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Untersuchungen zum Dotieren von Silicium aus einer Oberflächenbelegung mit Phosphor in einem Kurzzeitprozess

Autor :Bodo Kalkofen
Herkunft :OvGU Magdeburg, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik
Datum :16.04.2007
 
Dokumente :
Dataobject from HALCoRe_document_00006464
 
Typ :Dissertation
Format :Text
Kurzfassung :Die Erzeugung flach dotierter Bereiche in Silicium stellt eine wesentliche Grundlage für die Fertigung höchstintegrierter Halbleiterbauelemente dar. Dafür wurde ein Dotierverfahren entwickelt und untersucht, bei dem eine Anlagerung von Dotierstoff auf der Siliciumoberfläche aus einer Gasphase heraus erfolgte und die Eindiffusion in oberflächennahe Bereiche in einem Kurzzeitprozess durchgeführt wurde, so dass auf eine Ionenimplantation verzichtet werden konnte. Als Dotierstoff wurde dabei Phosphor gewählt, der über die gasförmige Verbindung Phosphin bereitgestellt wurde. Die Dotierexperimente wurden unter Vakuumbedingungen in einer Kurzzeitprozessanlage mit konventioneller Lampenheizung durchgeführt. Zunächst wurde ein einstufiger Gasphasenprozess untersucht und bewertet. Dabei erfolgte ein Aufheizen des Prozesswafers auf eine Temperatur, bei der eine Eindiffusion von Phosphor in das Silicium stattfand, während Phosphin in der Prozessatmosphäre vorhanden war. Es zeigte sich, dass eine Phosphordotierung auf diese Weise ungünstig ist und zu einer sehr schnellen Kontamination der Kammer führt. Daher wurde ein alternativer Ansatz einer Dotierung in zwei Stufen verfolgt. Zunächst erfolgte eine Belegung der Siliciumoberfläche mit Phosphor durch dissoziative Adsorption von Phosphin bei einer Temperatur unterhalb der Diffusionstemperatur. Dieser Prozessschritt kann für eine effektive Oberflächenbelegung optimiert werden, wofür nur sehr geringe Dosen von Phosphin erforderlich sind. Die Belegung ist selbstbeschränkt und damit gut kontrollierbar. In einer zweiten Stufe erfolgte das Eintreiben des Phosphors von der Oberfläche in das Silicium in sauerstoffhaltiger Prozessatmosphäre. Mit dem Zweistufen-Prozess konnte eine flache n-Dotierung von Silicium mit Phosphor bei geringem Einsatz von Phosphin erzielt werden, wobei keine sichtbaren Kontaminationen der Kammer gefunden wurden. Für das Eintreiben des Phosphors von der Oberfläche war ein geringer Sauerstoffdruck unverzichtbar. Die nasschemisch gereinigte Siliciumoberfläche erwies sich als ausreichend für die dissoziative Adsorption von Phosphin. Typische Dotierprozesse mit Maximaltemperaturen von 1090 bis 1200 °C bei Eintreibezeiten von 10 s ergaben pn-Übergangstiefen von 55 bis 125 nm und Flächenwiderstände von 1150 bis 620 Ω/sq. Die eindiffundierte Dosis des Phosphors lag dabei bei ca. 1*1014 cm-2. Die Analyse der aus SIMS-Messungen gewonnenen Dotierprofile ergab einen gaußförmigen Konzentrationsverlauf des eindiffundierten Phosphors, wobei auch nach dem Eintreibeschritt noch ein Depot von Phosphor an der Oberfläche nachgewiesen werden konnte. Dieser Phosphor konnte durch eine Behandlung in verdünnter Flusssäure entfernt werden. Ein Vergleich von gemessenen Flächenwiderständen mit aus den Profilverläufen errechneten ergab, dass der eindiffundierte Phosphor elektrisch aktiv war, der Oberflächenphosphor hingegen nicht. Darüber hinaus wurde an den dotierten Wafern ein interessanter Effekt beobachtet. Während des ersten Kontakts mit der Reinraumluft zeigte sich ein deutlicher Anstieg des Flächenwiderstands. Daraufhin wurden mit einer neuen Messprozedur zeitabhängige Messungen während des Waferkontakts mit der Luft durchgeführt. Ein charakteristischer Widerstandsanstieg wurde auch an dotierten Wafern nachgewiesen, nachdem eine Entfernung des natürlichen Oxids mit einer Flusssäurebehandlung erfolgt war, und konnte mit dem Wachstum einer Schicht in Zusammenhang gebracht werden. Die Methode der zeitabhängigen Flächenwiderstandsmessungen gestattet somit eine einfache Beobachtung von oberflächenbeeinflussten Prozessen auf flach dotierten Proben.
Schlagwörter :Silicium, flacher pn-Übergang, Kurzzeitprozess, Gasphasendotierung, Dotierung aus Atomlagen, Phosphordiffusion
Phosphinadsorption, Schichtwiderstand, Vierspitzenmessung, natürliche Oxidation
Rechte :Dieses Dokument ist urheberrechtlich geschützt.
Größe :176 S.
 
Erstellt am :31.03.2009 - 05:43:55
Letzte Änderung :22.04.2010 - 08:31:11
MyCoRe ID :HALCoRe_document_00006464
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