Atomic layer deposition of dopant source layers for semiconductor doping - Characterization and modelling of drive-in processes
Final Report Abstract
Die wichtigsten Zielstellungen des Projektes konnten erreicht werden. Aus wissenschaftlicher und technologischer Sicht sind dabei besonders die folgenden Ergebnisse zu erwähnen: Die Abscheidung von Phosphoroxidschichten mittels PLAD konnte erstmals demonstriert werden. Diese phosphorhaltigen Schichten sind instabil an Luft und können mit Deckschichten geschützt werden. - Die konforme Abscheidung von ALD-Oxiden auf sehr eng stehenden Strukturen mit großem Aspektverhältnis konnte demonstriert werden. - Die Umwandlung von ALD-Oxiden in Silicium- bzw. Germaniumoxid während eines Hochtemperaturstrittes konnte erstmals nachgewiesen werden. Diese Erkenntnis ist technologisch relevant für eine mögliche industrielle Anwendung der ALD-Oxide als Dotierstoffquelle zur Herstellung flacher p-n-Übergänge von 3d-Halbleiternanostrukturen. - Der Nachweis der Erzeugung von flachen Dotierstoffprofilen mit weit über der binären Festkörperlöslichkeit liegenden Konzentrationen konnte mit unabhängigen Analyseverfahren erbracht werden. Nur ein Teil davon ist jedoch elektrisch aktiv. Die Konzentrationen der elektrisch aktiven Dotieratome liegen bei den verwendeten konventionellen Kurzzeitprozessen nahe den Festkörperlöslichkeiten. Es ist jedoch zu erwarten, dass sie durch Milli- und Nanosekundenausheilung (z.B. Flash- oder Laserprozessierung) erheblich gesteigert werden kann. - Die Ergebnisse der Simulationen zeigen, dass die Bildung von unbeweglichen, elektrisch inaktiven Dotierstoffclustern während der Diffusionsprozesse eine verzögerte Diffusion von Phosphor bzw. Bor sowie eine verringerte Aktivierung verursacht. - Diffusion von Antimon aus ALD-Oxiden in Germanium resultiert in einer lateral und vertikal stark inhomogenen Verteilung, die auch die Diffusion von Phosphor und Bor beeinflusst. Weitere Untersuchungen sind erforderlich um dieses Phänomen zu klären. Unerwartet (beinahe kunstvoll) und vielleicht auch interessant für weitere Untersuchungen war die spontane Musterbildung bei der der Umwandlung der instabilen dotierstoffhaltigen Schichten unter den Deckschichten. Die gewonnenen Projektergebnisse zeigen, dass die dotierstoffhaltigen ALD-Oxide zur Dotierung von Siliciumbauelementen geeignet sind. Allerdings anders als erwartet lag die Hauptarbeit bei Modellierung und Simulation nicht auf der Beschreibung der Prozesse in den Oxiden, sondern auf der dynamischen Beschreibung des elektrisch nicht aktiven Anteils der Dotierung in Halbleitern. Außerdem war die inhomogene Dotierstoffverteilung nach der Diffusion in Germanium von unserer Seite unvorhergesehen und könnte ein Thema für ein separates Projekt sein.
Publications
- Atomic layer deposited solid sources for doping of high aspect ratio semiconductor structures, 18th International Workshop on Junction Technology (IWJT): Mar. 8-9, 2018, Shanghai, China, IEEE, 75-78 (2018)
B. Kalkofen, M. Silinskas, M. Lisker, Y. S. Kim, E.P. Burte
(See online at https://doi.org/10.1109/IWJT.2018.8330296) - Atomic layer deposition of phosphorus oxide films as solid sources for doping of semiconductor structures, 18th International Conference on Nanotechnology (IEEE-NANO), Cork, Ireland, IEEE, (2018)
B. Kalkofen, B. Ahmed, S. Beljakowa, M. Lisker, Y. S. Kim, E. P. Burte
(See online at https://doi.org/10.1109/NANO.2018.8626235) - Boosting n-type doping levels of Ge with codoping by integrating plasma-assisted atomic layer deposition and flash annealing process, IEEE Electron Device Letters 40(9), 1507-1510 (2019)
Seunghun Baik, Hyeokjin Kwon, Chuck Paeng, He Zhang, Bodo Kalkofen, Jae Eun Jang, Y.S. Kim, Hyuk-Jun Kwon
(See online at https://doi.org/10.1109/LED.2019.2931404) - Diffusion of phosphorus and boron from atomic layer deposited oxides into silicon, Phys. Status Solidi A 216, 1900306 (2019)
S. Beljakowa, P. Pichler, B. Kalkofen, R. Hübner
(See online at https://doi.org/10.1002/pssa.201900306)
