mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2017-2-142-147mateltech-312Research ArticleАтомные структуры и методы структурных исследованийATOMIC STRUCTURES AND METHODS OF STRUCTURAL INVESTIGATIONSНапряжения в пластинах кремния, возникающие в результате локального фотонного отжигаSilicon wafer strain under local photonic annealingСтарковВ. В.StarkovV. V.

канд. техн. наук, старший науч. сотрудник

Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher

starka@iptm.ruГостеваЕ. А.GostevaE. A.

ассистент

Assistant

gos-3@mail.ruИржакД. В.IrzhakD. V.

канд. физ.− мат. наук, зам. директора

Cand. Sci. (Phys.–Math.), Deputy Directors

РощупкинД. В.RoshchupkinD. V.

доктор физ.−мат. наук

Dr. Sci. (Phys.–Math.)

ФГБУН «Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН»РоссияInstitute of Microelectronics Technology and High Purity Materials RASRussian FederationНациональный исследовательский технологический университет «МИСиС»РоссияNational University of Science and Technology «MISIS»Russian Federation201717062019202142147Copyright © Старков В.В., Гостева Е.А., Иржак Д.В., Рощупкин Д.В., 20192019Старков В.В., Гостева Е.А., Иржак Д.В., Рощупкин Д.В.Starkov V.V., Gosteva E.A., Irzhak D.V., Roshchupkin D.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/312

Методом трехкристальной рентгеновской дифрактометрии исследовано влияние фотонного отжига на возникновение деформаций в кристаллической структуре легированных бором кремниевых пластин, полученных по методу Чохральского (Cz−Si). Установлено, что традиционный отжиг всей поверхности двусторонне полированных пластин кремния галогенными лампами (режим фотонного отжига) в режимах быстрого термического отжига приводит к возникновению деформаций сжатия. Тот же процесс с использованием оригинальных фотомасок, позволяющих локально проводить обработку множественных, пространственно разделенных областей пластины (режим локального фотонного отжига) при относительно низких температурах обрабатываемой пластины (менее 55°С), приводит к возникновению деформаций растяжения. Установленный эффект не наблюдается при наличии на тыльной стороне пластин механического геттерирующего слоя. Предложен механизм, объясняющий полученные экспериментальные результаты, который может быть использован при формировании зарядовых насосов в структуре фотоэлектрических преобразователей.

The effect of photon annealing on the occurrence of deformations in the crystal structure of boron−doped silicon wafers produced by the Czochralski (Cz−Si) was studied by the method of triple−X−ray diffraction. It was found that the traditional annealing of silicon wafers with polished surfaces on both sides by halogen lamps in Photonic Annealing (PA) and rapid thermal annealing modes (RTA) leads to compression deformation. The same process with the use of original photo− mask, which allows local processing produces multiple, spatially separated regions of the plate produced by Lосаl Photonic Annealing (LPA) at relatively low temperatures (less than 55 °C), gives rise to a tensile strain. This established effect is not observed if on the back side of the plates there is mechanical gettering layer. The mechanism explaining the experimental results can be used in the formation of the charge pump in the structure of the photo electric converters (PEC).

фотоэлектрические преобразователилокальный фотонный отжигзарядовые насосытрехкристальная рентгеновская дифрактометрияphotoelectric converterslocal photonic processinglocal photonic annealingcharge pumpsthree−crystal X−ray diffractionReferencesКравченко В. А., Старков В. В., Абросимов Н. В., Абросимова В. Н. Диффузионное легирование кремния бором и фосфором в условиях быстрого термического отжига // Электронная техника. Сер. Материалы. 1989. Вып. 4. С. 20—23.Kravchenko V. A., Starkov V. V., Abrosimov N. V., Abrosimova V. N. Diffusion alloying of silicon by boron and phosphorous in conditions of fast thermal annealing. Elektron. Tekh., Ser. Mater., 1989, no. 4, pp. 20—23. (In Russ.)Шишияну С. Т., Шишияну Т. С., Райлян С. К. Мелкие p−n− переходы в Si, изготовленные методом импульсного фотонного отжига // ФТП. 2002. Т. 36, № 5. С. 611—617.Şişianu S. T., Şişianu T. S., Railean S. K. Shallow p−n junctions formed in silicon using pulsed photon annealing. Semiconductors, 2002, vol. 36, no. 5, pp. 581—587. DOI: 10.1134/1.1478552Gusev V. A., Starkov V. V., Teterskii A. V. Solar cells with a charge pump: theoretical prospects and technological aspects of the application // Russian Microelectron. 2015 V. 44, N 8. P. 569—574. DOI: 10.1134/S1063739715080065Gusev V. A., Starkov V. V., Teterskii A. V. Solar cells with a charge pump: theoretical prospects and technological aspects of the application. Russian Microelectronics, 2015, vol. 44, no. 8, pp. 569— 574. DOI: 10.1134/S1063739715080065Anizan S., Leong C. S., Yusri K. L., Amin N., Zaidi S., Sopian K. The effect of rapid thermal annealing towards the performance of screen−printed Si solar cell // Am. J. Appl. Sci. 2011. V. 8, N 3. P. 267—270. DOI: 10.3844/ajassp.2011.267.270Anizan S., Leong C. S., Yusri K. L., Amin N., Zaidi S., Sopian K. The effect of rapid thermal annealing towards the performance of screen−printed Si solar cell. Am. J. Appl. Sci., 2011, vol. 8, no. 3, pp. 267—270. DOI: 10.3844/ajassp.2011.267.270Stein H. J., Hahn S. K., Shatas S. C. Rapid thermal annealing and regrowth of thermal donors in silicon // J. Appl. Phys. 1986. V. 59, N 10. P. 3495—3502. DOI: 10.1063/1.336820Stein H. J., Hahn S. K., Shatas S. C. Rapid thermal annealing and regrowth of thermal donors in silicon. J. Appl. Phys., 1986, vol. 59, no. 10, pp. 3495—3502. DOI: 10.1063/1.336820Mezhennyi M. V., Milvidskii M. G., Resnick V. J. Influence of rapid thermal annealing on the specific features of defect generation in silicon wafers during the formation of effective internal getters // J. Surface Investigation. X−ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2009. V. 3, Iss. 4. P. 612—619. DOI: 10.1134/ S1027451009040223Mezhennyi M. V., Milvidskii M. G., Resnick V. J. Influence of rapid thermal annealing on the specific features of defect generation in silicon wafers during the formation of effective internal getters. J. Synch. Investig., 2009, vol. 3, no. 4, pp. 612—619. DOI: 10.1134/ S1027451009040223Park J. G., Park H. K., Kwack K. D., Hong J. H. Effect of gas ambient at high temperature rapid thermal annealing on oxygen precipitate formation and crystal originated particle dissolution // J. Korean Phys. Soc. 2001. V. 39. P. S327—S332.Park J. G., Park H. K., Kwack K. D., Hong J. H. Effect of gas ambient at high temperature rapid thermal annealing on oxygen precipitate formation and crystal originated particle dissolution. J. Korean Phys. Soc., 2001, vol. 39, pp. S327—S332.Cui Can, Yang De−Ren, Ma Xiang−Yang, Fu Li−Ming, Fan Rui−Xin, Que Duan−Lin. Oxygen precipitation within denuded zone founded by rapid thermal processing in Czochralski silicon wafers // Chinese Phys. Lett. 2005. V. 22, N 9. P. 2407—2410. DOI: 10.1088/0256−307X/22/9/074Cui Can, Yang De−Ren, Ma Xiang−Yang, Fu Li−Ming, Fan Rui−Xin, Que Duan−Lin. Oxygen precipitation within denuded zone founded by rapid thermal processing in Czochralski silicon wafers. Chinese Phys. Lett., 2005, vol. 22, no. 9, pp. 2407—2410. DOI: 10.1088/0256-307X/22/9/074Гусев В. А., Старков В. В. Солнечные элементы с зарядовой подкачкой / // Материалы XII Междунар. научно−практ. конф. «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности». СПб., 2011. Т. 2. С. 157—158.Gusev V. A., Starkov V. V. Solar cells with a charge pump. Trudy XII Mezhdunar. nauchnoprakt. konf. Fundamental’nye i prikladnye issledovaniya, razrabotka i primenenie vysokikh tekhnologii v promyshlennosti = Proceedings of the 12th International Scientific−Practical Conference on Fundamental and Applied Studies, Development and Applicaton of Higher Technologies in Industry. St. Petersburg, 2011, vol. 2, pp. 157—158. (In Russ.)Старков В. В., Гусев В. А., Кулаковская Н. О., Гостева Е. А., Пархоменко Ю. Н. Формирование зарядовых насосов в структуре фотопреобразователей // Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2015. Т. 18, № 4. С. 279—284. DOI: 10.17073/1609-3577-2015-4-279-284Starkov V. V., Gusev V. A., Kulakovskaya N. O., Gosteva E. A., Parkhomenko Yu. N. Formation a charge pump in the structure of phototransformators. Izvestiya vuzov. Materialy elektronnoi tekhniki = Materials of Electronics Engineering, 2015, vol. 18, no. 4, pp. 279—284. (In Russ.). DOI: 10.17073/1609-3577-2015- 4-279-284Гусев В. А., Старков В. В., Шоферистов С. Е. Дефектно− примесная инженерия в технологии кремниевых солнечных элементов с зарядовыми насосами // Вісник СевНТУ: Серія: Інформатика, електроніка, зв'язок. 2014. Вып. 149. С. 16—23.URL: http://wel.net.ua/Russian/PDF/vsntui.pdfGusev V. A., Starkov V. V., Shopheristov S. E. Defects− impurities engineering for manufacture silicon solar cells with charge pumps. Vestn. SevNTU, Ser. Inform., Elektron., Svyaz’, 2014. no. 149, pp. 16—23. (In Russ.). URL: http://wel.net.ua/Russian/PDF/ vsntui.pdfГостева Е. А., Гусев В. А., Старков В. В., Герасименко Н. Н. Дефектно−примесная инженерия при формировании структуры солнечных элементов с зарядовыми насосами // Материалы I Всеросс. науч. конф. «Наноструктурированные материалы и преобразовательные устройства для солнечных элементов 3−го поколения». Чебоксары, 2013. С. 63—65. URL: http://nanosolar−conf. ru/filestore/сборник конференции Chuv−Nano−Solar_2013.pdfGosteva E. A., Gusev V. A., Starkov V. V., Gerasimenko N. N. Defect−impurity engineering in the formation of the structure of solar cells with charge pumps. Materiali I Vserossiiskoi nauchnoi konferencii «Nanostrukturirovannie materiali i preobrazovatelnie ustroistva dlya solnechnih elementov 3−go pokoleniya». Cheboksary, 2013, pp. 63—65. (In Russ.). URL: http://nanosolar−conf. ru/filestore/сборник конференции Chuv−Nano−Solar_2013.pdfГостева Е. А. Исследование приборных структур фотопреобразователей на основе зарядовых насосов сформированных методами дефектно−примесной инженерии // III ежегодный российско−японский научно−технический семинар «Современные методы исследования структуры материалов и их применение в материаловедении». Сб. научн. трудов. М., 2013. № 1. С. 44—47.Gosteva E. A. Investigation of the instrument structures of photoconverters based on charge pumps formed by the methods of defect−impurity engineering. III ezhegodnyi rossiisko−yaponskii nauchno−tekhnicheskii seminar «Sovremennye metody issledovaniya struktury materialov i ikh primenenie v materialovedenii» = III Annual Russian−Japanese Scientific−Technical Seminar «Modern Methods for Researching the Structure of Materials and Their Application in Materials Science». Moscow, 2013, no. 1, pp. 44—47.Гостева Е. А. Оптимизированная приборная структура фотопреобразователя на основе зарядовых насосов, сформированных методами дефектно−примесной инженерии // 69 Дни науки студентов НИТУ «МИСиС». М., 2014. С. 601—602. URL: http://sciencedays.misis.ru/69_DNI_all.pdfGosteva E. A. Optimized instrument structure of a photoconverter based on charge pumps, formed by methods of defect− impurity engineering. Sbornik tezisov 69 Dni nauki studentov NITU «MISiS». Moscow, 2014, pp. 601—602. (In Russ.). URL: http:// sciencedays.misis. ru/69_DNI_all.pdfEmtsev V. V., Andreev B. A., Davydov V. Yu., Poloskin D. S., Oganesyan G. A., Kryzhkov D. I., Shmagin V. B., Emtsev V. V., Misiuk A., Londos C. A. Stress−induced changes of thermal donor formation in heat−treated Czochralski−grown silicon // Physica B: Condensed Matter. 2003. V. 340–342. P. 769—772. DOI: 10.1016/j.physb.2003.09.118Emtsev V. V., Andreev B. A., Davydov V. Yu., Poloskin D. S., Oganesyan G. A., Kryzhkov D. I., Shmagin V. B., Emtsev V. V., Misiuk A., Londos C. A. Stress−induced changes of thermal donor formation in heat−treated Czochralski−grown silicon. Physica B: Condensed Matter., 2003, vol. 340–342, pp. 769—772. DOI: 10.1016/j. physb.2003.09.118Bowen D. K., Tanner B. K. High resolution X−ray diffractometry and topography. CRC Press, 2005. 252 p.Bowen D. K., Tanner B. K. High resolution X−ray diffractometry and topography. CRC Press, 2005, 252 p.Щербачев К. Д., Воронова М. И., Бублик В. Т., Дерябин А. Н., Хохлов А. И., Выговская Е. А., Торопова О. В. Контроль качества обработки поверхности подложек из лейкосапфира с использованием рентгеновской дифракции // Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2009. № 2. C. 44—49.Scherbachev K. D., Voronova M. I., Bublik V. T., Deryabin A. N., Khokhlov A. I., Vygovskays E. A., Toropova O. V. X−ray diffraction quality control of leucosapphire wafer surface. Izvestiya vuzov. Materialy elektronnoi tekhniki = Materials of Electronics Engineering, 2009, no. 2, pp. 44—49.Seebauer E. G., Kratzer M. C. Charged Semiconductor Defects. Structure. Termodynamics and Diffusion. London: Springer− Verlag, 2009. 294 p. DOI: 10.1007/978-1-84882-059-3Seebauer E. G., Kratzer M. C. Charged Semiconductor Defects. Structure. Termodynamics and Diffusion. London: Springer− Verlag, 2009, 294 p. DOI: 10.1007/978-1-84882-059-3Voronkov V. V., Faster R. Nucleation of oxide precipitates in vacancy−containing silicon // J. Appl. Phys. 2002. V. 91, Iss. 9. P. 5802—5810. DOI: 10.1063/1.1467607Voronkov V. V., Faster R. Nucleation of oxide precipitates in vacancy−containing silicon. J. Appl. Phys., 2002, vol. 91, no. 9, pp. 5802—5810. DOI: 10.1063/1.1467607Herguth A., Scubert G., Kaes M., Hahn G. Avoiding boron−oxygen related degradation in highly boron doped Cz silicon // Proc. 21st European Photovoltaic Solar Energy Conference. Munich: WIP−Renewable Energies, 2006. P. 530—537. URL: http://kops. uni−konstanz.de/bitstream/handle/123456789/42206/Herguth_2− 6ddiwpp4szjy1.pdf?sequence=3&isAllowed=yHerguth A., Scubert G., Kaes M., Hahn G. Avoiding boron−oxygen related degradation in highly boron doped Cz silicon. Proc. 21st European Photovoltaic Solar Energy Conference. Munich: WIP−Renewable Energies, 2006, pp. 530—537. URL: http://kops. uni−konstanz.de/bitstream/handle/123456789/42206/Herguth_2− 6ddiwpp4szjy1.pdf?sequence=3&isAllowed=y

The authors declare that there are no conflicts of interest present.