Особенности процесса постимплантационной диффузии. TED-эффект

Для реализации глубоко субмикронных КМОП транзисторов необходимы очень мелкие области истока/стока с низким поверхностным сопротивлением. Формирование очень мелких, менее 40 нм, легированных слоев в кремнии с высокой концентрацией электрически активной примеси и профилем распределения примеси, близким к прямоугольному, стало значительным достижением в интегральной технологии. Использование областей истока/стока с такими характеристиками позволяет подавлять короткоканальные эффекты, уменьшать паразитные сопротивления и получать высокую крутизну транзисторов. Однако с уменьшением размеров требуются все более мелкие области с все более низким сопротивлением. Создание таких слоев без введения дефектов в кремний и без влияния материалов других слоев почти невозможно. Удовлетворить таким сложным требованиям возможно только с использованием методов низкоэнергетической имплантации и быстрого термического отжига.

Важным фактором в формировании мелкозалегающих p-n переходов является т. наз. TED-эффект, или временно ускоренная диффузия. В процессе ионной имплантации создается большое число дефектов в подложке, что сильно влияет на процесс постимплантационного отжига. Ситуация еще больше усложняется, когда используются высокие дозы имплантации, приводящие к аморфизации поверхности кремния и формированию распределенных дефектов, т.е. дислокаций.

Экспериментально обнаружено, что существует временной интервал, в процессе постимплантационного отжига, когда диффузия идет с существенно более высокой скоростью, примерно постоянной в течение этого интервала. Затем скорость диффузии падает до обычного значения. Этот эффект получил название эффект временно-ускоренно диффузии или TED-эффект.  Длительность интервала временно-ускоренно диффузии падает c ростом температуры отжига. Таким образом, при исследовании  быстрого постимплантационного отжига при более высокой температуре отжига могут наблюдаться меньшие глубины p-n переходов. TED-эффект объясняется ускорением диффузии за счет неравновесной концентрации междоузлий, которые отжигаются более быстро при высокой температуре.

Поскольку современные технологии используют быстрый термический отжиг, важны не только температура и длительность процесса, но и скорость подъема и спада температуры. Важно отметить, что речь идет длительности процесса, измеряемой единицами и даже десятыми долями секунд. Кроме того, часто используется многоступенчатый отжиг.

Для построения модели TED – эффекта проводились специальные исследования, объединяющие эксперимент и высокоточное численное моделирование. Например, использовались специальные маркирующие слои бора для регистрации влияния ионной имплантации на диффузию примесей. Экспериментальная процедура заключалась в следующем. Использовались подложки с ориентацией  10-15 Омсм p-типа и n-типа. Методом эпитаксиального наращивания создавался маркирующий слой толщиной 0.2 мкм и концентрацией бора 1х1018см-3. Далее выращивался слой нелегированного кремния толщиной 0.4 мкм. Затем проводилась имплантация ионов фосфора, мышьяка или кремния с энергией 50 КэВ  и дозами в диапазоне 1х1013  — 1х1015 см-2. Одна подложка оставалась  в качестве контрольного образца нелегированной.  Полученные образцы отжигались при температуре 750С в течение различных

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector