Bachelor's Thesis

Characterization of preferential etching of microdefects in Czochralski single-crystal silicon

Final Thesis 2.12 MB

Author of thesis: Bc. Bára Kajzarová

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Martin Buchtík, Ph.D.

Reviewer: Ing. Matěj Březina, Ph.D.

Abstract:

This bachelor’s thesis deals with the visualization of microdefects in a Czochralski silicon single crystal in collaboration with ON Semiconductor Czech Republic, s. r. o., in Rožnov pod Radhoštěm. The theoretical section addresses the growth of silicon single crystals, the formation of microdefects, and their detailed characterization, with a focus on the visualization of OISF defects through etching. In the experimental section, the concentrations of individual substances in the etching mixture were measured using an ion-selective electrode and iodometric titration. An etching solution based on H₂CrO₄, HF, and H₂O was used to visualize OISF defects. The detection and dimensional analysis of the revealed microdefects were performed using optical and scanning electron microscopy. Based on the results, the optimal range of standardized material removal for making defects visible was determined to be 0.21–0.38 g/plate. Furthermore, based on the measurements, a hypothesis was proposed that the etching rate is more strongly dependent on the chromate concentration; confirmation of this hypothesis would lead to an adjustment of the etching solution’s composition and an extension of its service life.

Keywords:

silicon, single-crystal, microdefects, OISF test, etching

Date of defence

15.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Studentka při obhajobě práce na téma Charakterizace preferenčního leptání mikrodefektů v monokrystalickém Czochralskiho křemíku seznámila komisi s problémy vzniku mikrodefektů při tažení Czochralskiho křemíku, cíli své práce a přípravou vzorků. Následně ukázala výsledky měření leptacích směsí, strukturu křemíkových desek měřených optickým mikroskopem i SEM. Po shrnutí výsledků studentka pokračovala s otázkami oponenta: 1) Čím si vysvětlujete neprůkazné výsledky měření defektů pomocí AFM? 2) Jaká byla doba leptání pomocí připravené směsi? Jaký vliv má doba leptání na zvýraznění defektů/hmotnostní úbytek? 3) Čím si vysvětlujete rychlejší úbytek chromanových iontů oproti fluoridovým a jak byste tento jev kompenzovala? Komise následně položila tyto otázky: 1) Leptají se kyselinou chromovou i jiné defekty? 2) Používala jste standardní substrát? 3) Jak se promítají defekty ve funkci polovodičových prvků? Na veškeré otázky studentka výborně odpověděla.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta chemická

Department

Institute of Materials Science

Study programme

Chemistry and Technology of Materials (BPCP_CHTM)

Composition of Committee

doc. Ing. František Šoukal, Ph.D. (předseda)
prof. RNDr. Josef Jančář, CSc. (člen)
Ing. Lucie Keršnerová, Ph.D. (člen)
Ing. Jiří Másilko, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Ladislav Omelka, DrSc. (člen)
prof. Ing. Petr Ptáček, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Lucy Vojtová, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Martin Buchtík, Ph.D.

Studentka Bára Kajzarová se ve své bakalářské práci věnuje problematice charakterizace preferenčního leptání mikrodefektů v monokrystalickém Czochralskiho křemíku. V teoretické části se zabývá růstem monokrystalického křemíku, vznikem a klasifikací mikrodefektů a problematikou jejich zviditelňování pomocí preferenčního leptání. Experimentální část je zaměřena na analýzu leptacích směsí a mikroskopickou analýzu defektů. Oceňuji zejména samostatnost při práci v laboratořích, aktivní přístup k experimentální části a schopnost komunikace mezi jednotlivými laboratořemi. Pozitivně hodnotím také systematické vyhodnocování získaných výsledků a jejich interpretaci v návaznosti na stanovené cíle práce. Práce působí odborně a experimentální část je zpracována na velmi dobré úrovni. Menší výtku lze směřovat ke stylistické stránce textu, kde se místy objevují delší a složitější souvětí, což může snižovat přehlednost pro čtenáře. Celkově však práci hodnotím pozitivně známkou A a doporučuji ji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Quality of the Results A
Interpretation and Discussion of the Results B
Conclusions and Their Formulation B
Use of Consultations during the Preparation of the Thesis A
Overall Approach to the Assigned Tasks A
Fulfilment of the Assignment Requirements A
Study and Processing of the Literature A
Use of Knowledge Gained from the Literature A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Matěj Březina, Ph.D.

Studentka Kajzarová se ve své práci věnuje zvýrazňování strukturních defektů monokrystalického křemíku pomocí směsí leptadel. V teoretické části se věnuje popisu výroby křemíkového monokrystalu a možným defektům, které během jeho výroby a následných operací mohou vzniknout. Důraz je kladen na vznik a charakter oxidicky indukovaných vrstvených chyb OISF. Teoretická část je obsáhlá, dobře zpracovaná a vychází z 50 literárních zdrojů. Experimentální část je zaměřena na stanovení vlivu koncentrace (stárnutí) na zvýrazňování OISF. Sledování vlivu stárnutí je prováděno pomocí světelné a elektronové mikroskopie, AFM a měření drsnosti. Studentka se věnovala velkému množství experimentů, které jsou v práci dobře popsány, místy ovšem lehce pokulhává diskuse získaných výsledků s literaturou. Celkově působí práce velmi dobře a doporučuji k obhajobě, drobné nedostatky v typografii a organizační struktuře experimentální části se dají přehlédnout.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of the Assignment Requirements A
Logical Structure of the Thesis B
Quality of the Results A
Interpretation and Discussion of the Results B
Use of Literature and Citations B
Language Quality A
Overall Formal Quality of the Thesis A
Conclusions and Their Formulation B
Topics for thesis defence:
  1. Čím si vysvětlujete neprůkazné výsledky měření defektů pomocí AFM?
  2. Jaká byla doba leptání pomocí připravené směsi? Jaký vliv má doba leptání na zvýraznění defektů/hmotnostní úbytek?
  3. Čím si vysvětlujete rychlejší úbytek chromanových iontů oproti fluoridovým a jak byste tento jev kompenzovala?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová