Диффузия, сегрегация и электрическая активация легирующих примесей в диффузионных и имплантационных слоях кремния

• Автор: Александров, Олег Викторович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 322 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

1. ВВЕДЕНИЕ

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

2.1. Особенности диффузии основных легирующих примесей в кремнии

2.1.1. Электрическая неактивность легирующих примесей

2.1.2. Плато и концентрационная зависимость коэффициента диффузии

2.1.3. Приповерхностный пик концентрации

2.1.4. Перегиб и хвост

2.1.5. Низкотемпературная диффузия

2.1.6. Дип-эффект и расширение скрытых слоев
2.2. Влияние структурных дефектов на диффузию легирующих примесей в кремнии
2.3. Моделирование диффузии основных легирующих примесей в кремнии
2.4. Диффузия основных легирующих примесей при быстром термическом отжиге имплантированных слоев кремния
2.5. Свойства слоев кремния, имплантированных редкоземельными элементами
2.5.1. Электрическая активность примесей редкоземельных элементов в имплантированных слоях кремния
2.5.2. Перераспределение примесей редкоземельных элементов в имплантированных слоях кремния
2.7. Выводы
3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА И РАСЧЕТА
3.1. Создание легированных слоев и определение их параметров
3.2. Методики исследования структурных дефектов
3.3. Методики измерения деформации
3.4. Определение профилей концентрации примесей и носителей заряда
3.5. Расчет коэффициентов диффузии примесей
3.6. Численное решение диффузионно-кинетических уравнений
3.7. Быстрый термический отжиг пластин кремния
3.8. Выводы
4. ОСОБЕННОСТИ ДИФФУЗИИ ОСНОВНЫХ ЛЕГИРУЮЩИХ
ПРИМЕСЕЙ В КРЕМНИИ
4.1. Деформация решетки кремния электрически неактивным фосфором
4.2. Кластеризация фосфора в диффузионных слоях кремния
4.3. Влияние электрически активного и неактивного фосфора на диффузию—
4.4. Приповерхностное накопление фосфора
4.5. Перераспределение бора при дип-эффекте
4.6. Низкотемпературная диффузия фосфора
4.6.1. Определение параметров низкотемпературной диффузии фосфора
4.6.2. Деградация п-р-п транзисторов при низкотемпературных обработках.
4.7. Распад твердого раствора фосфора в диффузионных слоях кремния
4.8. Выводы
5. ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ, ВВЕДЕННЫХ ДИФФУЗИЕЙ И ИМПЛАНТАЦИЕЙ, НА ДИФФУЗИЮ ОСНОВНЫХ ЛЕГИРУЮЩИХ ПРИМЕСЕЙ В КРЕМИИ
5.1. Влияние дислокаций несоответствия на диффузию фосфора
5.1.1. Влияние ориентации кремния, типа маски и ширины окна
5.1.2. Влияние толщины пленки фосфоросиликатного стекла
5.2. Влияние дефектов, введенных имплантацией, на высокотемпературную диффузию фосфора
5.3. Влияние дефектов, введенных имплантацией, на низкотемпературную диффузию фосфора
5.4. Влияние дефектов, введенных имплантацией, на диффузию основных легирующих примесей при быстром термическом отжиге
5.5. Выводы
6. МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИФФУЗИИ И СЕГРЕГАЦИИ ОСНОВНЫХ ЛЕГИРУЮЩИХ ПРИМЕСЕЙ В КРЕМНИИ
6.1. Модель диффузии примеси замещения
6.1.1. Высокотемпературная стадия диффузии
6.1.2. Низкотемпературная стадия диффузии
6.2. Высокотемпературная диффузии фосфора
6.3. Низкотемпературная диффузии фосфора
6.4. Низкотемпературная диффузии мышьяка
6.5. Высокотемпературная диффузии бора
6.6. Совместная диффузия бора с фосфором

6.7. Влияние стоков собственных точечных дефектов на диффузию фосфора
6.8. Приповерхностная сегрегация фосфора
6.9. Выводы
7. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ АКТИВАЦИЯ ПРИМЕСИ РЕДКОЗЕМЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА ЭРБИЯ В ИМПЛАНТИРОВАННЫХ СЛОЯХ КРЕМНИЯ
7.1. Влияние кислорода на электрическую активацию эрбия
7.2. Влияние соимплантации электрически неактивных примесей на электрическую активацию эрбия
7.3. Модель электрической активации примеси эрбия в имплантированных слоях кремния
7.4. Выводы
8. СЕГРЕГАЦИЯ ПРИМЕСЕЙ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ИМПЛАНТИРОВАННЫХ СЛОЯХ КРЕМНИЯ
8.1. Модель сегрегационного перераспределение Ег при отжиге слоев кремния, аморфизованных имплантацией
8.2. Влияние условий имплантации на перераспределение Ег
8.3. Перераспределение Ег при кристаллизации скрытых аморфизованных слоев
8.4. Перераспределение Но при кристаллизации аморфизованных слоев
8.5. Перераспределение УЬ и О при кристаллизации аморфизованных
слоев
8.6. Модель сегрегации редкоземельных элементов при кристаллизации аморфизованных слоев кремния
8.7. Выводы
9.3АКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

только вне области (Яр - 0АЛЛр )<х<(Нр+ ,5&Яр), где Яр - средний проецированный пробег, Мр - страгглинг, тогда как для примеси Ая - на протяжении всего профиля.
В работе [2-135] было показано, что текущий коэффициента диффузии бора при ПУД может быть описан зависимостью:
О = Д + О0 ехр(-г/т), (2.9)
где Д - собственный коэффициент диффузии; £>0 - коэффициент ускоренной диффузии в начальный момент БТО. В выражении (2.9) параметры £>0 и х являются функциями температуры, Д, = 1.4 • КГ7 ехр(-1. IIкТ), т = т0 ехр(Е/кТ), где т0 = 2.9-КГ6 с, £' = 1.57 эВ.
В работе [2-136] для коэффициента ускорения ПУД х Аб была получена зависимость
X = 1 + Аехр(-ЬД), (2.10)
где А = 1.1, а энергия активации т в (2.10) зависит от температуры, Е=1.2 эВ при Т=900-1000°С и Е=3.4 эВ при Т= 1000-1100°С.
При построении физических моделей принципиальным моментом является описание источника избыточных СТД. В ранних моделях [2-138,2-153,2-154] в качестве такого источника принималось начальное распределение СТД, которое, в свою очередь, принималось пропорциональным исходному распределению примеси непосредственно после имплантации: Сстд(х,0) = хСо(хХ гДе коэффициент пропорциональности х имеет смысл числа СТД, образующихся на один налетающий ион примеси. В моделях [2-138,2-153] полагалось х=1 (т.н. “+1” модель). В модели [2-154] начальное распределение радиационных дефектов рассчитывалось методом Монте-Карло. При таком подходе предполагается, что начальное распределение СТД формируется за время много меньшее длительности БТО. Для получения достаточно большой продолжительности ПУД (до 3 часов при 700°С [2-146]) приходилось задавать очень малые коэффициенты диффузии СТД - на нижнем пределе литературного