Диффузия имплантированного фосфора в кремнии

Abstract

Исследована диффузия имплантированного фосфора в кремнии при различных концентрациях дефектов в слоях и температурах лампового отжига и термоотжига в печи, а также в слоях, дополнительно легированных Ge или С. Эффективный коэффициент диффузии имплантированного фосфора значительно превышает собственное значение (при 900 С – в 103 раз). С увеличением длительности отжига (до 20 мин) коэффициент диффузии стремится к собственному значению. Ускоренная диффузия протекает по комплексу атомов – «междоузельный атом фосфора – междоузельный атом кремния PI», – расположенных в одном междоузлии и не связанных между собой ковалентной связью. Для математического моделирования процессов диффузии имплантированного фосфора записана система уравнений, включающая: диффузию фосфора по вакансиям и междоузлиям, по парам PI; образование и развал пар; захват вакансиями атомов P и Si; диффузию вакансий и междоузельных атомов Si; вытеснение атомов Р из узлов решетки междоузельными атомами Si и тепловой выброс фосфора из узлов. Рассчитанные профили диффузии совпадают с экспериментальными. = The diffusion of P implanted into silicon has been investigated at different concentrations of radiation defects in the layers over a wide range of experimental conditions: temperature from 900 C to 1050 C and time from 8 s to 40 min using furnace and lamp annealing. Phosphorus diffusion in silicon layers doped with Ge or C has been investigated too. The diffusion coefficient of implanted P is essentially higher than the intrinsic meaning (at 900 C by a factor of 103). With the increasing duration of thermal treatment the diffusion coefficient approaches its intrinsic value. The transient enhanced phosphorus diffusion takes place via the complex interstitial phosphorus atom – interstitial silicon atom. A system of equations for mathematical modeling of implanted phosphorus in silicon has been derived including P diffusion by the vacancies, interstitials, P atom – Si atom pairs, generation and breakup of pairs, trapping of Si and P atoms on vacancies, displacement of P atoms out of the nodes by interstitial Si atoms, thermal throwing of P atoms out of the nodes, diffusion of vacancies and interstitials.