изв. вузов. Материалы электрон. техники. - 2005. - № 2. - С. 48—53.

68. Воронков, В. В. Роль кислорода в образовании микродефектов при выращивании бездислокационных монокристаллов кремния / В. В. Воронков, М. Г. Мильвидский // Кристаллография. - 1988. - Т. 33, № 2. - С. 471—477.

69. Voronkov, V. V. Intrinsic point defects and impurities in silicon crystal growth / V. V. Voronkov, R. Falster // J. Electrochem. Soc. - 2002. - V. 149, N 3. - P. G167—G174.

70. Sinno, T. Point defects dynamics and the oxidation-induced stacking-faults in Czochralski-grown silicon crystals / T. Sinno, R. A. Brown, W. von Ammon, E. Dornberger // Ibid. - 1998. - V. 145, N 1. - Р. 302—318.

71. Nakamura, K. Formation process of grown-in defects in Czochralski grown silicon crystals / K. Nakamura, T. Saishoji, T. Kubota, T. Iida, Y. Shimanuki, T. Kotooka, J. Tomioka // J. Cryst. Growth. - 1997. - V. 180, N 1. - Р. 61—72.

72. Kulkarni, M. S. A selective review of the quantification of defects dynamics in growing Czochralski silicon crystals / M. S. Kulkarni // Ind. Eng. Chem. Res. - 2004. - V. 44. - P. 6246—6263.

73. Wang, Z. Simulation of almost defect-free silicon crystal growth / Z. Wang, R. A. Brown // J. Cryst. Growth. - 2001. - V. 231, N 2. - Р. 442—452.

74. Brown, R. A. Engineering analysis of microdefects formation during silicon crystal growth / R. A. Brown, Z. Wang, T. Mori // Ibid. - 2001. - V. 225, N 1. - Р. 97—112.

75. Talanin, V. I. Kinetic of formation of vacancy microvoids and interstitial dislocation loops in dislocation-free silicon single crystals / V. I. Talanin, I. E. Talanin // Phys. Solid State. - 2010. - V. 52, N 9. - P. 1880—1886.

76. Talanin, V. I. About formation of grown-in microdefects in dislocation-free silicon single crystals / V. I. Talanin, I. E. Talanin, A. A. Voronin // Can. J. Phys. - 2007. - V. 85, N 12. - Р. 1459—1471.

77. Talanin, V. I. Kinetic of high-temperature precipitation in dislocation-free silicon single crystals. / V. I. Talanin, I. E. Talanin // Phys. Solid State. - 2010. - V. 52, N 10. - P. 2063-2069.

78. Talanin, V. I. Modeling of the defect structure in dislocation-free silicon single crystals / V. I. Talanin, I. E. Talanin, A. A. Voronin // Crystallography Rep. - 2008. - V. 53, N 7. - Р. 1124—1132.

79. Vanhellemont, J. Diffusion limited oxygen precipitation in silicon: precipitate growth kinetics and phase formation / J. Vanhellemont // J. Appl. Phys. - 1995. - V. 78, N 6. - P. 4297—4299.

80. Слезов, В. В. К теории неизотермической коалесценции при распаде пересыщенных твердых растворов / В. В. Слезов, С. А. Кукушкин // ФТТ. - 1987. - T. 29, № 6. - С. 1812—1818.

81. Talanin, V. I. Kinetic model of growth and coalescence of oxygen and carbon precipitates during cooling of as-grown silicon crystals / V. I. Talanin, I. E. Talanin // Phys. Solid State. - 2011. - V. 53, N 1. - P. 119—126.

82. Таланин, В. И. Программный комплекс для анализа и расчета образования ростовых микродефектов в бездислокационных монокристаллах кремния / В. И. Таланин, И. Е. Таланин, Н. Ф. Устименко // Изв. вузов. Материалы электрон. техники. - 2010. - № 4. - С. 62—67.

Language of full-text russian
Full content Buy
Back