Numéro
Rev. Phys. Appl. (Paris)
Volume 22, Numéro 7, juillet 1987
Page(s) 663 - 669
DOI https://doi.org/10.1051/rphysap:01987002207066300
Rev. Phys. Appl. (Paris) 22, 663-669 (1987)
DOI: 10.1051/rphysap:01987002207066300

Role of oxygen in surface segregation of metal impurities in silicon poly-and bicrystals

E. Amarray et J.P. Deville

Equipe d'Etude des Surfaces, UA 795 du C.N.R.S., Université Louis-Pasteur, 4, rue Blaise-Pascal, 67000 Strasbourg, France


Abstract
Metal impurities at surfaces of polycrystalline silicon ribbons have been characterized by surface sensitive methods. Oxygen and heat treatments were found to be a driving force for surface segregation of these impurities. To better analyse their influence and their possible incidence in gettering, model studies were undertaken on Czochralski grown silicon bicrystals. Two main factors of surface segregation have been studied : the role of a ultra-thin oxide layer and the effect of heat treatments. The best surface purification was obtained after an annealing process at 750 °C of a previously oxidized surface at 450 °C. This was related to the formation of SiO clusters, followed by a coalescence of SiO4 units leading to the subsequent injection of silicon self-interstitials in the lattice.


Résumé
Nous avons caractérisé, au moyen des méthodes d'analyse des surfaces, les impuretés métalliques situées sur des rubans de silicium polycristallin. L'oxygène et les traitements thermiques semblent une force motrice pour la ségrégation superficielle de ces impuretés. Pour mieux étudier leur influence et leurs possibilités en terme d'effet getter, nous avons initié des études de modélisation sur des bicristaux de type Czochralski. Nous avons étudié deux facteurs principaux de ségrégation superficielle : le rôle d'une couche d'oxyde très mince et celui de traitements thermiques. Nous avons remarqué que le maximum de purification des surfaces était obtenu après le recuit à 750 °C d'une surface préalablement oxydée à 450 °C. Nous avons relié cela à la formation d'amas de SiO, suivie d'une coalescence donnant des unités de type SiO4 entraînant l'injection d'auto-interstitiels de silicium dans le réseau.

PACS
6170B - Interstitials and vacancies.
6170R - Crystal impurities: general.
6475 - Solubility, segregation, and mixing.
6820 - Solid surface structure.
6848 - Solid solid interfaces.
8140G - Other heat and thermomechanical treatments.

Key words
elemental semiconductors -- heat treatment -- impurities -- interstitials -- oxygen -- segregation -- silicon -- surface structure -- semiconductor -- polycrystals -- surface segregation -- metal impurities -- bicrystals -- ribbons -- surface sensitive methods -- heat treatments -- gettering -- ultra thin oxide layer -- surface purification -- SiO clusters -- coalescence -- self interstitials -- 750 degC -- Si:O