Eisenverunreinigungen in multikristallinem

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Clara Mann
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1 Fraunhofer-lnstitut fur Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie MSB Eisenverunreinigungen in multikristallinem Silizium: Gerichtete Erstarrung und Analyse der strukturellen und elektrischen Eigenschaften von Maral Azizi FRAUNHOFER VERLAG

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 2 Grundlagen 5 21 Gerichtete Erstarrung Kontaminationsquellen bei der gerichteten Erstarrung Rohstoff Tiegelmaterial Ofeneinbauten Segregation von Verunreinigungen 9 22 Rekombination von Ladungstragern Rekombination im idealen Halbleiter Rekombination im realen Halbleiter Eisen in Silizium Loslichkeit und Diffusion in Silizium Paarbildung von Eisen 1G 233 Rekombinationsaktivitat in Silizium Sauerstoff in Silizium Loslichkeit und Diffusion Oi-Komplexe Thermische Donatoren Flache thermische Donatoren Neue Donatoren Ausscheidungen 24 3 Experimented Methoden Aufbau der Versuchsanlage Prozessparameter 28 xi

3 xii Inhaltsverzeichnis 33 Gezielte Bor- und Eisenzugabe 32 4 Charakterisierungsmethoden Mikrowellen-detektiertes Photoleitfahigkeitsabklingen (//-PCD) Spitzen-Methode Weitere Charakterisierungsmethoden 42 5 Ergebnisse und Diskussion Kornstruktur der geziichteten Kristalle Kornstruktur Durchmischung der Schmelze Diskussion der Kornstruktur der geziichteten Kristalle Verunreinigungsgehalt der Kristalle ohne Bordotierung aus der Versuchsreihe A Gesamteisengehalt Weitere Verunreinigungen Diskussion der Grundkontamination Eisenverunreinigung Kupfer-, Nickel- und Titan-Verunreinigung Aluminiumverunreinigung Bordotierung und gezielte Eisenkontamination Bestiinmung der Storstellenkonzentration DLTS-Messung zur Bestimmung der tiefen Storstellen Hall-Messungen zur Bestimmung der Ladungstragerkonzentration Spezifischer Widerstand des bordotierten Kristalls ohne gezielte Eisenkontamination Diskussion der Bordotierung und der gezielten Kontamination mit Eisen Minoritatsladungstragerlebensdauer Messung der Minoritatsladungstragerlebensdauer mittels /x-pcd Minoritatsladungstragerlebensdauer der Versuchsreihe A ohne Bordotierung Minoritatsladungstragerlebensdauer der Versuchsreihe A mit Bordotierung 91

4 Inhaltsverzeichnis xiii 5413 Minoritatsladungstragerlebensdauer der Versuchsreihe B 5414 Minoritatsladungstragerlebensdauer der Versuchsreihe C Korngefiige und Versetzungen Diskussion der Verteilung der Minoritatsladungstragerlebensdauer 5431 Lebensdauerverteilung in Abhangigkeit 98 der Wachstumsbedingungen Lebensdauerverteilung in Abhangigkeit der Eisenkonzentration Lebensdauerverteilung in eisenkontaminierten Blocken in Abhangigkeit der Wachstumsbedingungen Ill 55 Spezifischer Widerstand und Leitungstyp Spezifischer Widerstand Spezifischer Widerstand der Versuchsreihe A ohne Bordotierung Spezifischer Widerstand an temperaturbehandelten Proben aus der Versuchsreihe A ohne Bordotierung Gesamtsauerstoffgehalt der Kristalle aus der Versuchsreihe A Spezifischer Widerstand der Kristalle aus der Versuchsreihe A mit Bordotierung Spezifischer Widerstand der Kristalle aus der Versuchsreihe B Spezifischer Widerstand der Kristalle aus der Versuchsreihe C Diskussion der thermischen Donatoren in multikristallinem Silizium Einfluss thermischer Donatoren auf den Leitungstyp Einfluss der thermischen Dor ttoren und des Eisens auf die Beweglichkeit Thermische Donatoren und Eisen Lokale Eisenverteilung Hochaufgeloste Messung der Minoritatsladungstragerlebensdauer Rekombinationsaktivitat mittels EBIC Ausbreitungswiderstand mittels SSRM-Messungen am AFM 142

5 xiv Inhaltsverzeichnis 5631 Korngrenzen des Kristalls ohne Dotierung aus der Versuchsreihe A Korngrenzen des Kristalls mit 400 ppmw Eisendotierung aus der Versuchsreihe A Korngrenzen des Kristalls mit 400 ppmw Eisendotierung aus der Versuchsreihe C Eisenprazipitate mittels REM-Aufnahmen Korrelation EBIC/AFM/EDX Diskussion der Ergebnisse aus den lokalen Messungen Zusammenfassende Wertung und Ausblick 153 Literaturverzeichnis 157 Liste der verwendeten Abkiirzungen und Symbole 177 Veroffentlichungen 179 Danksagung 181

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