Dotierung von Ge und SiGe aus dotierstoffhaltigen mittels ALD erzeugten Schichten: Abscheidung – Flash-Lamp-Annealing – SIMS-Metrologie

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Edmund P. Burte; Professor Dr. Andreas Mai; Dr. Lars Rebohle
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 397771392

• Erstellungsjahr: 2022

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das Ziel des Projektes bestand darin, einen Dotierprozess für planare und nanostrukturierte SiGe und Ge-Oberflächen zu entwickeln, der auf der Atomlagenabscheidung (ALD) mit anschließender Blitzlampenausheilung (FLA) beruht. Dabei dienten die mittels ALD abgeschiedenen borhaltigen, phosphorhaltigen und antimonhaltigen Schichten als Dotierstoffquelle, während die Anwendung der FLA zu einem Drive-In und zur Aktivierung der genannten Dotierstoffe in oberflächennahen Bereichen der SiGe und Ge-Substrate führte. Die untersuchten ALD Schichten wiesen eine sehr unterschiedliche Eignung auf. Boroxidschichten zersetzten sich unter Luftexposition stark, und auch die Verwendung von Deckschichten konnte das Problem nicht lösen. Die Stabilität der verschiedenen phosphorhaltigen Schichten gegenüber Luftexposition war besser, erforderte aber zum Teil die Verwendung von Al2O3 als Deckschicht. Dabei erwies sich P3N5 als die stabilste phosphorhaltige Schicht. Die abgeschiedenen Schichten aus Antimon und Antimonoxid waren stabil und erforderten keine Deckschichten. FLA wurde mit Pulszeiten von 3 und 6 ms sowie im Temperaturbereich von 950 bis 1200 K durchgeführt. Dabei kam es zu einer Eindiffusion der Dotierstoffe mit Eindringtiefen zwischen 4 und 7 nm (Antimon) sowie 10 und 40 nm (Phosphor). Erwartungsgemäß führten längere Pulszeiten und höhere Temperaturen zu größeren Eindringtiefen. Im Vergleich der Messungen mittels Secondary Ion Mass Spectroscopy und Scanning Spreading Resistance Microscopy wurden bei Antimon Aktivierungen von 4 bis 7% festgestellt. Für die Dotierstoffe Antimon und Phosphor konnte ein Dotierprozess für planare und nanostrukturierte SiGe und Ge-Oberflächen entwickelt werden. Aufgrund unerwarteter präparativer Herausforderungen konnte der Dotierprozess jedoch nicht an aktiven Bauelementen getestet werden. Mit den gewonnenen Erkenntnissen können adaptierte MOS-Teststrukturen mit größeren Gatelängen und reduzierten Lithographie-Hilfsstrukturen (Dummy-Gates) entwickelt werden, um die Herstellung eines aktiven SiGe-Substrat-basierten MOS-Transistors zu ermöglichen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Formation of Thin NiGe Films by Magnetron Sputtering and Flash Lamp Annealing, Nanomaterials 2020, 10, 648
  V. Begeza, E. Mehner, H. Stöcker, Y. Xie, A. García, R. Hübner, D. Erb, S. Zhou, L. Rebohle