Physical mechanisms of transient enhanced dopant diffusion in ion-implanted silicon

Journal of Applied Physics

Volumn 81, Issue 9, 1997, Pages 6031-6050

  Stolk, P A ^a,c   Gossmann, H J ^a   Eaglesham, D J ^a   Jacobson, D C ^a   Rafferty, C S ^a   Gilmer, G H ^a   Jaraiz M ^a,d   Poate, J M ^a   Luftman, H S ^a   Haynes, T E ^b  

^a LUCENT TECHNOLOGIES   (United States)

^b OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY   (United States)

^c PHILIPS RESEARCH LABORATORIES   (Netherlands)

^d UNIVERSITY OF VALLADOLID   (Spain)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EID: 0005346036     PISSN: 00218979     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1063/1.364452     Document Type: Article

References (105)

1. W. K. Hofker, H. W. Werner, D. P. Oosthoek, and N. J. Koeman, Appl. Phys. 4, 125 (1974).
2. R. T. Hodgson, V. R. Deline, S. Mader, and J. C. Gelpey, Appl. Phys. Lett. 44, 589 (1984).
3. R. B. Fair, J. J. Wortman, and J. Liu, J. Electrochem. Soc. 131, 2387 (1984).
4. K. Cho, M. Numan, T. G. Finstad, W. K. Chu, J. Liu, and J. J. Wortman, Appl. Phys. Lett. 47, 1321 (1985).
5. N. E. B. Cowern, D. J. Godfrey, and D. E. Sykes, Appl. Phys. Lett. 49, 1711 (1986).
6. A. E. Michel, W. Rausch, P. A. Ronsheim, and R. H. Kastl, Appl. Phys. Lett. 50, 416 (1987); 51, 487 (1987).
7. A. E. Michel, W. Rausch, P. A. Ronsheim, and R. H. Kastl, Appl. Phys. Lett. 50, 416 (1987); 51, 487 (1987).
8. M. D. Giles, J. Electrochem. Soc. 138, 1160 (1991).
9. Y. M. Kim, G. Q. Lo, D. L. Wong, A. F. Tasch, and S. Novak, Appl. Phys. Lett. 56, 1254 (1990).
10. A. E. Michel, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B 37/38, 379 (1989).
11. N. E. B. Cowern, K. T. F. Janssen, and H. F. F. Jos, J. Appl. Phys. 68, 6191 (1990).
12. S. Solmi, F. Baruffaldi, and R. Canteri, J. Appl. Phys. 69, 2135 (1991).
13. P. M. Fahey, P. B. Griffin, and J. D. Plummer, Rev. Mod. Phys. 61, 289 (1989).
14. M. Orlowski, C. Mazuré, and F. Lau, in Tech. Digest IEDM, 1987, p. 632.
15. C. S. Rafferty, H.-H. Vuong, S. A. Eshraghi, M. D. Giles, M. R. Pinto, and S. J. Hillenius, in Tech. Digest IEDM, 1993, p. 311.
16. H. Bracht, N. A. Stolwijk, and H. Mehrer, Phys. Rev. B 52, 16 542 (1995).
17. R. F. Peart, Phys. Status Solidi 15, K119 (1966); J. M. Fairfield and B. J. Masters, J. Appl. Phys. 38, 3148 (1967); L. Kalinowski and R. Seguin, Appl. Phys. Lett. 35, 211 (1979); 36, 171 (1980); J. Hirvonen and A. Anttila, ibid. 35, 703 (1979); F. J. Demond, S. Kalbitzer, H. Mannsperger, and H. Damjantschitsch, Phys. Lett. A 93, 503 (1983).
18. R. F. Peart, Phys. Status Solidi 15, K119 (1966); J. M. Fairfield and B. J. Masters, J. Appl. Phys. 38, 3148 (1967); L. Kalinowski and R. Seguin, Appl. Phys. Lett. 35, 211 (1979); 36, 171 (1980); J. Hirvonen and A. Anttila, ibid. 35, 703 (1979); F. J. Demond, S. Kalbitzer, H. Mannsperger, and H. Damjantschitsch, Phys. Lett. A 93, 503 (1983).
19. R. F. Peart, Phys. Status Solidi 15, K119 (1966); J. M. Fairfield and B. J. Masters, J. Appl. Phys. 38, 3148 (1967); L. Kalinowski and R. Seguin, Appl. Phys. Lett. 35, 211 (1979); 36, 171 (1980); J. Hirvonen and A. Anttila, ibid. 35, 703 (1979); F. J. Demond, S. Kalbitzer, H. Mannsperger, and H. Damjantschitsch, Phys. Lett. A 93, 503 (1983).
20. R. F. Peart, Phys. Status Solidi 15, K119 (1966); J. M. Fairfield and B. J. Masters, J. Appl. Phys. 38, 3148 (1967); L. Kalinowski and R. Seguin, Appl. Phys. Lett. 35, 211 (1979); 36, 171 (1980); J. Hirvonen and A. Anttila, ibid. 35, 703 (1979); F. J. Demond, S. Kalbitzer, H. Mannsperger, and H. Damjantschitsch, Phys. Lett. A 93, 503 (1983).
21. R. F. Peart, Phys. Status Solidi 15, K119 (1966); J. M. Fairfield and B. J. Masters, J. Appl. Phys. 38, 3148 (1967); L. Kalinowski and R. Seguin, Appl. Phys. Lett. 35, 211 (1979); 36, 171 (1980); J. Hirvonen and A. Anttila, ibid. 35, 703 (1979); F. J. Demond, S. Kalbitzer, H. Mannsperger, and H. Damjantschitsch, Phys. Lett. A 93, 503 (1983).
22. R. F. Peart, Phys. Status Solidi 15, K119 (1966); J. M. Fairfield and B. J. Masters, J. Appl. Phys. 38, 3148 (1967); L. Kalinowski and R. Seguin, Appl. Phys. Lett. 35, 211 (1979); 36, 171 (1980); J. Hirvonen and A. Anttila, ibid. 35, 703 (1979); F. J. Demond, S. Kalbitzer, H. Mannsperger, and H. Damjantschitsch, Phys. Lett. A 93, 503 (1983).
23. N. A. Stolwijk, J. Hölzl, W. Frank, E. R. Weber, and H. Mehrer, Appl. Phys. A 39, 37 (1986).
24. P. B. Griffin, S. T. Ahn, W. A. Tiller, and J. D. Plummer, Appl. Phys. Lett. 51, 115 (1987).
25. N. E. B. Cowern, Appl. Phys. Lett. 64, 2646 (1994).
26. R. B. Fair, J. Electrochem. Soc. 137, 667 (1990).
27. H. U. Jäger, J. Appl. Phys. 78, 176 (1995).
28. P. B. Griffin, P. M. Fahey, J. D. Plummer, and R. W. Dutton, Appl. Phys. Lett. 47, 319 (1985).
29. P. A. Packan and J. D. Plummer, Appl. Phys. Lett. 56, 1787 (1990).
30. N. E. B. Cowern, K. T. F. Janssen, G. F. A. van de Walle, and D. J. Gravesteijn, Phys. Rev. Lett. 65, 2434 (1990).
31. N. E. B. Cowern, G. F. A. van de Walle, D. J. Gravesteijn, and C. J. Vriezema, Phys. Rev. Lett. 67, 212 (1991).
32. N. E. B. Cowern, G. F. A. van de Walle, P. C. Zalm, and D. J. Oostra, Phys. Rev. Lett. 69, 116 (1992).
33. K. J. van Oostrum, P. C. Zalm, W. B. de Boer, D. J. Gravesteijn, and J. W. F. Maes, Appl. Phys. Lett. 61, 1513 (1992).
34. H.-J. Gossmann, C. S. Rafferty, H. S. Luftman, F. C. Unterwald, T. Boone, and J. M. Poate, Appl. Phys. Lett. 63, 639 (1993).
35. P. B. Griffin, R. F. Lever, P. A. Packan, and J. D. Plummer, Appl. Phys. Lett. 64, 1242 (1994).
36. M. J. van Dort, H. Lifka, P. C. Zalm, W. B. de Boer, P. H. Woerlee, J. W. Slotboom, and N. E. B. Cowern, Appl. Phys. Lett. 64, 2130 (1994).
37. P. A. Stolk, H.-J. Gossmann, D. J. Eaglesham, D. C. Jacobson, J. M. Poate, and H. S. Luftman, Appl. Phys. Lett. 66, 568 (1995).
38. P. A. Stolk, D. J. Eaglesham, H.-J. Gossmann, and J. M. Poate, Appl. Phys. Lett. 66, 1370 (1995).
39. D. R. Lim, C. S. Rafferty, and F. P. Klemens, Appl. Phys. Lett. 67, 2303 (1995).
40. H.-J. Gossmann, C. S. Rafferty, P. A. Stolk, D. J. Eaglesham, G. H. Gilmer, J. M. Poate, H.-H. Vuong, T. K. Mogi, and M. O. Thompson, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 389, 3 (1995).
41. H.-J. Gossmann, T. K. Mogi, C. S. Rafferty, P. A. Stolk, D. J. Eaglesham, H. S. Luftman, F. C. Unterwald, T. Boone, M. O. Thompson, and J. M. Poate, Semiconductor Silicon - 1995, Proceedings of the Electrochemical Society.
42. D. J. Eaglesham, P. A. Stolk, H.-J. Gossmann, and J. M. Poate, Appl. Phys. Lett. 65, 2305 (1994).
43. M. C. Ozturk, J. J. Wortman, C. M. Osburn, A. Ajmera, G. A. Rozgonyi, E. Frey, W.-K. Chu, and C. Lee, IEEE Trans. Electron Devices ED-35, 659 (1988).
44. A. J. Walker, P. H. Woerlee, H. G. Pomp, and N. E. B. Cowern, J. Appl. Phys. 73, 4048 (1993).
45. V. Raineri, R. J. Schreutelkamp, F. W. Saris, K. T. F. Janssen, and R. E. Kaim, Appl. Phys. Lett. 58, 922 (1991).
46. K. Kyllesbech Larsen, V. Privitera, S. Coffa, F. Priolo, C. Spinella, M. Saggio, and S. U. Campisano, Nucl. Instrum. Methods B 112, 139 (1996).
47. S. Nishikawa, A. Tanaka, and T. Yamaji, Appl. Phys. Lett. 60, 2270 (1992).
48. N. E. B. Cowern, A. Cacciato, J. S. Custer, F. W. Saris, and W. Vandervorst, Appl. Phys. Lett. 68, 1150 (1996).
49. H. Wong, N. W. Cheung, P. K. Chu, J. Liu, and J. W. Mayer, Appl. Phys. Lett. 52, 1023 (1988).
50. J. R. Liefting, J. S. Custer, and F. W. Saris, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 235, 179 (1992); Mater. Sci. Eng. B 25, 60 (1994).
51. J. R. Liefting, J. S. Custer, and F. W. Saris, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 235, 179 (1992); Mater. Sci. Eng. B 25, 60 (1994).
52. S. Isomae, T. Ishiba, T. Ando, and M. Tamura, J. Appl. Phys. 74, 3815 (1993).
53. H.-J. Gossmann, F. C. Unterwald, and H. S. Luftman, J. Appl. Phys. 73, 8237 (1993).
54. P. A. Stolk, H.-J. Gossmann, D. J. Eaglesham, and J. M. Poate, Nucl. Instrum. Methods B 96, 187 (1995).
55. J. W. Strane, S. R. Lee, H. J. Stein, S. T. Picraux, J. K. Watanabe, and J. W. Mayer, J. Appl. Phys. 79, 637 (1996).
56. M. R. Pinto, D. M. Boulin, C. S. Rafferty, R. K. Smith, W. M. Coughran, Jr., I. C. Kizilyalli, and M. J. Thoma, in Tech. Digest IEDM, 1992, p. 923.
57. It should be noted that vacuum annealing has been shown to affect the equilibrium population of point defects in silicon to some degree (Ref. 35). As has been argued in Ref. 35, however, this vacuum effect is not likely to affect the present nonequilibrium experiments to a large extent.
58. G. L. Olson and J. A. Roth, Mater. Sci. Rep. 3, 1 (1988).
59. B〉 values if β was restricted to 0<β<0.5; β=0.2 has been applied here. For T = 790°C, β has been taken equal to 3.
60. S. Takeda, M. Kohyama, and K. Ibe, Philos. Mag. A 70, 287 (1994).
61. A. Bourret, Am. Inst. Phys. Conf. Ser. 87, 39 (1987).
62. I. G. Salisbury and M. H. Loretto, Philos. Mag. A 39, 317 (1979).
63. M. Seibt, J. Imschweiler, and H.-A. Hefner, in Semiconductor Silicon - 1994, Proceedings of the Electrochemical Society, San Francisco, p. 720.
64. 311, "Applied Science" on Grassroots (Capricorn Records, Nashville, 1994).
65. 2.
66. D. J. Eaglesham, P. A. Stolk, J.-Y. Cheng, H.-J. Gossmann, T. E. Haynes, and J. M. Poate, Inst. Phys. Conf. Ser. 146, 451 (1996).
67. K. S. Jones, J. Liu, L. Zhang, V. Krishnamoorthy, and R. T. DeHoff, Nucl. Instrum. Methods B 106, 227 (1995).
68. K. S. Jones and D. Venables, J. Appl. Phys. 69, 2931 (1991).
69. J. K. Listebarger, K. S. Jones, and J. A. Slinkman, J. Appl. Phys. 73, 4815 (1993).
70. M. Jaraíz, G. H. Gilmer, J. M. Poate, and T. D. de la Rubia, Appl. Phys. Lett. 68, 409 (1996).
71. D. J. Eaglesham, P. A. Stolk, H.-J. Gossmann, T. E. Haynes, and J. M. Poate, Nucl. Instrum. Methods B 106, 191 (1995).
72. P. A. Stolk and H.-J. Gossmann (unpublished).
73. The effective depth of the source from the sample surface is assumed to be equal to the projected ion range for 40 keV Si of 600 Å.
74. H.-J. Gossmann, P. Asoka-Kumar, T. C. Leung, B. Nielsen, K. G. Lynn, F. C. Unterwald, and L. C. Feldman, Appl. Phys. Lett. 61, 540 (1992).
75. F. F. Morehead, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 104, 99 (1988).
76. T. E. Haynes, D. J. Eaglesham, P. A. Stolk, H.-J. Gossmann, D. C. Jacobson, and J. M. Poate, Appl. Phys. Lett. 69, 1376 (1996).
77. L. C. Kimerling, M. T. Asom, J. L. Benton, P. J. Drevinsky, and C. E. Caefer, Mater. Sci. Forum 38-41, 141 (1989).
78. P. B. Griffin, R. F. Lever, R. Y. S. Huang, H. W. Kennel, P. A. Packan, and J. D. Plummer, in Tech. Digest IEDM, 1993, p. 295.
79. D. Mathiot and J. C. Pfister, J. Appl. Phys. 55, 3518 (1984).
80. M. Hane and H. Matsumoto, in Tech. Digest IEDM, 1991, p. 701; IEEE Trans. Electron Devices ED-40, 1215 (1993).
81. M. Hane and H. Matsumoto, in Tech. Digest IEDM, 1991, p. 701; IEEE Trans. Electron Devices ED-40, 1215 (1993).
82. J. Zhu, T. Diaz de la Rubia, L. H. Yang, C. Mailhiot, and G. H. Gilmer, Phys. Rev. B 54 4741 (1996).
83. J. Vanhellemont and A. Romano-Rodríguez, Phys. Status Solidi 138, 417 (1993).
84. L. H. Zhang, K. S. Jones, P. H. Chi, and D. S. Simons, Appl. Phys. Lett. 67, 2025 (1995).
85. H. G. A. Huizing, C. C. G. de Visser, N. E. B. Cowern, P. A. Stolk, and R. C. M. de Kruif, Appl. Phys. Lett. 69, 1211 (1996).
86. J. R. Liefting, R. C. M. Wijburg, J. S. Custer, H. Wallinga, and F. W. Saris, IEEE Trans. Electron Devices ED-41, 50 (1994).
87. I. Ban, M. C. Öztürk, K. Christensen, and D. M. Maher, Appl. Phys. Lett. 68, 499 (1996).
88. A. R. Bean and R. C. Newman, Solid State Commun. 8, 175 (1970).
89. G. D. Watkins and K. L. Brower, Phys. Rev. Lett. 36, 1329 (1976); L. W. Song and G. D. Watkins, Phys. Rev. B 42, 5759 (1990).
90. G. D. Watkins and K. L. Brower, Phys. Rev. Lett. 36, 1329 (1976); L. W. Song and G. D. Watkins, Phys. Rev. B 42, 5759 (1990).
91. L. W. Song, X. D. Zhan, B. W. Benson, and G. D. Watkins, Phys. Rev. B 42, 5765 (1990).
92. G. Davies, K. T. Kun, and T. Reade, Phys. Rev. B 44, 12 146 (1991).
93. U. Gösele, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 59, 419 (1986).
94. S. Pizzini, S. Binetti, M. Acciarri, and S. Acerboni, Phys. Status Solidi A 138, 451 (1993).
95. A. Borghesi, J. Appl. Phys. 77, 4169 (1995).
96. W. Skorupa and R. A. Yankov, Mater. Chem. Phys. 44, 101 (1996).
97. L. A. Ladd, J. P. Kalejs, and U. Gösele, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 36, 89 (1985).
98. H.-J. Gossmann, P. A. Stolk, D. J. Eaglesham, C. S. Rafferty, and J. M. Poate, Appl. Phys. Lett. 67, 3135 (1995).
99. M. J. Hill and P. M. Van Iseghem, in Semiconductor Silicon - 1977, edited by H. R. Huff and E. Sirtl (The Electrochemical Society, Princeton, 1977), p. 521.
100. M. T. Robinson and I. M Torrens, Phys. Rev. B 9, 5008 (1974).
101. G. H. Gilmer, T. Diaz de la Rubia, D. M. Stock, and M. Jaraíz, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B 102, 247 (1995).
102. N. E. B. Cowern, G. F. A. van de Walle, P. C. Zalm, and D. W. E. Vandenhoudt, Appl. Phys. Lett. 65, 2981 (1994).
103. C. S. Rafferty, G. H. Gilmer, M. Jaraiz, D. J. Eaglesham, and H.-J. Gossmann, Appl. Phys. Lett. 68, 2395 (1996).
104. M. Kohyama and S. Takeda, Phys. Rev. B 51, 3 111 (1995).
105. H. Park and M. E. Law, Appl. Phys. Lett. 58, 732 (1991).