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Dopant activation by solid phase epitaxy in silicon and germanium

シリコン及びゲルマニウム中の固相エピタキシャル成長によるドーパント活性化

Johnson, B. C.; 大島 武; McCallum, J. C.*

Johnson, B. C.; Oshima, Takeshi; McCallum, J. C.*

イオン注入により表面にpn接合を形成する場合、イオン注入層の固相エピタキシャル成長(SPE)が重要となる。熱処理中、結晶構成原子は、注入によりアモルファス化した領域と結晶化領域の界面(c-a界面)で再配列し、格子が形成される。c-a界面にドーパントを含む場合、ドーパントも格子置換位置に配列し電気的に活性となるが、この際、フェルミレベルの位置により固相エピタキシャル成長速度が増加することが知られている。本研究では、ドーパントのエネルギーレベルと縮退度をパラメータとしてフェルミレベルシフト(GFLS)モデルを用いて、シリコン及びゲルマニウム中のSPE速度を計算した。その結果、これまで実験で得られたシリコン及びゲルマニウムの熱処理によるSPEの実験結果を再現することに成功した。特に、ゲルマニウム中のアンチモンとヒ素では同じドーパント濃度であっても格子歪の効果によりSPE速度が異なることもよく再現する結果を得た。

Solid phase epitaxy (SPE) is an important process used for the formation of shallow junctions on a low thermal budget. On annealing, atoms reorder at the crystal-amorphous (c-a) interface via a bond breaking mechanism, possibly mediated by dangling bonds. When the c-a interface passes a dopant, it is incorporated onto an electrically active lattice site, shifts the Fermi level and enhances the SPE velocity. The generalized Fermi level shifting (GFLS) model describes this process with two fitting parameters: the energy level, E, and degeneracy, g, of the SPE defect. High dopant concentrations induce a uniaxial strain in the plane of the c-a interface and is also expected to effect the SPE rate. In this study, we successfully incorporate this into the GFLS model. SPE data for a broad range of dopant concentrations and species in both silicon and germanium are investigated. Although the dopant concentrations are similar, the SPE of Ge in Sb rates are noticeably lower. Uniaxial compressive stress arising from the large Sb atoms causes this discrepancy.

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