In-situ-Pendellösungsmessungen zur Nukleation und Präzipitationskinetik von SiOx-Nano-Agglomeraten in Silizium

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2014-11-17
Issue Year
2014
Authors
Will, Johannes
Editor
Abstract

In semiconductor industry, 90% of the silicon crystals are grown by the Czochralski method. Consequently, these crystals contain an interstitial oxygen content beyond the solubility at typical process temperatures of several hundred centigrade. This supersaturation is the driving force for the nucleation and growth of SiOx nano-agglomerates in silicon. These agglomerates have beneficial and detrimental effects on the lifetime of electronic devices, and on the mechanical properties of silicon wafers. Thus, it is inevitable to have an in-depth understanding of the nucleation and precipitation kinetics. In the thesis at hand, this topic was tackled by investigations with three complementary scattering probes (X-rays, electron and neutrons), in particular in-situ Pendellösung measurements, which were subsequently verified by ex-situ Transmission Electron Microscopy. The core of this thesis addresses the influence of boron dopants on the nucleation, precipitation and ripening behaviour of oxygen at various temperatures.

Abstract

In der Halbleiterindustrie verwendetes Silizium wird zu 90% nach dem Czochralski-Verfahren hergestellt. Der damit verbundene Einbau von interstitiellem Sauerstoff führt zu einer übersättigen Lösung von Sauerstoff in Silizium bei typischen Prozesstemperaturen von einigen hundert Grad. Diese Übersättigung bildet die treibende Kraft für die Bildung und das Wachstum von SiOx-Nanoagglomeraten in Silizium. Aufgrund mannigfaltiger positiver und negativer Einflüsse unter anderem auf die Lebensdauer elektronischer Bauelemente und die mechanischen Eigenschaften von Silizium-Wafern ist eine genaue Kenntnis der Nukleationsund Präzipitationskinetik essentiell. Diese Prozesse wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit mit drei komplementären Streusonden (Röntgenstrahlung, Elektronen und Neutronen) untersucht. Im Zentrum stehen hierbei In-situ-Pendellösungsmessungen mittels Röntgenbeugung, mit welchen der Einfluss von Bor auf das Nukleations-, Präzipitations- und Reifungsverhalten von Sauerstoff bei verschiedenen Temperaturen erforscht wird. Die gewonnenen Erkenntnisse konnten mit Hilfe von Ex-situ-Transmissionselektronenmikroskopie verifiziert und erweitert werden.

DOI
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