Autodoping of epitaxial silicon layers (II) diffusion‐induced autodoping

Solving dopants from the silicon surface into the volume during epitaxial layer growth is commonly described as a solution equilibrium, which forms an essential part of modelling intentional silicon doping. Above buyied layers a so-called redistribution autodoping causes the inversely directed process within an initial layer growth period. When the layer begins to grow, the dopants are not totally buried by the silicon deposited, but are partially swept towards the surface t o develop the redistribution equilibrium. Above that part of the layer surface located above buried layers, simultaneously a certain dopant partial pressure is established. It gives rise to a vertical and lateral dopant transport by means of gas diffusion. The flow in lateral direction is considered the source of lateral autodoping. In the present paper a thcoretical model of autodoping is developed and the layer deposition parameters are discussed with regard to minimizing autodoping effects.Der Einbau von Dotanden von der Oberflache in das Volumen von epitaktisch wachaenden Schichten, dessen Losungsgleichgewicht grundlegender Bestandteil von Dotierungsmodellen ist, wird im vorliegenden Zusammenhang als reversibler ProzeQ betrachtet, von dem wiihrend einer Anfangsperiode des Schichtwachstums oberhalb von begrabenen Gebieten ein sogenanntes Verteilungsautodoping hervorgerufen wird. Mit Beginn des Schichtwachstums werden die Dotanden nicht vollstandig unter dem abgewhiedenen Silizium begraben, sondern im Sinne eines Verteilungsgleichgewichtes zur Oberflache hingeschwemmt. Oberhalb jener Oberfliichengebiete, die iiber begrabenen Gebieten liegen, stellt sich ein entsprechender Dotandenpartialdruck ein, durch den ein vertikal und lateral gerichteter Dotandentransport mittels Diffusion im Gas aufrechtcrhalten wird. Der Dotandenstrom in lateraler Richtung wird als die Quelle des lateralen Autodoping betrachtet. Der Gesamtvorgang wird theoretisch entwickelt und die EinfluDnahme der Schichtabscheidungsparameter wird in der Absicht zur weitgehenden Unterdriickung des lateralen Autodoping diskutiert.

Autodoping of Epitaxial Silicon Layers (III). Theoretical Treatment of Lateral Autodoping

Kühne¹

1986

Suppression of epitaxial silicon layer doping with boron in the presence of hydrogen chloride

Morgenstern¹,

Kühne²,

Kokovin³

et al. 1987

The present paper informs about tliermotlynainic calculations of the B-Cl-H system, carried out irrespective of data, already published by other authors. It further deals with recent experimental results on silicon doping with boron in the presence of liydrogen chloride, the layer growth rate being varied. Finally the possibility of quantitatively interpreting the suppressing influence of hydrogen chloride on the doping of silicon with boron is discussed.Die vorliegendc Arbeit inforiniert uber thermodynamische Rerechnungen Zuni 13-C1-H System, die unabhiingig von bereits veroffentlichten Ergebnissen andcrer durchgefuhrt wurden, iiber neuere experimentelle Ergebnisse zum Boreinbau wiihrend der epitaktischen Siliziumabscheidung in Gegenwart von Chlorwasserstoff unrl bei unterschiedlicheri Werten der Scliichtwachstumsrate, sowie uber die Moglichkeit zur quantitativen 13eschreibung der Herabsetzung des Boreinbaus in Gegenwart von Chlorwasserstoff.

The current understanding of epitaxial silicon doping in the light of modelling and theory development (VI) autodoping as a special mode of dopant incorporation

Kühne¹

1988

A consequent application of dopant incorporation theory to epitaxial silicon layer growth above buried layer regions explains the formation of an exponentially decaying dopant profile not only above that buried layer but also beyond of it. Taking into account desorption of dopants only and and neglecting readsorption of dopants on buried layer regions allows one to describe both vertical redistribution autodoping and lateral autodoping by the well known exponential expression that originally has been derived by REIF e t al. in order to describe intended non-steady state doping behaviour and later applied to lateral autodoping by WONG and REIF. Doping incorporation theory also explains the formation of a near-equilibrium surface coverage with adsorbed dopants outside of buried layer during a preepitaxial baking process.Different dopant sources contributing to autodoping are characterized by different time constants. I n this connection the adsorbed layer model derived by TABE and NAKAMURA could be related to the action of two different dopant sources of autodoping where one of the two is characterized by a time constant being nearly infinite in number.Die konsequente Anwendung der Dotandeneinbautheorie auf das Wechstum epitaktischer Siliciumschichten oberhalb von begrabenen Gebieten erkliirt nicht nur die Ausbilclung eines exponentiell abklingenden Dotandenprofils oberhalb sondern auch aul3erhalb dieser Gebiete. Berucksichtigt man nur die Dotandendesorption und vernachliissigt eine mogliche Readsorption fur den Bereich der vergrabenen Gebiete, so kann man sowohl vertikales als auch laterales Autodoping init ein und derselben Exponentitllgleichung beschreiben. Es handelt sich dabei urn den von REIF und Mitarbeitern urspriinglich zur Charakterisierung des nichtstationiiren Dotandeneinbaus benutzten Ausdruck, der spiiter von WONG und REIF auch auf das laterale Autodoping angewendet wurde. Die Uotandeneinbautheorie erkliirt auch das Zustandekornmen einer gleichgewichtsnahen Bedeckung der Oberfliiche aul3erhalb von begrabenen Gebieten wiihrend einer priiepitaktischen Temperbehandlung der Substrate.Sind unterschiedliche Dotandenquellen am Autodoping beteiligt, so unterscheiden sich diese clurch unterschiedlich grol3e Zeitkonstanten voneinander. I n diesem Zusammenhang liil3t sich das Asdorptionsmodell von TABE und NAKAMURA als ein Zwei-Quellen-Model1 interpretieren, wobei eine der beiden Quellen eine nahezu unendlich grol3e Zeitkonstante besitzt.