Diffusion of Phosphorus and Boron from Atomic Layer Deposition Oxides into Silicon
Diffusion of Phosphorus and Boron from Atomic Layer Deposition Oxides into Silicon
复制标题
磷和硼从原子层沉积氧化物扩散到硅中
DOI：
10.1002/pssa.201900306
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发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
R. Hübner
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
S. Beljakowa;P. Pichler;B. Kalkofen;R. Hübner
含III族或V族元素的氧化物（B2 O3/Sb 2 O 5和P2 O 5/Sb 2 O 5）通过等离子体辅助原子层沉积（ALD）在单晶硅上生长，并用作共形和浅掺杂的掺杂剂源。随后通过X射线光电子能谱（XPS）、透射电子显微镜（TEM）和二次离子质谱（西姆斯）研究了ALD-氧化物-Si结构在快速热退火（RTA）过程中的输运现象。退火的ALD-氧化物-Si结构的XPS和TEM分析表明，ALD氧化物转化为氧化硅并在退火期间部分蒸发。此外，在氧化物中形成含掺杂剂的球形和部分结晶颗粒，并且Si-P在氧化物-Si界面处沉淀。在1000 °C下扩散退火之后，西姆斯分析揭示硅衬底中的磷和硼浓度分布，其中最大浓度超过其固溶度极限大约一个数量级。硅中磷和硼的实验掺杂分布与模拟结果进行了比较，考虑到轻微的自激注入和动态缺陷聚集。
Oxides containing group III or group V elements (B2O3/Sb2O5and P2O5/Sb2O5) are grown by plasma‐assisted atomic layer deposition (ALD) on single‐crystalline silicon and serve as dopant sources for conformal and shallow doping. Transport phenomena in ALD‐oxide–Si structures during rapid thermal annealing (RTA) are investigated subsequently by X‐ray photoelectron spectroscopy (XPS), transmission electron microscopy (TEM), and secondary ion mass spectrometry (SIMS). The XPS and TEM analyses of the annealed ALD‐oxide–Si structures demonstrate that the ALD oxide converts to a silicon oxide and partially evaporates during annealing. In addition, dopant‐containing, spherical, and partially crystalline particles form in the oxide, and Si‐P precipitates at the oxide–Si interface. After diffusion annealing at 1000 °C, the SIMS analyses reveal phosphorus and boron concentration profiles in the silicon substrate with maximum concentrations exceeding their solid solubility limits by roughly one order of magnitude. Experimental doping profiles of phosphorus and boron in silicon are compared with simulation results, considering a slight injection of self‐interstitials and dynamical defect clustering.
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