Перераспределение легирующих примесей при термическом оксидировании монокристаллического кремния

Перераспределение легирующих примесей при термическом оксидировании монокристаллического кремния

Автор: Афонин, Николай Николаевич

Шифр специальности: 02.00.21

Научная степень: Докторская

Год защиты: 2004

Место защиты: Воронеж

Количество страниц: 335 с. ил.

Артикул: 3298996

Автор: Афонин, Николай Николаевич

Стоимость: 250 руб.

Перераспределение легирующих примесей при термическом оксидировании монокристаллического кремния  Перераспределение легирующих примесей при термическом оксидировании монокристаллического кремния 

1. ВВЕДЕНИЕ
2. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР
2.1. Эффект диффузионносегрегационного перераспределения примесей при термическом оксидировании кремния
2.1.1. Факторы, влияющие на перераспределение примеси в системе диоксид кремния кремний
2.1.2. Потоки примеси в системе диоксид кремния кремний
2.1.3. Уравнение баланса потоков на межфазной границе БЮгБ
2.2. Экспериментальные исследования сегрегации примесей на межфазной границе 8Ю
2.2.1. Экспериментальное определение коэффициентов сегрегации
2.2.2. Экспериментальное определение коэффициентов массопереноса
2.3. Влияние различных факторов на перераспределение легирующих примесей и генерацию собственных точечных дефектов при термическом оксидировании кремния
2.3.1. Влияние условий окисления на диффузионносегрегациоглый процесс. Неравновесная сегрегация примесей
2.3.2. Эффект локального накопления примесей у межфазной границы 8Ю
2.3.3. Влияние термического оксидирования на диффузию примесей в кремнии
2.3.4. Представления о физических механизмах генерации междоузельных атомов кремния на межфазной границе 8Ю2 при термическом оксидировании кремния
2.3.5. Диффузия легирующих примесей в диоксиде кремния
2.4. Математическое моделирование перераспределения легирующих примесей при термооксидировании кремния
2.4.1. Аналитические модели
2.4.2. Численные модели
2.5. Выводы. Постановка цели и задач работы
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИФФУЗИОННОСЕГРЕГАЦИОННОГО ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИМЕСЕЙ ПРИ ТЕРМИЧЕСКОМ ОКСИДИРОВАНИИ КРЕМНИЯ
3.1. Подготовка образцов и методики исследования концентрационных распределений примесей и носителей заряда в кремнии и системе диоксид кремния кремний
3.1.1. Способы подготовки образцов , 3.1.2. Определение концентрационных распределений носителей заряда в кремнии методом дифференциальной проводимости
3.1.3. Определение концентрационных распределений примеси в системе диоксид кремния кремний методом вторичноионной массспектрометрии
3.2. Математическое моделирование процессов легирования кремния и системы диоксид кремния кремний
3.2.1. Аналитическое моделирование распределения примесей в системе диоксид кремния кремний при легировании методом ионного внедрения
3.2.2. Численное моделирование перераспределения примесей в кремнии при отжиге в инертной среде
3.2.3. Численное моделирование перераспределения примесей в кремнии при отжиге в окислительной среде
3.3. Экспериментальное исследование диффузионносегрегационного перераспределения бора в системе диоксид кремния кремний
3.3.1. Влияние окислительных сред на диффузионносегре
гационное перераспределение бора в системе диоксид кремния кремний
3.3.2. Влияние пограничного слоя БВфазьГ на диффузионносегрегационное перераспределение бора в кремнии на границе с боросиликатным стеклом
у 3.4. Экспериментальное исследование диффузионносегрегационного перераспределения фосфора в системе диоксид кремния кремний
3.5. Экспериментальное исследование диффузионносегрегационного перераспределения сурьмы в системе диоксид кремния кремний
4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИФФУЗИИ И СЕГРЕГАЦИИ ЛЕГИРУЮЩИХ ПРИМЕСЕЙ ПРИ ТЕРМИЧЕСКОМ ОКСИДИРОВАНИИ КРЕМНИЯ
4.1. Определение сегрегационного потока через межфазную границу
на основе статистических представлений
4.1.1. Используемая модель межфазной границы и возможные факторы, влияющие на характер процесса сегрегационного переноса примеси
4.1.2. Сегрегационный поток через МФГ для примесей замещения, диффундирующих в обеих фазах по непрямому междоузельному,
с замещением, механизму
4.1.3. Сегрегационный поток через МФГ для примесей замещения, диффундирующих в одной фазе по вакансионному, а во
вторЬй по непрямому междоузельному, с замещением, механизму
4.1.4. Сегрегационный поток через МФГ для примесей замещения, диффундирующих в обеих фазах по вакансионному механизму
4.2. Неравновесная сегрегация примесей на МФГ БОгЗ
4.2.1. Математическая модель неравновесного диффузионносегрегационного перераспределения примесей
4.2.2. Неравновесная сегрегация фосфора при низкотемпературном оксидировании сильнолегированного кремния в водяном паре
4.2.3. Неравновесная сегрегация бора при термическом оксидировании кремния в парах воды под давлением
4.3. Модель диффузионносегрегационного перераспределения имплантированного фосфора при термооксидировании кремния, учитывающая эффект локального накопления фосфора вблизи поверхности кремния
4.3.1. Анализ возможных механизмов диффузии фосфора в кремнии
4.3.2. Основные положения и уравнения модели
4.3.3. Алгоритм и результаты количественного моделирования
4.4. Физикохимическая и математическая модель совместного
диффузионносегрегационного перераспределения бора и фосфора с геркччнием
4.4.1. Ослабление эффекта диффузии ускоренной окислением при совместном диффузионносегрегационном перераспределении легирующей примеси и германия
4.4.2. Основные положения и уравнения модели
4.4.3. Результаты моделирования и их обсуждение
4.5. Влияние термического окисления на диффузию бора и фосфора в сильно легированных слоях кремния. Модель диффузии, ускоренной окислением в сильно легированных слоях кремния
4.5.1. Эффект замедления диффузии ускоренной окислением в сильно легированных слоях кремния
4.5.2. Основные положения и уравнения модели
4.5.3. Параметры модели
4.5.4. Результаты моделирования
4.5.5. Обсуждение результатов моделирования
4.6. Физикохимическая и математическая модель формирования оксидной плнки при термическом оксидировании монокристаллического кремния
4.6.1. Основные положения и уравнения модели
4.6.2. Особенности численного моделирования термического окисления кремния
4.6.3. Результаты моделирования
5.ДИФФУЗИОННО СЕГРЕГАЦИОННОЕ ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕ НИЕ ЛЕГИРУЮЩИХ ПРИМЕСЕЙ И ПРИБОРНЫЕ МДП СТРУКТУРЫ
5.1. Влияние перераспределения примеси фосфора при термическом окислении кремния на пороговое напряжение интегрального рканального МДП транзистора
5.1.1. Экспериментальное исследование влияния диффузионноокислительных отжигов на пороговое напряжение рканального МДПТ
5.1.2. Физикотехнологическая модель порогового напряжения
МД1 i транзистора
5.2. Влияние неоднородности структуры кристалла на неидентичность и рассогласование параметров однотипных короткоканальных МДП транзисторов
6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Перечень сокращений, символов и специальных терминов
ВИМС вторичноионная массспектрометрия БСС боросиликатное стекло ДУО диффузия, ускоренная окислением КР концентрационное распределение МА междоузельный атом МФГ межфазная граница ОНЗ основные носители заряда ОПЗ область пространственного заряда 1 ПУДпереходная ускоренная диффузия СМА собственный междоузельный атом СТД собственный точечный дефект
а отношение толщины окисленного кремния к толщине образовавшегося диоксида,
. а относительная, по отношению к термодинамически равновесной,
концентрация МА кремния, а 1Ч,Я,
а у относительная, по отношению к термодинамически равновесной, концентрация вакансий, ау УУсч, к к постоянная Больцмана,
К1 константа линейного закона роста продукта реакции,
Кр константа параболического закона роста продукта реакции, т коэффициент сегрегации,
концентрация собственных носителей заряда, р концентрация дырок, п концентрация электронов,
концентрация собственных атомов в кремниевой матрице,
Табсолютная температура,
, Гвремя,
И универсальная газовая постоянная,
коэффициент массопереноса,
коэффициент ускорения диффузии внутренним электрическим полем, относительные доли диффузии примеси по вакансионному и непрямому междоузельному механизмам, соответственно,
x толщина слоя диоксида кремния,
Уох скорость роста диоксида кремния,
концентрация СМА,
Л7 концентрация СМА, соответствующая термодинамическому равновесию
V концентрация вакансий,
К концентрация вакансий, соответствующая термодинамическому равновесию.
I. ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


По величине этот поток сравним с сегрегационным потоком , и может даже преобладать над ним в том случае, когда величина коэффициента массопереноса в 2. В этом случае характер сегрегационного процесса может быть неравновесным, а величина разрыва в распределении концентрации примеси на МФГ бу
дет соответствовать не равновесному, а некоторому эффективному коэффициенту сегрегации. Отметим, что в данном случае неравновесный характер сегрегационного процесса обусловлен фактором кинетического захвата примеси в растущую плнку диоксида кремния. А МФГ продвинулась в глубь кремния на расстояние АхаЛУ0Х рис. Л1Уах. Распределение примеси, содержащейся изначально в элементарном слое кремния толщиной Ах, примем однородным. Тогда количество примеси в этом элементе объма составит С,Дх. В элементе диоксида кремния, образовавшемся за время А на месте элемента кремния, общее содержание примеси составит СахА1У0Х. Остаток примеси СагАЖаг СЛДх за время Дг должен перераспределиться за пределы рассматриваемого объма пространства путм диффузии и сегрегации. С0ЛАУ0Х С5ГДх адА 2. Рж диффузионные потоки примеси на МФГ со стороны диоксида и кремния соответственно. Поделив обе части 2. Сох ДГСлу У ох РохРЫ 2. Рис. Схематическое изображение концентрационного распределения и потоков примеси в системе диоксид кремния кремний в процессе термооксидирования. МФГ ,0X поддерживается постоянным во времени, при этом 2. С iV 2. Конечная цель исследования процессов, протекающих при формировании физической структуры кристалла ИМС, состоит в построении физикохимических и математических моделей, дающих возможность на основе известных режимов и последовательности технологических операций определить расчтным путм их электрические характеристики. Диффузионносегрегационное перераспределение примесей в системе ii, сопровождающее термическое оксидирование кремния оказывает существенное влияние на формирование концентрационных распределений и в этом плане влияет на многие электрические характеристики приборов. Для его адекватного моделирования необходим учт всех составляющих общего потока примеси в системе ii, что предполагает знание величин констУ. Экспериментальное определение коэффициентов сегрегации. Основное внимание в работах, посвящнных исследованию диффузионносегрегационного перераспределения легирующих примесей при термическом оксидировании кремния, уделялось определению коэффициента сегрегации . Это обстоятельство объяснимо тем, что на МФГ БЮгБ бор имеет я, при котором концентрационное распределение бора в приповерхностной области кремния обладает высокой чувствительностью к отклонению коэффициента сегрегации. Поэтому с практической точки зрения точное определение его величины исключительно важно для предсказания концентрационного распределения бора в приповерхностной области кремния. Он предусматривал измерение конструктивнотехнологических параметров приборных структур слоевое сопротивление и глубину залегания рпперехода Ху или концентрационных распределений примеси бора в кремнии , с последующим численным анализом их в рамках аналитических моделей описывающих диффузионносегрегационное перераспределение примесей в кремнии. В модели определяемые константы вводились как параметры, а их определение осуществлялось по наилучшему соответствию расчта и эксперимента. Для получения аналитического решения при моделировании диффузии примеси в системе с движущимися границами раздела применяли ряд упрощающих предположений пренебрегали движением МФГ , полагали параболический характер кинетики термического окисления кремния, постоянство коэффициента диффузии в нем примеси и определенный вид исходного ее распределения , ,, . Непосредственно прямыми измерениями определить величину коэффициента сегрегации позволяет метод вторичноионной массспектрометрии ВИМС по скачку аналитического сигнала на МФГ БЮгБ . Однако ряд эффектов возникающих в процессе ВИМСанализа различие в выходах элементов одной массы из кремния и его диоксида, различие в скоростях их ионного травления, заряд поверхности образца и т.

Рекомендуемые диссертации данного раздела

28.06.2016

+ 100 бесплатных диссертаций

Дорогие друзья, в раздел "Бесплатные диссертации" добавлено 100 новых диссертаций. Желаем новых научных ...

15.02.2015

Добавлено 41611 диссертаций РГБ

В каталог сайта http://new-disser.ru добавлено новые диссертации РГБ 2013-2014 года. Желаем новых научных ...


Все новости

Время генерации: 0.032, запросов: 121