Перераспределение легирующих примесей при термическом оксидировании монокристаллического кремния тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.21 ВАК РФ

На правах рукописи

АФОНИН Николай Николаевич

ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЛЕГИРУЮЩИХ ПРИМЕСЕЙ ПРИ ТЕРМИЧЕСКОМ ОКСИДИРОВАНИИ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ

Специальность 02.00.21 - химия твёрдого тела

Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора химических наук

Воронеж - 2004

Работа выполнена в Воронежском государственном педагогическом университете.

Научный консультант: доктор физико-математических наук, профессор Ховив Александр Михайлович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор

Даринский Борис Михайлович,

Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)

Защита состоится 7 декабря 2004 г. в 15.00 часов на заседании Диссертационного совета Д 212.038.19 в Воронежском государственном университете по адресу: 394006, Воронеж, Университетская пл., 1, ауд. 243.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного университета.

Автореферат разослан «ХР» октября 2004 г. Учёный секретарь

доктор химических наук, ведущий научный сотрудник

Кецко Валерий Александрович

доктор химических наук, профессор Яценко Олег Борисович

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Интенсивное развитие твердотельной электроники характеризуется тенденциями к возрастанию функциональной и технологической интеграции и к уменьшению потребляемой мощности полупроводниковых приборов (ППП) и интегральных микросхем (ИМС). Они проявляются в уменьшении геометрических размеров активных областей приборных структур, уменьшении глубины залегания p-n-переходов, всё большем приближении их к поверхности кристалла. При этом получение необходимых электрических характеристик и обеспечение высокого качества изделий требует повышения уровня легирования примесных слоев, понижения температуры и сокращения продолжительности диффузионно-окислительных отжигов. В связи с этим возрастает влияние процессов, формирующих концентрационное распределение легирующих примесей в приповерхностной области кремния, на электрические параметры и качество изделий в целом.

Процесс термического оксидирования кремния как способ, позволяющий добиться наиболее высоких характеристик системы диоксид кремния — кремний (8102-80, на протяжении многих лет является объектом широкого изучения. К наименее изученным явлениям, связанным с термическим оксидированием, относится явление диффузионно-сегрегационного перераспределения легирующих примесей в системе БЮг-Бь Это явление приводит к появлению скачка в концентрационном распределении на движущейся межфазной 1ранице (МФГ) БЮгЖ и играет определяющую роль в формировании концентрационного распределения примесей в её окрестности. Недостаточная изученность явления затрудняет установление адекватной количественной связи между режимами и последовательностью диффузионно-окислительных операций и концентрационным распределением основных легирующих примесей (В, Р, Лз, Sb) в приповерхностной области кремния, а также конструктивно-технологическими и электрическими параметрами приборных структур.

Экспериментальные исследования явления были направлены в основном на определение в равновесном приближении величины коэффициента сегрегации т, примесей на МФГ вЮг^, как параметра, характеризующего её сегрегационные свойства. Большинство работ было посвящено сегрегационному поведению примеси бора, однако для сходных условий эксперимента литературные данные дают большой разброс величин т3. Отсутствуют и общепринятые данные и о константе массопереноса легирующих примесей через МФГ вК^/Як Практически отсутствуют экспериментальные данные, характеризующие сегрегационный перенос примесей через МФГ при термическом оксидировании кремния

в различных окислительных средах.

При термическом оксидировании в поведении основных легирующих примесей проявляется ряд особенностей. Экспериментальными исследованиями было установлено влияние термического оксидирования на диффузионный перенос примесей в кремнии, усиливающее^ (Ш^$ЩЙ1ь1ШЛеРатУРы' Эта

I БИБЛИОТЕКА |

особенность экспериментально исследована достаточно обстоятельно. Причиной явления согласно доминирующей в литературе точке зрения служит активность движущейся МФГ ЗЮг^ как места генерации структурных дефектов - междо-узельных атомов кремния. Однако в теоретическом плане особенности и механизмы диффузии примесей в кремнии при термическом оксидировании исследованы недостаточно полно. Отсутствуют модельные представления, позволяющие количественно описать ослабление диффузии, ускоренной окислением в условиях высокой концентрации примеси, а также в условиях присутствия в системе изовалентной примеси германия.

Недостаточно полно экспериментально исследовано явление образования узкого приповерхностного пика концентрации (ППК) донорных примесей на МФГ в процессе их перераспределения при термическом оксидировании

в условиях высокой концентрации. Явление наблюдается вместе с "обычным" оттеснением донорной примеси в сторону кремния и в этом плане представляет собой сегрегационную аномалию. Предлагаемые качественные модели его, как правило, содержат физически необоснованные предположения. Не разработана количественная модель, позволяющая непротиворечивым образом описать весь комплекс экспериментально наблюдаемых закономерностей образования ППК.

Не развиты диффузионно-сегрегационные модели, позволяющие описать перераспределение примеси в системе с движущейся МФГ в условиях отклонения характера сегрегационного процесса от равновесного состояния.

Особенности и закономерности диффузионно-сегрегационного поведения легирующих примесей при термическом оксидировании кремния необходимо учитывать при изготовлении ППП и ИМС, в которых они определяют ряд конструктивно-технологических и электрических параметров и могут являться причиной их невоспроизводимости и деградации. Для этого наряду с совершенствованием технологии оксидирования и легирования необходимо дальнейшее, более полное изучение общих закономерностей процессов диффузии и сегрегации в системе вЮг-вь На его основе необходима разработка адекватных физико-химических и математических моделей процессов оксидирования и легирования, учитывающих особенности диффузии и сегрегации и служащих для проектирования и изготовления изделий твердотельной электроники на основе кремния. Представляет как научный, так практический интерес установление количественной связи между электрическими параметрами интегральных транзисторных МДП структур и последовательностью и режимами диффузионно-окислительных операций.

Таким образом, исследование перераспределения легирующих примесей при термическом оксидировании кремния представляет собой актуальную проблему химии твёрдого тела, а решение её имеет большую практическую значимость.

Целью работы является установление фундаментальных закономерностей механизма диффузии и сегрегации основных легирующих примесей при термическом оксидировании монокристаллического кремния в различных условиях.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены основные задачи:

1. Экспериментальное исследование особенностей и закономерностей поведения основных легирующих примесей в системе диоксид кремния - кремний, проявляющихся при их высоких концентрациях, больших скоростях оксидирования, а также при изменении типа окислительной среды.

2. Разработка физико-химических и математических моделей, описывающих особенности и закономерности механизма диффузионно-сегрегационного перераспределения основных легирующих примесей в системе диоксид кремния - кремний.

3. Численный анализ экспериментальных результатов в рамках разработанных моделей и получение данных о величинах основных параметров, характеризующих исследуемый процесс.

4. Экспериментальное и теоретическое исследование влияния перераспределения примесей в процессе диффузионно-окислительных операций при формировании активных областей интегральных МДП транзисторов, определяющих их параметры.

Научная новизна работы заключается в том, что в результате выполнения экспериментального исследования поведения основных легирующих примесей в системе при термическом оксидировании монокристаллического крем-

ния впервые установлен ряд новых закономерностей и более полно исследован ряд известных эффектов. Это позволило разработать адекватные физико-химические и количественные математические модели изучаемого явления. Научная новизна результатов заключается в следующем.

1. Предложен комплексный подход к экспериментальному исследованию механизма диффузионно-сегрегационного перераспределения легирующих примесей в системе основанный па получении концентрационных распределений легирующей примеси в системе 81С>2-81 методом вторично-ионной масс-спектрометрии (ВИМС) и их анализе в рамках численной модели, учитывающей сопутствующие переносу эффекты. Это позволило повысить достоверность и точность экспериментального определения характеристических параметров диффузионно-сегрегационного процесса - коэффициентов сегрегации, диффузии, массопереноса.

2. При исследовании диффузионно-сегрегационного перераспределения ионно-имплантированного бора в условиях термического оксидирования монокристаллического кремния:

- впервые получены систематические данные о зависимости коэффициента сегрегации бора на межфазной границе (МФГ) БЮг^ и степени ускорения его диффузии в кремнии от типа окислительной среды (сухой влажный а также добавок в них паров НС1), ориентации поверхности кремния и температуры окислительного отжига.

- впервые установлено, что присутствие паров НС1 в сухом кислороде увеличивает, а во влажном кислороде уменьшает сегрегационный перенос бора че-

рез МФГ из кремния в диоксид кремния при ослаблении диффузии, ускоренной окислением (ДУО) в обоих случаях.

- впервые предложена качественная модель явления, основанная на предположении о реакционном характере сегрегационного процесса и о связи между генерацией неравновесных собственных междоузельных атомов (СМА) при термическом окислении и переносом бора через МФГ

3. Обнаружен эффект аномального обеднения приповерхностной области кремния бором в процессе диффузии из боросиликатного стекла (БСС) в условиях образования на первой стадии обогащенного бором пограничного слоя "SiB-фазы" на границе раздела БСС-кремний.

4. В результате экспериментального исследования перераспределения донорных примесей фосфора и сурьмы в системе при термическом оксидировании ионно-имплантированных слоев кремния с высокой концентрацией примеси:

- установлены закономерности образования на МФГ со стороны кремния узкого (10-15 нм) приповерхностного пика концентрации донорных примесей в зависимости от температуры и среды отжига,

- получены зависимости коэффициента сегрегации фосфора на МФГ SiCVSi от температуры и типа среды окислительного отжига (сухой влажный

- впервые установлено, что изменение сегрегационного перераспределения фосфора на МФГ коррелирует с параметрами переходной ускоренной диффузии ионно-имплантированного фосфора,

- разработана физико-химическая и математическая модель сегрегации фосфора в системе основанная на предположении о реакционном харак-

тере сегрегационного процесса и учитывающая влияние избыточных собственных точечных дефектов в имплантированном слое кремния на процесс окисления и захвата примеси растущим диоксидом кремния.

5. Разработана количественная модель перераспределения примеси в системе учитывающая неравновесный характер сегрегационного процесса, обусловленный кинетическим захватом примесных частиц движущейся МФГ в растущую плёнку диоксида кремния. Модель позволяет описать особенности перераспределения фосфора в условиях низкотемпературного окислительного отжига при высоких скоростях роста диоксида Vox. Путем численного анализа экспериментальных данных определены величина и температурная зависимость коэффициента массопереноса h¡ фосфора на МФГ SÍO2-SÍ. Предложен практический критерий равновесности сегрегационного процесса:

при котором коэффициент сегрегации хотя и не достигает своей равновесной величины, но основная часть фосфора при окислении остается в кремнии. Модель позволяет описать концентрационные распределения бора в системе Si в условиях окисления под давлением при высоких скоростях роста диоксида. В рамках модели экспериментально наблюдаемая зависимость отношения текущих концентраций бора на МФГ ms=C%JCm от давления окислителя может быть

объяснена исключительно изменением скорости окисления при неизменном равновесном коэффициенте сегрегации т".

6. Разработана физическо-химическая и математическая модель накопления примеси фосфора в приповерхностной области кремния, предполагающая миграцию примеси в кремнии по вакансионному, в составе Е-центров, механизму, учитывающая неполную электрическую активацию фосфора при высокой концентрации путём кластеризации, и миграцию подвижных диффузионных компонент - вакансий и Е-центров к поверхности под действием поверхностного потенциала. Модель использует численное, методом конечных разностей, решение краевой задачи для системы диффузионно-кинетических уравнений, описывающих поведение примеси и дефектов в кремнии. Модель впервые позволяет количественно описать экспериментальную зависимость относительной высоты ППК от концентрации примеси, и позволяет объяснить следующие закономерности: существование времени установления когда высота пика растет со временем, отсутствие зависимости высоты и ширины ППК от времени при />?уст, слабое влияние среды отжига на высоту ППК, а также подавление ППК при компенсационном легировании бором.

7. Впервые разработана количественная модель ослабления диффузии, ускоренной окислением (ДУО) в сильно легированных слоях кремния, в которой причиной уменьшения ДУО полагается объёмная рекомбинация избыточных собственных междоузельных атомов (СМА) на центрах, связанных с легирующей примесью. Показано, что увеличение скорости рекомбинации с ростом уровня легирования приводит к уменьшению поверхностной концентрации избыточных СМА, генерируемых на МФГ \Si02ZSi при термическом окислении кремния. Численным анализом в рамках модели экспериментальных концентрационных распределений и зависимостей относительного коэффициента ДУО для примесей бора и фосфора при донорном и акцепторном изоконцентрационном легировании определены константы скорости рекомбинации избыточных СМА. Оценки радиусов взаимодействия показывают, что наиболее вероятными центрами захвата СМА являются пары легирующей примеси с вакансиями. В рамках модели дано объяснение влияние на ДУО слабо легированного слоя на поверхности сильно легированного. Численным анализом в рамках модели экспериментальных концентрационных распределений показано, что ослабление эффекта ДУО примесей В и Р в присутствии дополнительной примеси Ge лучше описывается посредством учёта объёмной рекомбинации СМА на германиевых центрах, чем влиянием Ge на скорость поверхностной генерации СМА на МФГ БК^/вь Определены параметры рекомбинации СМА на германиевых центрах при температуре 1173 и 1273 К. Предполагается, что центрами рекомбинации могут являться комплексы ве-У, для которых оценена энергия связи ~1 эВ. Обнаружено, что присутствие Ge в системе ЗЮг^ вызывает ослабление сегрегационного переноса бора через МФГ БЮгЛй, приводя к уменьшению количества бора, переходящего из крем-

ния в диоксид кремния, что отражается в увеличении коэффициента сегрегации бора т,.

8. Развиты модельные представления, основанные на рассмотрении системы, состоящей из монокристаллического кремния, находящегося на нём слоя диоксида кремния и тонкого переходного слоя между ними. Впервые разработана количественная модель термического оксидирования, учитывающая процессы диффузии частиц окислителя с внешней границы стехиометрического оксида как из неограниченного источника к его границе с пограничным нарушенным слоем, сегрегационный переход частиц окислителя в нарушенный слой и при достижении критической концентрации образование "элементарного" слоя оксида. В рамках разработанной модели в диапазоне температур Т= 1223 - 1423 К численно проанализированы экспериментальные данные по кинетике термического оксидирования кремния в сухом и влажном кислороде, и установлена температурная зависимость толщины "элементарного" слоя оксида.

Научная ценность работы состоит в том, что решена важная научная проблема, связанная с исследованием особенностей и закономерностей поведения основных легирующих примесей в системе вЮг^ при термическом оксидировании монокристаллического кремния в различных окислительных средах, выявлена роль точечных дефектов в процессах диффузии и сегрегации, и разработаны физико-химические и математические модел и этих процессов.

Разработанные физико-химические модели позволяют существенно расширить теоретические представления о механизмах перераспределения легирующих примесей в гетерогенных системах с движущейся границей раздела, о поведении основных легирующих примесей в диффузионных и имплантированных слоях кремния.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

1. Полученные в работе экспериментальные результаты по поведению основных легирующих примесей при термическом оксидировании кремния позволяют оказывать целенаправленное влияние на концентрационные распределения примеси в системе вЮг^, усовершенствовать диффузионно-окислительные операции при производстве кремниевых полупроводниковых приборов и ИМС.

2. Разработанные численные модели, описывающие перераспределение легирующих примесей в системе 8Ю2-81 на операциях планарного технологического процесса реализованы в ряде компьютерных прикладных программ. Они позволяют усовершенствовать существующие прикладные программы физико-технологического моделирования кремниевых ППП и ИМС, повысить качество проектирования и разработки изделий.

3. Предложен способ управления величиной порогового напряжения МДПТ, учитывающий перераспределение примесей в подзатворной области МДП-структуры во время термических обработок.

Положения, выносимые на защиту:

1. Характеристики окислительной среды при термическом оксидировании монокристаллического кремния оказывают существенное влияние на перенос и

сегрегацию примесей бора и фосфора через межфазную границу диоксид кремния - кремний, что проявляется в изменении величины и параметров температурной зависимости коэффициентов сегрегации бора и фосфора.

2. Аномальное обеднение бором приповерхностной области кремния при отжиге в окислительной среде связано с присутствием пограничного слоя "SiB-фазы" в системе боросиликатное стекло (БСС) - кремний, что вероятнее всего обусловлено образованием в процессе оксидирования слоя слаболегированного БСС.

3. При термическом оксидировании сильнолегированного кремния на МФГ наблюдается локальное накопление донорных примесей с образованием

приповерхностного пика концентрации. Экспериментально установлено, что накопление фосфора имеет место в узкой приповерхностной области у МФГ ЗЮг^ со стороны кремния; оно усиливается с уменьшением температуры окислительного отжига; эффект имеет место при отжиге не только в окислительной, но и в инертной среде.

4. Количественная модель неравновесного диффузионно-сегрегационного перераспределения легирующей примеси в системе учитывающая кинетический захват примесных частиц растущим слоем диоксида кремния, позволяющая адекватно описать поведение фосфора при низкотемпературном оксидировании сильнолегированного кремния во влажном кислороде и бора при оксидировании кремния в парах воды под давлением.

5. Физико-химическая и математическая модели процесса накопления фосфора в приповерхностной области кремния при термоотжигах, предполагающая миграцию примеси в кремнии по вакансионному, в составе Е-центров, механизму, и учитывающая миграцию подвижных диффузионных компонент - вакансий и Е-центров к поверхности под действием поверхностного потенциала и комплексообразование при высокой концентрации примеси, позволяет количественно описать экспериментальную зависимость приповерхностного накопления от концентрации примеси в кремнии.

6. Причина ослабления диффузии, ускоренной окислением в сильнолегированных слоях кремния - объёмная рекомбинация избыточных неравновесных СМА на центрах, связанных с легирующей примесью. Разработанные в рамках этого подхода физико-химические и количественные математические модели позволяют описать диффузионное перераспределение бора и фосфора при донорном и акцепторном изоконцентрационном легировании кремния, а также совместное диффузионно-сегрегационное перераспределение бора и фосфора с германием в системе

7. Существует количественная связь между диффузионно-сегрегационным перераспределением фосфора в системе и пороговым напряжением р-канального МДП транзистора.

Личный вклад автора. Результаты работы получены лично автором или при его непосредственном участии. Автором ставились цели и задачи исследования, решение которых позволило сформулировать выносимые на защиту по-

ложения. Он принимал непосредственное участие в эксперименте, разрабатывал физико-химические модели, проводил расчёты с использованием численных методов, а также обрабатывал и обобщал результаты, формулировал выводы.

В работе использована методика ВИМС-анализа концентрационных распределений примеси в системе БЮг-Зц разработаннаяА.П.Коварским.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на Всесоюзных и Всероссийских конференциях, в том числе, на I и II Всесоюзных конференциях "Физические основы надежности и деградации полупроводниковых приборов" (Кишинев, 1982, 1986), на Всесоюзной научной конференции "Прием сверхнизкочастотных колебаний и устройства для их обработки" (Воронеж, 1983), на VI Всесоюзной конференции по физико-химическим основам легирования полупроводниковых материалов (Москва, 1988), на IX Национальной конференции по росту кристаллов НКРК-2000, (Москва, 2000), на 1-й Всероссийской конференции "Физико-химические процессы в конденсированном состоянии и на межфазных границах" (ФАГРАН-2002) (Воронеж, 2002), и на следующих международных конференциях и симпозиумах: международной конференции "Физические процессы в неупорядоченных полупроводниковых структурах" И8'99 (Ульяновск, 1999), на 3-ей и 4-ой Международных конференциях "Рост кристаллов: проблемы прочности и массопереноса" (Обнинск, 1999,2001), на Международной конференции "Физические процессы в неупорядоченных структурах" (Ульяновск, 1999) и на Международном симпозиуме "Фото- и электролюминесценция в полупроводниках и диэлектриках" (Санкт-Петербург, 2001), III и IV Международных конференциях "Аморфные и микрокристаллические полупроводники" (Санкт-Петербург, 2002,2004).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 36 печатных работ, включая 23 статьи, 12 докладов на конференциях и симпозиумах и 1 авторское свидетельство.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из 6 разделов, включая введение и заключение, и списка литературы, включающего 319 наименований. Общий объём диссертации составляет 335 страниц текста, включая 60 рисунков и 5 таблиц.

Основное содержание работы

В главе 1 "Введение" обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цель и задачи работы, защищаемые положения, научная новизна и практическая ценность работы, приведены сведения об апробации работы и публикациях автора.

В главе 2 "Аналитический обзор"даётся анализ состояния экспериментальных и теоретических исследований в рассматриваемой области. Рассматриваются факторы, влияющие на перераспределение примеси в системе 8102-81, анализируются потоки примеси и составляется уравнение баланса потоков на межфазной границе Проводится критический обзор экспери-

ментальных исследований сегрегации примесей на межфазной границе БЮг/Бь Рассматривается влияние различных факторов на перераспределение легирующих примесей и генерацию собственных точечных дефектов (СТД) при термическом оксидировании кремния. В обзоре приводятся экспериментальные данные по исследованию влияния условий окисления на диффузионно-сегрегационный процесс. Приведены экспериментальные результаты по исследованию неравновесной сегрегация примесей и ускоренной термическим оксидированием диффузии примесей в кремнии. Обобщаются существующие представления о физико-химических механизмах генерации СТД на МФГ БЮг/З! при термическом оксидировании кремния.

Рассмотрен эффект локального накопления донорных примесей с образованием приповерхностного пика концентрации (ППК) у МФГ БЮг/Бь Даётся критика качественных моделей этого эффекта.

Рассматриваются вопросы математического моделирования перераспределения примесей при термооксдировании кремния. Отмечается специфика краевых задач, описывающих перераспределение примеси в системе с движущимися границами раздела. Проводится краткий обзор математических моделей процесса, использующих аналитическое решение уравнения диффузии, и анализируются их недостатки. Обосновывается необходимость применения численных моделей при реализации метода математического моделирования при экспериментальном исследовании процесса. Рассматриваются проблемы и способы численного решения содержащих нелинейные уравнения диффузии краевых задач с движущимися границами раздела.

На основании анализа литературных данных сделаны выводы, определившие цель и основные задачи работы.

В главе 3 "Экспериментальное исследование диффузионно-сегрегационного перераспределения примесей при термическом оксидировании кремния " описана методика приготовления экспериментальных образцов с помощью диффузии и имплантации, а также методика определения параметров легированных слоев - глубины перехода, поверхностного сопротивления, поверхностной концентрации и количества электрически активной и неактивной примеси в слое. Рассмотрены общие вопросы подготовки образцов и кратко описаны методы исследований. В качестве среды отжига использовались азот, аргон, сухой и влажный кислород. Концентрационные распределения примеси в системе БЮд-З! исследовались методом ВИМС, а электрически активной её части - методом дифференциальной проводимости. Кратко рассматривается сущность этих методов и способы, которые были использованы для минимизации количественных ошибок ВИМС-анализа и получения количественных данных.

При экспериментальном исследовании механизма диффузионно-сегрегационного перераспределения легирующих примесей в системе использовался комплексный подход, основанный на получении концентрационных распределений (КР) легирующей примеси в системе 8102-8! методом ВИМС и их

анализе в рамках численной модели, учитывающей сопутствующие переносу эффекты.

Распределение примеси в системе при легировании методом ион-

ного внедрения моделировалось при помощи функции Пирсона типа IV с использованием опубликованных данных о величинах моментов этого распределения.

Моделирование перераспределения примесей при отжиге в инертной и окислительной средах осуществлялось путём решения краевых задач с неподвижной и подвижной границами для нелинейного уравнения диффузии.

При численном моделировании диффузионно-сегрегационного перераспределения примеси рассматривалась система БЮг-Б! с движущимися во времени границами раздела в системе координат привязанной к объёму кремния с началом координат, совпадающим с исходным положением МФГ БЮг^ ^(О).

Область численного решения задачи представляет собой две граничащие подобласти - в диоксиде -Х^^СО» 0< ? < ^ } и в кремнии Я*, = {*](/) <

время отжига, глубина области решения в кремнии. Уравнение, описывающее миграцию примеси в диоксиде кремния имеет вид:

5Г аа дх

(1)

где С\ И £>] - концентрация и коэффициент диффузии примеси в диоксиде кремния. - скорость окисления, - толщина диоксида

кремния.

Кинетика окисления кремния описывалась линейно-параболической зависимостью Г = Ф^/Кр + Я. Значения параболической Кр и линейной К1 констант скорости окисления кремния определялись аппроксимацией экспериментальных кинетических кривых для используемых в эксперименте окислительных сред или брались из литературных источников.

При численном математическом анализе перераспределения примесей в системе учитывался ряд сопутствующих явлений: влияние уровня

Ферми на диффузию при высоких концентрациях примеси в кремнии, явление кластеризации, влияние окисления на диффузию примеси в кремнии, переходная ускоренная диффузия (ПУД) имплантированной примеси, образование локального ППК примеси.

Предполагалось, что в кремнии поддерживается локальное равновесное состояние в системе собственных точечных дефектов и носителей заряда. Концентрационные зависимости коэффициентов диффузии примесей, учитывали вклад в диффузию СТД, находящихся в различных зарядовых состояниях.

При высоких концентрациях примеси возможно образование кластеров, в которых примесные атомы находятся в электрически неактивном и не способном к миграции состоянии. Явление способно замедлить скорость миграции примеси в кремнии. Учёт явления кластеризации в задаче о диффузионно-сег-

регационном перераспределении примеси в системе 8102-8! осуществлялся путём введения множителя к коэффициенту диффузии с использованием связи электрически активной и полной концентрации примеси. При этом задача решалась относительно полной концентрации примеси в предположении о том, что при динамическом равновесии между кластеризованной и подвижной формами миграция подвижных атомов примеси будет приводить к эффективному перемещению кластеризованных атомов, и не будет приводить к их кинетическому захвату надвигающейся МФГ вЮ^ь

При описании диффузии в кремнии в процессе отжига в окислительной среде учитывалось влияние возмущения в ансамбле СТД, вызванное генерацией СМА на движущейся МФГ вК^/вь В связи с этим коэффициент диффузии примеси в кремнии будет зависеть от скорости окисления. В предположении, что исследуемые примеси диффундируют в решётке кремния по дуальному ва-кансионно-непрямому междоузельному механизму, коэффициент диффузии определялся соотношением: - коэффициент диффу-

зии в кремнии в равновесных по СТД условиях, /^и/; - относительные доли диффузии по вакансионному и непрямому междоузельному механизмам, соответственно =1); ау=У/Уед и а/=///,,? - коэффициенты пересыщения (или недосыщения) по вакансиям и собственным междоузельным атомам, соответственно, - концентрации равновесных и неравновесных вакансий и СМА, соответственно.

При диффузии примеси из ионно-имплантированных слоев кремния наблюдается явление переходной ускоренной диффузии, обусловленное повышенной концентрацией СТД вследствие распада введённых ионной имплантацией радиационных дефектов. Оно учитывалось введением к коэффициенту диффузии примеси в кремнии множителя вида:

ускорение диффузии в начальный момент времени, характеристическая постоянная времени ПУД.

При учёте эффекта образования ППК полагалось, что его причиной является изменение свободной энергии примесных атомов в приповерхностной области кремния по сравнению с объёмом. Пространственное распределение концентрации примеси, соответствующее термическому равновесию, имеет в этом случае вид: - концентрация примеси в объёме

кремния, <1Еь - приращение свободной энергии атомов примеси на МФГ при х=0. Полагалось, что функция пространственного распределения свободной энергии имеет вид: АхУ=\1[\+х1х,^\, где* - координата, отсчитываемая от МФГ в глубь кремния, характеристическая длина изменения свободной энергии.

С учётом указанных сопутствующих явлений уравнение, описывающее миграцию примеси в кремнии имеет вид:

Условие сопряжения на МФГ ЗЮ^^ в предположении равновесного ха-

рактера процесса сегрегации имеет вид:

——а \С.

дС„

ЭС, дх

кТ

(3)

В качестве начального условия при анализе экспериментальных данных использовалось полученное экспериментальным путём или моделированием распределение концентрации примеси, сформированное в системе на

предыдущей операции - диффузии в инертной среде или легировании методом ионного внедрения:

Численная реализация задачи для уравнений (1), (2) с граничным условием (3) осуществлялась на компьютере путем редукции её с заменой переменных к задаче с неподвижными границами с заменой переменных

Приводятся результаты исследований перераспределения бора в кремнии на границе с боросиликатным стеклом в процессе двухстадийной диффузии из пластин нитрида бора. При использовании на первой стадии азота в качестве газа-носителя на границе между образующимся БСС и кремнием вырастает пограничный трудно растворимый слой "SiB-фазы". Он является продуктом химической реакции между бором и кремнием, образуется при диффузии в широком диапазоне температур, не представляет собой диффузионного барьера и имеет низкое поверхностное сопротивление.

При проведении эксперимента диффузия бора проводилась при температуре 1123 К в две стадии: в потоке азота с добавкой 1% сухого кислорода в течение 5-95 мин, а затем для удаления "SiB-фазы" 5 мин - в потоке сухого О2. Для части образцов с целью предотвращения образования "SiB-фазы" в системе БСС^ на первой стадии диффузии в поток азота вводилось 3% кислорода.

При проведении процесса диффузии целиком в потоке азота не зависимо от времени отжига под слоем БСС образуется трудно растворимая в растворе плавиковой кислоты пленка "Si-B-фазы" толщиной 4 нм. Во время диффузии в две стадии при том же суммарном времени процесса вырастает легко растворяющийся в плавиковой кислоте слой толщиной 35 нм, пленка "SiB-фазы"

20

исчезает. Концентрация бора у поверхности кремния резко падает от 1.3-10 до (1.2-1.6) 1019 см '3. Изменение времени проведения процесса диффузии бора в потоке азота с 5 до 95 мин не влияет на величину уменьшения поверхностной концентрации примеси на заключительной стадии процесса, однако сказывается на количестве бора, ушедшего из приповерхностного слоя кремния. Последнее изменяется при этом от 50 до 18% от первоначального количества примеси, введённой в кремний.

В образцах, в которых образование пограничного слоя "SiB-фазы" предотвращалось, относительное обеднение приповерхностной области примесью значительно меньше по сравнению с окислением в присутствии пограничного слоя "SiB-фазы".

Обеднение приповерхностной области кремния бором в процессе окисления на второй стадии диффузии происходит в результате идущего на границе раздела с растущей пленкой вЮг диффузионно-сегрегационного перераспределения примеси в соответствии с которым бор, захватываясь движущейся границей раздела стремится уйти из кремния. Величины коэффициента сегрегации находились путем численного анализа экспериментальных концентрационных распределений в рамках математической модели процесса двухэтапной диффузии. Совпадение расчетных распределений с экспериментальными при проведении заключительной стадии диффузии в среде кислорода имеет место при значении коэффициента сегрегации т, = 0.04 для образцов содержавших пограничный слой '^Б-фазы" и от, = 0.22 для образцов, в которых

Рис. 1. Концентрационные распределения бора по глубине кремния при диффузии с образованием '^Б-фазы" (7=1223 К). Время и атмосфера отжига: 1,-30 мин. в N2, 2 3-25 мин. в N2 плюс 5 мин. в Ог- Сплошные кривые - расчет, точки — эксперимент (метод дифференциальной проводимости).

Обсуждаются возможные причины аномально низкой величины в случае наличия '^Б-фазы" в системе БСС-кремний. Наиболее вероятной причиной этого эффекта представляется образование на границе БСС с кремнием не чистого диоксида кремния, а слоя БСС с содержанием бора меньшим, чем на первом этапе диффузии в инертной среде. Этому процессу способствует образование на первой стадии диффузии в инертной среде обогащенного бором пограничного слоя '^-Б-фазы":

02 8Ю2 + В203 -» 8УВу02 (БСС). Отличие коэффициентов сегрегации бора в системах связано,

по-видимому, с различными состояниями и, следовательно, с различными химическими потенциалами бора в фазах и БСС.

С практической точки зрения обеднение приповерхностной области кремния бором может увеличивать кривизну формируемого р-п-перехода, увеличивать градиент концентрации примеси в его области пространственного заряда, приводя тем самым к уменьшению напряжения лавинного пробоя и затрудняя получение методом диффузии качественных примесных слоев с малой глубиной залегания.

его образование предотвращалось.

X, икы

Исследовалось перераспределение бора, имплантированного в Si ориентации (100) и (111), при термическом окислении в диапазоне температур 12731423 К. Установлено, что коэффициент сегрегации бора ms и степень ускорения диффузии aj зависят от условий термического окисления — окислительной среды, ориентации поверхности кремния и температуры. При одинаковых температурах наблюдаются следующие закономерности:

- т, (сух. Ог) < Щ (вл. 02) < т, (вл. HCl); а/ (сух. 02) < «/ (вл. HCl) < сц (вл. 02);

- т, и в/ уменьшаются с увеличением содержания HCl в сухом Ог;

- ms(\\\)<ms(l00) в сухом Ог-

Для окисления в сухом Ог кремния ориентации (111) величина коэффициента сегрегации изменяется в пределах ш,=0Л6-0.22; его температурная зависимость аппроксимируется функцией ms = 8.2 ехр(-0.43 эВ/кТ). При окислении во влажном Ог w,,s0.22, во влажном НС1 от^О.З и в обоих случаях практически нет зависимости от температуры.

Для окисления в сухом Ог кремния ориентации (100) при отсутствии паров HCl в сухом Ог ms=2.3 10z ехр(-0.74 эВ/кТ). Добавление паров HCl в среду сухого кислорода уменьшает mtt изменяя наклон зависимости mXT)'. ms = 1.92 103 ехр(-1.01 зШТ) - при добавлении 2% HCl и ms = 1.7103 ехр(-1.01 эВ/кТ), при добавлении 4% НС1 в среду сухого кислорода.

Исследовалось перераспределение фосфора имплантированного в Si(l 11), в процесса отжига в температурном диапазоне 1223 - 1423 К в средах аргона, сухого и влажного

Рис. 2. Концентрационные распределения Р в системе SiO^-Si после термического окисления (Г=1223К, t=20 мин, вл. 02) имплантированного слоя Si(lll){£^= 100 кэВ, Q-7.5-1015 см"2). 1 - эксперимент (ВИМС), 2 - расчйт без учета ПУД (т3 = 50.5), 3 -расчёт с учётом ПУД (т] = 50.5), 4 - расчет с учётом ПУД и зависимостью rnj{\+1,4exp(-t/T). (<i®i=0.12эВ, xm=l 0 нм, т\ =50 5

Во всех образцах не зависимо от среды и температуры отжига в тонком приповерхностном слое кремния толщиной 10-15 нм наблюдается локальный ППК фосфора. Образование ППК фосфора имеет место при отжиге как в окислительных, так и в инертной средах. Отношение максимальной концентрации примеси в таком пике к концентрации у его основания оно слабо уве-

личивается с уменьшением температуры и в пределах погрешности определения концентрации примеси практически не зависит от состава среды окисли-

тельного отжига Ширина ППК на уровне, составляющем половину его высоты, около 10.0-12.5 им. В результате численного анализа величина с1Еь в среде сухого Ог составила 0.14 эВ, а в среде влажного О2 - 0.12 эВ при хт = Юнм.

Показана роль неравновесного состояния ансамбля СТД вследствие отжига имплантационных дефектов при термическом оксидировании ионно-им-плантированных слоев кремния. Оно приводит не только к ускорению диффузии примеси в объёме кремния (ПУД), но и оказывает влияние на накопление фосфора в приповерхностной области кремния - вследствие сегрегационного оттеснения движущейся МФГ - и на образование локального ППК - в

результате миграции примеси из объёма к поверхности кремния.

Установлено, что коэффициент сегрегации фосфора на МФГ ЗФгЛй, зависит не только от температуры и типа среды оксидирования, но также и от времени с той же характеристической постоянной, что и переходная ускоренная диффузия в кремнии. Амплитуда ПУД найдена равной Ао= 31, а характеристическая постоянная времени аппроксимируется функцией г(7) = 1.4-10"7ехр(2.33 эВ/кТ), с.

Путём численного анализа экспериментальных данных показано, что учёт процесса образования ППК позволяет описать перераспределение фосфора при термическом окислении однородно легированных слоев кремния.

Исследовалось перераспределение сурьмы, имплантированной в Si( 111). Образцы отжигались при температуре 1473 К 4 часа в среде сухого кислорода. Установлено, что перераспределение сурьмы при термическом оксидировании кремния, характеризуется «15=210-230, образованием на МФГ БЮг^! ППК с г=~ 9-12 (¿£¿=0.26-0.3 эВ, хт-14 нм), и влиянием ПУД (Ае=31, 7=164 с) на скорость его роста.

Предложена физико-химическая модель реакционной сегрегации примеси в системе БЮг-Б!, в рамках которой интерпретируются полученные результаты. Модель исходит из того, что на МФГ со стороны существует реакционная зона, в которую из кремния переходят примесные атомы. Термическое оксидирование приводит к связыванию части примесных частиц в собственный оксид, делает их неподвижными и выводит из процесса обмена атомами примеси между реакционной зоной и граничащей с нею атомной плоскостью кремния. Для обеспечения химического взаимодействия атомов примеси с частицами окислителя с образованием собственного оксида и встраиванием его структурного фрагмента в сеточную структуру диоксида кремния необходимо потребление некоторого "свободного объёма" Источником его в процессах окисления, как кремния, так и примеси может служить вакансионная подсистема СТД в окрестности МФГ БЮг/ЗЦ, а для коэффициента сегрегации может быть получена зависимость вида: ш1 = т\/аУг где ару-относительная концентрация вакансий в кремнии по отношению к термически равновесной величине, а имеет смысл равновесного коэффициента сегрегации в случае невозбуждённого состояния ансамбля СТД. В рамках предложенной модели реакционной сегрегации в системе определена температурная зависимость равновесного ко-

эффициента сегрегации фосфора: т= 24 в сухом 02 и 4.2-102ехр(-0.22 эВ/кТ) во влажном 02.

Процессы, влияющие на генерацию СТД на МФГ Si02/Si, будут влиять на интенсивность химической реакции окисления примесных атомов, а, следовательно, и на сегрегационный перенос примеси через МФГ. При оксидировании ионно-имплантированных слоев кремния концентрация собственных точечных дефектов на межфазной границе изменяется со временем в результате отжига имплантационных нарушений, что приводит к временной зависимости коэффициента сегрегации фосфора.

Модель позволяет объяснить влияние среды окисления и ориентации поверхности на коэффициент сегрегации примеси бора в системе Добавление паров НС1 в сухой 02 оказывает ускоряющее действие на кинетику окисления, вызывая увеличение скорости окисления. Причиной этого может быть травление поверхности кремния парами НС1, в результате чего регулярные атомы кремния удаляются из узлов решётки на МФГ со стороны диоксида, с образованием вакантных узлов, поставляющих дополнительный "свободный объём" для окисления кремния. Взаимодействие образующихся вакансий с междоузельными атомами кремния приводит к уменьшению концентрации последних. Об этом свидетельствует наблюдаемое ослабление ДУО бора в кремнии при увеличении содержания НС1. Добавление паров НС1 в сухой кислород приводит к увеличению, поставки ускорению процесса окисления бора на МФГ со стороны диоксида и, следовательно, к усилению сегрегационного переноса бора через МФГ Si02/Si из кремния в диоксид. Это проявляется в наблюдаемом уменьшении при увеличении содержания НС1 в окислительной среде.

Добавление паров НС1 во влажный кислород приводит к понижению давления паров окислителя и, к замедлению скорости окисления и генерации Эта причина замедляет и образование структурного фрагмента оксида бора, приводя тем самым к ослаблению сегрегационного переноса бора через МФГ Si02/Si из кремния в диоксид, что проявляется в наблюдаемом увеличении коэффициента сегрегации, т,,(вл.НС1)>7я/вл.02). Пониженная скорость окисления и травящий эффект в среде влажного HCl как следствие будут давать меньший уровень СМА и ДУО: afen. HCl ) < 0/(вл. 02) по сравнению со средой влажного кислорода (без добавки НС1).

Окисление Si (111) по сравнению с Si (100) характеризуется более высокой скоростью окисления ^(111)>К<и(100), что обусловлено более высокой поверхностной плотностью доступных связей на поверхности (111). Однако для ДУО бора - наоборот, имеем Этот результат может быть обу-

словлен, с одной стороны, исчезновением ориентационной зависимости скорости окисления при параболическом режиме окисления, а с другой стороны, повышенной поверхностной плотностью ловушек - стоков па поверхности Si( 111) для избыточных междоузельных атомов кремния. Поэтому МФГ Si02/Si(lll) по сравнению с МФГ будет характеризоваться меньшей эффектив-

ной скоростью генерации СМА, и соответственно, большей скоростью генерации Ур. Это проявится в ускорении процесса окисления бора на МФГ со стороны диоксида и, следовательно, в усилении сегрегационного переноса бора через МФГ БЮ^/Б! из кремния в диоксид кремния, что и приводит к соотношению

Глава 4 "Моделирование диффузии и сегрегации легирующих примесей при термическом оксидировании кремния" посвящена теоретическому анализу механизмов диффузии и сегрегации легирующих примесей в условиях термического оксидирования кремния.

В рамках статистической теории дефектных кристаллов проанализирован сегрегационный переход примесей замещения через границу раздела двух твердых фаз. Получены кинетические уравнения, описывающие сегрегационный поток Р, примесных частиц через МФГ при неравновесных условиях для практически важных случаев диффузии примеси замещения в контактирующих твёрдых фазах по вакансионному и по непрямому междоузельному, с замещением, механизму. Рассмотрение проведено в предположении о том, что на характер сегрегационного процесса влияет химическая реакция окисления примесных частиц на МФГ, отклонение по обе стороны МФГ от значений, соответствующих равновесию концентраций атомов примеси и собственных точечных дефектов, а также потенциальной энергии взаимодействия примесных атомов с кристаллической решеткой.

Проведённый анализ показал, что в том случае, когда можно пренебречь кинетическим захватом примесных атомов надвигающейся МФГ, а также отклонением по обе стороны МФГ от соответствующих равновесию значений потенциальной энергии взаимодействия примесных атомов с матрицей, на характер процесса сегрегационного переноса примеси может оказывать влияние состояние ансамбля СТД. Неравновесный характер сегрегации вакансий или междоузельных атомов кремния на МФГ, а также нарушение равновесия в ансамбле СТД в окрестности МФГ может выступить как фактор, влияющий на характер сегрегационного переноса примеси. Это приведёт к тому, что коэффициент сегрегации будет иметь эффективную величину, а относительные концентрации СТД будут характеризовать степень его отклонения от равновесной величины.

В том случае, когда характер сегрегации СТД на МФГ можно считать равновесным, а механизмы диффузии примеси в обеих фазах системы одинаковы, эффективный коэффициент сегрегации примеси будет обратно пропорционален относительной концентрации неравновесных вакансий. Эта зависимость отражает реакционную природу сегрегации легирующих примесей при термическом оксидировании кремния.

Разработана математическая модель диффузионно-сегрегационного перераспределения примесей в системе в условиях неравновесного харак-

тера сегрегационного процесса. В качестве фактора, влияющего на характер сегрегационного переноса через МФГ, рассматривался кинетический захват примесных атомов в растущую плёнку БЮг- При составлении баланса потоков на МФГ SiО2Si будем описывать сегрегационный поток через МФГ с использованием кинетической модели первого порядка Т*1, = А¡(Сох - Сз/т^), а граничное условие на движущейся границе раздела должно быть дополнено условием равенства сегрегационного потока р, диффузионному потоку на МФГ со стороны кремния: (Со* - а-С$) -Уах—Ры, ^а» = Р, .

В рамках модели были численно проанализированы экспериментальные данные работы [2], в которой изохронному отжигу во влажном кислороде в диапазоне температур 973 - 1273 К подвергали образцы кремния ориентации (111) и (100) с ионно-легированными фосфором слоями. На основе анализа определена температурная зависимость коэффициента массопереноса А, = 5.7-ехр(-1.78 эВ/кТ) см/с и предложен практический критерий равновесности сегрегационного процесса: при котором хотя и не достигает своей равновесной величины, но основная часть фосфора при окислении остается в кремнии.

10" Вж

см'

10

Рис. 3. Зависимость оставшегося в кремнии количества фосфора от температуры окисления во влажном Ог. Точки - эксперимент [2], сплошные линии -расчет: 1 - для Si(111), 2 - для 8^100).

700 973

750 1023

800 1073

8507*, С 900 1123 Т.К. Ц73

950 1173

1000 1273

В рамках модели, учитывающей неравновесный характер процесса сегрегации на движущейся межфазной границе раздела были описаны экспериментальные концентрационные распределения бора в системе полученные в работе [3] в условиях окислительных отжигов в парах воды под давлением от 1 до 20 атм при температуре 1193 К. Проанализировано влияние давления окислителя на перераспределение бора в системе Показано, что наблюдаемое изменение отношения локальных концентраций примеси на МФГ с ростом давления окислителя обусловлено отклонением сегрегационного процесса от равновесия и зависит только от скорости окисления при сохранении неизменным равновесного коэффициента сегрегации.

На основе экспериментальных результатов изложенных в главе 3 и в работе [4] разработана количественная модель эффекта образования ППК фос-

фора в приповерхностной области кремния при термообработках. Основные положения модели следующие.

Полагается, что при высокой концентрации примеси доминирует вакан-сионный механизм миграции примеси с участием Е-центров предполагающий взаимодействие положительно ионизованных атомов фосфора Р+ с отрицательно заряженными вакансиями V* с образованием нейтральных Е-центров в соответствии с квазихимической реакцией:

где - константы скоростей прямой и обратной реакции соответственно.

Полагается, что явление связано со свойством самой поверхности кремния, вследствие которого в приповерхностной области кремния свободная энергия подвижных дефектов - нейтральных Е-центров и отрицательно заряженных вакансий имеет минимум, что при отжигах вызывает направленный поток этих дефектов из объёма к поверхности. Особое свойство поверхности учитывается введением потенциала вида: - координата, от-

считываемая от поверхности кремния, параметры.

При высоких концентрациях примеси, близких к пределу твердой растворимости фосфора в электроактивной форме (См » 2.5-Ю20 см"3) в кремнии, часть атомов фосфора, способна создавать многочастичные электрически неактивные неподвижные комплексы вида Полагалось, что процесс кластерообразо-вания носит равновесный характер и обмен атомами фосфора между подвижной (активной) и неподвижной (неактивной) формами достаточно быстрый. Характеристические времена захвата или освобождения примесного атома из кластера значительно меньше времени отжига.

Под действием притягивающего поверхностного потенциала подвижные У-вакансии и Е-центры мигрируют из объёма к поверхности, обогащая приповерхностную область. Образовавшиеся при распаде Е-центров свободные V-вакансии частично образуют со свободными атомами фосфора новые Е-центры, а частично поглощаются конкурирующими стоками (поверхность кремния, дислокации, атомы кислорода и т.п.). В результате распада пришедших из объёма неравновесных Е-центров в приповерхностной области кремния возрастает концентрация атомов фосфора Р+, образуя приповерхностный пик концентрации. Эта качественная картина описывается следующей системой дифференциальных уравнений:

*1

Р+ + У «Е 'к2

(4)

дх V, ах )

(5)

где Е, V - концентрации ионизированного фосфора, Е-центров и отрицательно заряженных вакансий соответственно, Иу - коэффициент диффузии отрицательно заряженных вакансий, к, - константа скорости ухода вакансий на стоки, V,' - термически равновесная концентрация вакансий в объёме кремния.

Уравнения (5-7) дополнялись уравнением связи полной Р, и электрически активной Р+ концентрации фосфора [1 ].

Модель позволяет описать результаты работы [4], в которой методом спектрометрии Оже-электронов была определена концентрационная зависимость относительного обогащения фосфором приповерхностной области однородно легированных подложек кремния в процессе окислительного отжига при 1173 К. В рамках разработанной модели концентрационная зависимость ППК объясняется следующим образом. В диапазоне низкой концентрации процесс накопления примеси конкурирует в основном с процессом захвата ионизированными атомами фосфора свободных У-вакансий с образованием новых Е-центров. Скорость накопления фосфора при этом пропорциональна концентрации неравновесных Е-центров. С повышением уровня легирования подложки концентрация Е-центров, и, следовательно, скорость накопления фосфора возрастают. Это должно привести к тому, что при изохронном отжиге большая относительная высота ППК должна наблюдаться в образцах с более высоким уровнем легирования. Однако, по мере приближения концентрации электрически активного фосфора к пределу растворимости характерной для данной температуры отжига, на накопление фосфора все большее влияние будет оказывать процесс комплексообразования. Часть накопленного фосфора будет переходить в неактивное состояние, и не будет участвовать в описываемых уравнениями (5-7) процессах. Это приведет к насыщению скорости образования ППК и уменьшению его относительной высоты, которая при дальнейшем увеличении концентрации примеси в подложке в пределе будет стремиться к 1.

Рис. 4. Концентрационная зависимость относительной высоты ППК фосфора. Точки - эксперимент [4], кривая - расчет.

Накопление фосфора в ППК будет продолжаться до тех пор, пока в приповерхностной области в системе не установится равновесие. Время

установления характеризующее процесс достижения ППК своего стационарного состояния, обратно пропорционально концентрации свободных отрицательно заряженных вакансий Концентрация отрицательно заряженных вакансий возрастает с температурой отжига и прямо пропорциональна концентрации фосфора в подложке. Поэтому ППК в образцах с разным уровнем

легирования, подвергнутых изохронным отжигам при одинаковой температуре, будут иметь разный уровень нестационарности, а именно, с уменьшением уровня легирования подложки уровень нестационарности ППК будет увеличиваться, т. е. модель предсказывает появление ППК в образцах с уровнем концентрации фосфора, меньшим используемого в эксперименте Однако время отжига, необходимое для его появления, должно увеличиваться обратно пропорционально уровню легирования подложки и превышать 100 -1000 часов при Сь= М017-1-1018см'3.

В рамках модели объяснено снижение относительной высоты ППК при компенсационном легировании бором. Согласно предлагаемой модели этот эффект обусловлен уменьшением концентрации отрицательно заряженных У-ва-кансий и, следовательно, Е-центров в образцах легированных бором вследствие понижения уровня Ферми.

Для примесей В и Р экспериментально установлено ослабление эффекта ДУО с увеличением уровня легирования кремния выше собственной концентрации носителей заряда при температуре окислительного отжига [5-9], а также при введении примеси ве в систему БЮг-Б! [10-11]. Разработана количественная модель явления, основанная на положении о том, что доминирующей причиной ослабления ДУО служит рекомбинация генерируемых при термическом окислении избыточных СМА на центрах, связанных с легирующей примесью.

Основные положения её следующие. При термическом оксидировании кремния МФГ служит источником неравновесных СМА. Скорость гене-

рации СМА на МФГ со сторопы кремния прямо пропорциональна скорости окисления. Генерируемые в процессе оксидирования неравновесные СМА диффундируют в глубь кремния, ускоряя диффузию примесей замещения, уходят на объёмные рекомбинационные центры и стоки. В нелегированном кремнии роль объёмных фоновых стоков играют остаточные примеси и дефекты. В легированном кремнии возможен дополнительный уход СМА на центры, связанные с легирующей примесью. В качестве таких центров могут служить заряженные свободные вакансии, атомы легирующей примеси, а также пары леги-руюгцая примесь-вакансия, захват на которые осуществляется в соответствии с уравнениями: I + V —> Б, 1 + А—>А1, I + АУ А, где 8 - собственный атом кремния в узле, А - атом легирующей примеси, А1 - пара примесь-СМА, АУ -примесно-вакансионная пара. В кремнии, легированном ве, возможен дополнительный уход СМА на рекомбинационные центры, концентрация которых пропорциональна концентрации ве.

В соответствии с положениями модели при увеличении уровня изо-концентрационного легирования, а также в случае присутствия примеси ве в системе увеличивается интенсивность рекомбинации избыточных СМА на центрах, связанных с легирующей или дополнительной примесью. Это приводит к уменьшению относительной концентрации избыточных СМА, их вклада в про-

цесс диффузионного переноса примеси и, таким образом, к ослаблению эффекта ДУО.

При рассмотрении перераспределения как легирующей, так и дополнительной примеси (ве), в процессе термического окисления кремния учитывалось движение МФГ газ/БЮг с координатой *](/) и БЮг/^ с координатой *г(0>а также эффект сегрегационного переноса на МФГ БЮг/Бь В пренебрежении диффузией примесей в такое перераспределение описывается краевой задачей для системы уравнений совместной диффузии легирующей и дополнительной примесей, а также СМА:

где С - концентрация легирующей или дополнительной примеси, О и £)/ - коэффициенты диффузии примесей и СМА в кремнии, соответственно, - константы рекомбинации СМА на фоновых объемных ловушках и на центрах, связанных с легирующей или дополнительной примесью, соответственно.

Константа скорости рекомбинации избыточных СМА на центрах, связанных с легирующей примесью, зависит от зарядового состояния СМА и центра. Анализировались возможные различные варианты концентрационной зависимости константы скорости рекомбинации СМА в виде = (Кт)т-СА-рт'1 для акцепторной легирующей примеси или ки = (Кт)т-Со-пт'1 для донорной легирующей примеси, где т=1+3. В случае присутствия примеси ве в системе константа рекомбинации СМА полагалась пропорциональной локальной концентрации ве: ^ = ксеСсе(хЛ).

Подсистема уравнений (8, 9) для каждой из рассматриваемых примесей (В, Р и ве) дополнялась условием сопряжения на движущейся границе ЗЮг/^, которое в предположении равновесного характера процесса сегрегационного переноса через МФГ ЗЮгЛЗ! имеет вид:

Я ¿С(х2, !)/& + Гсх(а-11т, )С(х2,0 = 0.

Граничным условием для СМА является условие равенства скорости их поверхностной генерации на МФГ БЮг^ Хг(/) со стороны кремния С?/ диффузионному потоку в глубь кремния и скорости поверхностной рекомбинации СМА ст на МФГ:

где <7; = ауУтЫ$, у- количество СМА, образующихся на МФГ со стороны кремния при образовании одной молекулы диоксида, - концентрация молекул в диоксиде кремния.

При моделировании ДУО полагалось, что как легирующая, так и дополнительная примесь, диффундируют в решетке кремния по дуальному ваканси-онно-непрямому междоузельному механизму.

Показано, что увеличение скорости рекомбинации с ростом уровня легирования приводит к уменьшению поверхностной концентрации избыточных СМА, генерируемых на МФГ SiО2/Si при термическом окислении кремния.

Из сравнения расчетных концентрационных распределений и зависимостей относительного коэффициента ДУО <Ди>/£>лг2 для примесей бора и фосфора с экспериментальными при донорном и акцепторном изоконцентрацион-ном легировании определены константы скорости рекомбинации избыточных СМА. Оценки радиусов взаимодействия показывают, что наиболее вероятными центрами захвата СМА являются пары легирующей примеси с вакансиями. Проведено обсуждение других моделей ослабления ДУО и дано объяснение влияния на ДУО слабо легированного слоя на поверхности сильно легированного. Увеличение ДУО при наличии на поверхности эпитаксиального слоя связано с малой концентрацией рекомбинационных центров в слабо легированном эпитаксиальном слое и увеличением по этой причине поверхностной концентрации избыточных СМА. Поверхностная концентрация СМА в образце со слабо легированным эпитаксиальным слоем на сильно легированной подложке существенно выше, чем в образце с тем же уровнем легирования подложки. При этом она меньше, чем в образце с низким уровнем легирования, что связано с оттоком СМА от поверхности эпитаксиального слоя в сильно легированную подложку, где высока скорость рекомбинации.

В результате моделирования показано, что ослабление эффекта ДУО примесей В и Р в присутствии примеси Ge лучше описывается посредством учёта объёмной рекомбинации СМА на германиевых центрах, чем влиянием Ge на скорость поверхностной генерации СМА на МФГ БЮ^Ь Из сравнения расчетов с экспериментальными концентрационными распределениями примесей определены параметры рекомбинации СМА на германиевых центрах при 1173 и 1273 К. Предполагается, что центрами рекомбинации могут являться комплексы Ge-V, для которых оценена энергия связи ~1 эВ. Обнаружено, что присутствие Ge вызывает уменьшение количества бора, переходящего в диоксид кремния, что объясняется увеличением коэффициента сегрегации бора. Измене-

Рис. 5. Концентрационное распределение ве (1,1') и В (2, 2'; 3, 3') после имплантации (В+: 100 кэВ, МО" см"2; Ое+: 160 кэВ, 41015 см"2) и отжига в паре Н20 (1273 К, 165 мин). 1-3 - эксперимент [10]. 1', 2', 3' -расчет, 3' - при кСе= 1.410"18 см3/с, т5: 1' - 100; 2' - 0.15; 3' -0.33.2.2' - без ве: 3.3' - с Ое.

,-18

-0,6 -0,4 -0,2 ол 0,2 0,4 0,й 0,8 1,0 1.2 х,мкм

ние коэффициента сегрегации бора на границе 8102/81 объясняется уменьшением химического потенциала атомов бора в пограничном слое кремния вследствие их упругого взаимодействия с атомами ве.

Разработана модель процесса формирования оксидной плёнки на поверхности монокристаллического кремния при его термическом оксидировании в среде сухого кислорода. Развиты модельные представления, основанные на рассмотрении системы, состоящей из монокристаллического кремния, находящегося на нём слоя диоксида кремния и тонкого переходного слоя между ними. Основные положения модели состоят в следующем:

Активные частицы окислителя диффундируют с внешней границы сте-хиометрического диоксида как из неограниченного источника с концентрацией С? к его границе с переходным нарушенным слоем. Подошедшие к внутренней границе раздела частицы окислителя переходят из диоксида в переходный слой, причем распределение их концентрации на этой границе будет испытывать скачок, так как количество вакантных позиций для них в сильно нарушенном, дефектном переходном слое выше, чем в диоксиде. Подобный переход описывается кинетическим уравнением первой степени для сегрегационного потока: h¡(Ctu - Cjn/ms), где С& и Cj„, - концентрации свободных частиц окислителя на границе диоксида с переходным слоем со стороны диоксида и переходного слоя соответственно.

Дефектный промежуточный слой играет роль стока для свободных частиц окислителя и содержит большое количество ловушек Тг с начальной концентрацией связывающих свободные частицы окислителя Ох в соответствии с квазихимической реакцией:

Ох + Тг Тгох

где - заполненные ловушки. Распределение концентрации свободных ловушек по переходному слою принято равномерным.

Рис. 6. Схематическая иллюстрация процесса дискретного формирования оксидного слоя на кремнии.

Переходя из слоя аморфного стеклообразного в переходный слой и захватываясь в нем на ловушки, частицы окислителя постепенно накапливаются на них, до тех пор, пока не будет достигнута их "критическая" концентрация Сс„ необходимая и достаточная для процесса формирования диоксида. В

этот момент практически "мгновенно" к слою БЮг прирастает новый "элементарный" слой стехиометрического БЮг толщиной Д¿1, в котором отсутствуют свободные, не вступившие в реакцию частицы окислителя.

Химическая реакция образования 8Юг экзотермическая. Так как высокотемпературная теплопроводность 81 значительно выше, чем 810^, а предполагается, что химическая реакция происходит практически мгновенно, то слой БЮг будет играть роль теплоотражающей стенки. При этом выделившаяся энергия будет распространяться преимущественно в сторону кремния, расходуясь на де-фектообразование в переходном слое и приводя к его распространению в глубь кремния. Это обусловливает возвращение всей системы в целом в исходное состояние в смысле структуры межфазного перехода.

Таким образом, в соответствии с моделью рост оксидной плёнки со временем осуществляется дискретно. Длительность временных промежутков, в течение которых будет прирастать новый "элементарный" слой диоксида будет увеличиваться со временем, так как процесс лимитируется диффузией частиц окислителя к промежуточному слою, а толщина растет со временем.

Система дифференциальных уравнений, соответствующая положениям модели и условий краевой задачи для них имеет следующий вид. Для концентрации свободных частиц окислителя в слое 8102:

а аЛ 01 & /

где х - координата, отсчитываемая от внешней поверхности диоксида, Иох - коэффициент диффузии свободных частиц окислителя в

, Для концентрации свободных частиц окислителя в переходном слое:

где Оф„ - коэффициент диффузии частиц окислителя в переходном слое,

кт - константа скорости захвата свободных частиц окислителя на связывающие

ловушки.

Для концентрации ловушек, заполненных частицами окислителя: ™ ~ ках •Сйп {ТГо -Тгох).

На внешней границе диоксида поддерживается постоянная концентрация частиц окислителя, равная их равновесной концентрации: СаХ.0) = С*.

Условие непрерывности потока на границе раздела стехиометрический диоксид - промежуточный слой имеет вид: р<1№ = Р„ -Р, = Рс1фт где Рй„ = -

диффузионные потоки частиц окислителя со стороны диоксида и переходного слоя соответственно.

Для свободных частиц окислителя в переходном слое на границе с монокристаллическим кремнием полагалось условие отражения:

Модель позволяет достаточно хорошо описать существующие экспериментальные данные по кинетике термического оксидирования монокристаллического кремния в диапазоне температур Т= 1223-1423 К в сухом кислороде, а также в условиях приложения постоянного электрического поля.

В главе 5 "Диффузионно-сегрегационное перераспределение примесей и приборные МДП структуры" приведены результаты исследования влияния диффузионно-сегрегационного перераспределения легирующих примесей в системе 8102-81 на параметры интегральных МДП транзисторов. Подобное перераспределение в процессе диффузионно-окислительных операций будет приводить к изменению концентрационного распределения примеси в подзатворной области МДПТ, к изменению заряда ионизированных атомов примеси в области пространственного заряда (ОПЗ) и, следовательно, к сдвигу порогового напряжения V, МДПТ по сравнению со случаем однородного легирования подложки. Однако этот эффект среди факторов, определяющих величину обычно не учитывают.

Разработана модель порогового напряжения МДПТ, учитывающая диффузионно-сегрегационное перераспределение примеси в его подзатворной области. Модель устанавливает количественную связь между режимами и последовательностью диффузионных и диффузионно-окислительных операций и величиной порогового напряжения МДПТ. Концентрационное распределение примеси в системе определялось путём решения задачи в приближении

равновесного характера сегрегационного процесса, в пренебрежении диффузией примеси в и с учётом влияния термического окисления на диффузию примеси в кремнии. Ширина ОПЗ и заряд ионизированных атомов примеси в ней определялись двукратным интегрированием уравнения Пуассона в подза-творной области МДПТ.

В рамках модели проведён численный анализ перераспределения основной легирующей примеси фосфора в системе на высокотемпературных операциях конкретного технологического процесса изготовления р-канальных МДПТ. Установлено, что эффект сегрегации фосфора на МФГ вЮг^ приводит к существенному (на 60%) увеличению заряда ионизированных атомов примеси в ОПЗ и сдвигу V, по сравнению со случаем однородного легирования подложки. Основная доза примеси, оттесняемой движущейся МФГ 8102/8! в глубь кремния, привносится в ОПЗ в процессе начального окисления, проводимого с целью формирования толстого, около 1.5 мкм, "полевого" маскирующего БЮг, обеспечивающего высокую величину паразитного

Экспериментально определение сдвига порогового напряжения проводилось в партиях приборов, изготовление которых предполагало проведение несколько раз цикла начального окисления с последующим стравливанием образовавшегося диоксида кремния. Представлены интегральные распределения величины порогового напряжения в партиях МДПТ, технология которых содержала разное количество подобных циклов, и соответствующие им концентрационные распределения фосфора в подзатворчой области МДПТ. Величины

расчётных сдвигов порогового напряжения удовлетворяют экспериментальным с точностью 10-20%, что свидетельствует о достаточно высокой адекватности разработанной модели.

Предложен способ управление величиной порогового напряжения МДПТ, при котором изменения заряда ионизированных атомов примеси в ОГО достигают путём проведения несколько раз цикла начальное окисление - стравливание образовавшегося диоксида. В частном случае такой способ может быть использован для повышения порогового напряжения паразитного МДПТ.

Отмечается, что технологические методы, направленные на снижение величины эффективного заряда в подзатворном диэлектрике делают его величину соизмеримой и даже меньшей, чем заряд ионизированных атомов примеси в ОПЗ, что приводит к соответствующему перераспределению вклада обоих типов заряда в величину порогового напряжения МДПТ и к необходимости количественного учёта сегрегации примеси в системе при технологическом проектировании МДП ИМС.

В главе 6 "Заключение" сформулированы основные результаты работы.

Основные результаты работы и выводы

1 — С помощью комплексной методики, включающей анализ полученных методом вторично-ионной масс-спектрометрии концентрационных распределений примеси в системе в рамках численной модели, учитывающей сопутствующие сегрегационному переносу эффекты, исследовано диффузионно-сегрегационное перераспределение бора. Получены количественные данные о коэффициенте сегрегации бора на межфазной границе и степени ускорения его диффузии в кремнии термическим оксидированием. Установлена зависимость коэффициента сегрегации бора на межфазной границе степени ускорения его диффузии в кремнии от типа окислительной среды (сухой Ог, влажный Ог, а также добавок в них паров НС1), ориентации поверхности кремния и температуры окислительного отжига. Показано, что тип среды окислительного отжига влияет на сегрегационный перенос бора чрез межфазную границу

что проявляется в изменении величины и температурной зависимости коэффициента сегрегации бора. Показано, что присутствие паров НС1 в сухом О2 увеличивает, а во влажном уменьшает сегрегационный перенос бора через межфазную границу из кремния в диоксид кремния при ослаблении диффузии, ускоренной оксидированием в обоих случаях.

Разработана физико-химическая модель, позволяющая интерпретировать полученные результаты, основываясь на положениях о реакционном характере сегрегационного переноса бора через межфазную границу и влиянии на

него генерируемых на МФГ собственных точечных дефектов.

2 — Обнаружен эффект аномально сильного обеднения приповерхностной области кремния бором в процессе двухстадийной диффузии при отжиге в окис-

лительной среде в том случае, когда в образованной на первой стадии системе боросиликатное стекло - кремний присутствует пограничный слой 81Б-фазы.

3 - Показано, что в узкой приповерхностной области у МФГ 8Юг/81 со стороны кремния имеет место локальное накопление фосфора. Оно усиливается с уменынением температуры окислительного отжига и слабо зависит от типа окислительной среды (сухой О2, влажный О2); эффект наблюдается при отжиге как в окислительной, так и в инертной среде.

4 - С помощью метода ВИМС и численного анализа исследовано диффузионно-сегрегационное перераспределение донорных примесей фосфора и сурьмы при термическом окислении имплантированных слоев кремния в различных средах. Показано, что текущий коэффициент сегрегации фосфора зависит не только от условий окисления - температуры и типа окислительной среды (сухой Ог, влажный О2), но также и от времени. Установлена связь коэффициента сегрегации с переходной ускоренной диффузией фосфора из имплантированного слоя кремния. На основе полученных экспериментальных данных и их анализа показано, что неравновесное состояние ансамбля собственных точечных дефектов в кремнии является причиной неравновесного характера процесса сегрегационного переноса фосфора через межфазную границу БЮг/Бь Разработана количественная модель сегрегации фосфора, основанная на положении о реакционном характере процесса, и описывающая влияние на коэффициент сегрегации неравновесных СТД, генерируемых при отжиге имплантационных нарушений и при термическом окислении кремния. В рамках предложенной модели определены температурные зависимости равновесного коэффициента сегрегации фосфора при отжиге в сухом и влажном кислороде, а также дано объяснение влияния среды отжига.

4 - Разработана количественная модель диффузионно-сегрегационного перераспределения легирующей примеси в системе 8102-5!, учитывающая кинетический захват примесных частиц растущим слоем диоксида кремния как причину отклонения характера сегрегационного процесса от равновесного состояния. Численным анализом экспериментальных данных в рамках модели показано, что использование положения о неравновесном характере сегрегационного процесса позволяет адекватно описать особенности и закономерности поведения фосфора при низкотемпературном оксидировании сильнолегированного кремния во влажном кислороде и бора при оксидировании кремния в парах воды при повышенном давлении. Определены величина и температурная -зависимость коэффициента массопереноса фосфора на межфазной границе

Предложен практический критерий равновесного характера сегрегационного процесса: г= ЛУР^Ю.

5 - Разработана физико-химическая и математическая модель накопления примеси фосфора в приповерхностной области кремния, основанная на положениях о миграции примеси в кремнии по вакансионному, в составе Е-центров, механизму, миграции компонентов диффузионного ансамбля (Е-центров и вакансий) к поверхности под действием поверхностного потенциала, и неполной

электрической активации фосфора при высокой концентрации примеси. Модель позволяет количественно описать концентрационную зависимость приповерхностного накопления, объяснить временную зависимость приповерхностного пика концентрации и подавление его образования при компенсационном легировании бором.

6 - При моделировании диффузии и сегрегации в системе 8102-81 в условиях термического оксидирования и высокой концентрации примеси реализовано положение о том, что причиной ослабления диффузии, ускоренной окислением в сильно легированных слоях кремния является объёмная рекомбинация избыточных собственных атомов на центрах, связанных с легирующей примесью. Показано, что увеличение скорости рекомбинации с ростом уровня легирования приводит к уменьшению поверхностной концентрации избыточных СМА, генерируемых на межфазной границе при термическом оксидировании кремния. Разработанные на основе этого положения физико-химические и количественные математические модели позволяют описать диффузионное перераспределение бора и фосфора при донорном и акцепторном изоконцентрационном легировании кремния, а также совместное диффузионно-сегрегационное перераспределение бора и фосфора с германием в системе

Численным анализом экспериментальных концентрационных распределений и зависимостей относительного коэффициента диффузии ускоренной окислением для примесей бора и фосфора при донорном и акцепторном изоконцентрационном легировании определены константы скорости рекомбинации избыточных собственных междоузельных атомов. Оценки радиусов взаимодействия показывают, что наиболее вероятными центрами захвата СМА являются пары легирующей примеси с вакансиями.

Численным анализом экспериментальных концентрационных распределений показано, что ослабление эффекта диффузии ускоренной окислением примесей В и Р в присутствии примеси ве лучше описывается посредством учёта объёмной рекомбинации собственных междоузельных атомов на германиевых центрах, чем влиянием ве на скорость поверхностной генерации СМА на МФГ Определены параметры рекомбинации СМА на германиевых центрах при 1173 и 1273 К. Предполагается, что центрами рекомбинации могут являться комплексы ве-У, для которых оценена энергия связи ~1 эВ.

Обнаружено, что присутствие ве в системе вЮг-в! вызывает ослабление сегрегационного переноса бора через межфазную границу приводя к

уменьшению количества бора, переходящего из кремния в диоксид кремния.

7 - Развиты модельные представления, основанные на рассмотрении системы, состоящей из монокристаллического кремния, находящегося на нём слоя диоксида кремния и тонкого переходного слоя между ними. Разработана количественная модель термического оксидирования, учитывающая процессы диффузии частиц окислителя с внешней границы стехиометрического оксида как из неограниченного источника к его границе с пограничным нарушенным слоем, сегрегационный переход частиц окислителя в нарушенный слой и при дости-

жении критической концентрации образование "элементарного" слоя оксида. В рамках разработанной модели в диапазоне температур Т- 1223 - 1423 К численно проанализированы экспериментальные данные по кинетике термического оксидирования кремния в сухом кислороде и установлена температурная зависимость толщины "элементарного" слоя оксида.

8 - В результате экспериментального исследования и математического моделирования установлена адекватная количественная связь между диффузионно-сегрегационным перераспределением фосфора в системе SiCVSi и пороговым напряжением р-канального МДП транзистора.

Автор выражает глубокую благодарность д.ф.-м.н, проф. О.В. Александрову за постоянный интерес к работе, многочисленные советы и консультации, к.т.н., с.н.с. А.П. Коварскому за выполнение измерений концентрационных распределений примесей методом ВИМС.

Цитируемая литература

1. Александров О.В. Комплексообразование при диффузии фосфора в кремнии / О.В. Александров, Н.В. Ашкинадзе, Р.З. Тумаров // ФТТ.-1984.-Т.26, N 2.-С. 632-634.

2. Carrier - concentration reduction in high-dose phosphorus-implanted silicon caused by wet-oxygen oxidation / K. Yagi, K. Oyu, M. Tamura [et al] // Appl. Phys. Letters.-1979.-Vol. 35, N 3.-P. 275-277.

3. Deroux-Dauphin P. The influence ofhigh pressure oxidation on boron redistribution in LOCOS structures / P. Deroux-Dauphin, J.P. Gonchond // J. Electrochem.Soc-1984.-Vol. 131,N 6.-P. 1418-1423.

4. Johannessen J. S. Observation of phosphorus pile-up at the SiO2-Si interface / J.S. Johannessen, W.E. Spicer, J.F. Gibbons // J. Appl. Phys.-1978.-Vol. 49, N 8.-P. 4453-4458.

5. Taniguchi K. Oxidation Enhanced Diffusion of Boron and Phosphorus in (100) Silicon / K. Taniguchi, K. Kurosawa, M. Kashiwagi // J. Electrochem. Soc-1980.-Vol. 127,N10.-P. 2243-2248.

6. Miyake M. Oxidation-enhanced diffusion of ion-implanted boron in silicon in extrinsic conditions / M. Miyake // J. Appl. Phys.-1985.-Vol. 57, N 6.-P. 1861-1868.

7. Miyake M. Oxidation-enhanced diffusion of ion-implanted boron in heavily phosphorus-doped silicon / M. Miyake // J. Appl. Phys.-1985.-Vol. 58, N 2.-P. 711715.

8. John J.P. Oxidation Enhanced Diffusion of Phosphorus in Silicon in Heavily Doped Background Concentrations / J.P. John, M. Law // J. Electrochem. Soc-1993.-Vol. 140, N5.-P. 1489-1491.

9. Roth D.J. Oxidation-Enhanced Diffusion of Boron and Phosphorus in Heavily Doped Layers in Silicon / D.J. Roth, J.D. Plummer // J. Electrochem. Soc-1994.-Vol. 141, N4.-P. 1074-1081.

10. Pfiester J.R. Anomalous co-diffusion effects of germanium on group III and V dopants in silicon / J.R. Pfiester, P.B. Griffin // Appl. Phys. Letters.-1988.-Vol. 52, N 6.-P. 471-473.

11 .LeGoues F.K. Dopant redistribution during oxidation ofSiGe / F.K.LeGoues, R. Rozenberg, B.S. Meyerson//Appl. Phys. Letters.-1989.-Vol. 54, N 8.-P. 751-753.

Содержание диссертации отражено в следующих публикациях

1. Афонин Н.Н. Влияние неоднородности структуры кристалла на неидентичность и рассогласование короткоканальных МОП транзисторов / Н.Н. Афонин, В.В. Гусаков // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТПО.-1987.-вып. 1.-С. 5764.

2. Афонин Н.Н. Влияние неоднородности структуры кристалла на идентичность и согласование короткоканальных МДП транзисторов / Н.Н. Афонин, В.В. Гусаков // Физические основы надежности и деградации полупроводниковых приборов. В 2 ч. Ч. 2 : тез. докл. П-й Всесоюз. научн.-техн. конф, Кишинев, 1986 г.-Кишинёв, 1986.- С. 25.

3. Афонин Н.Н. Прикладная программа двумерного моделирования операций планарного технологического процесса / Н.Н. Афонин // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТПО.-1987.-вып. 1.-С. 64-66.

4. Афонин Н.Н. Влияние перераспределения примеси фосфора при термическом окислении кремния на пороговое напряжение р-канальною МДП транзистора / Н.Н. Афонин, В.В. Гусаков // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТПО.-1987.-вып. 2.-С. 83-87.

5. Афонин Н.Н. Перераспределение фосфора в системе SW2-Si / О.В. Александров, Н.Н.Афонин, А.П. Коварский // Тез. докл. VI Всесоюзн. конф. по физико-химическим основам легирования полупроводниковых материалов.-Москва, 17-19 окт. 1988 г.-М, 1988.-С. 96-97.

6. Афонин Н.Н. Накопление фосфора в приповерхностной области кремния / О.В. Александров, Н.Н. Афонин // Тезисы докл. VI Всесоюзной конф. по физико-химическим основам легирования полупроводниковых материалов.-Москва, 17-19 окт. 1988 г.-М., 1988.-С. 97-98.

7. Перераспределение бора в кремнии на границе с боросиликатным стеклом / О.В. Александров, О.М. Аршинов, Н.Н. Афонин [и др] // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТГО.-1989.-ВЫП. 2.-С. 45-49.

8. Диффузионно-сегрегационное перераспределение донорных примесей в системе двуокись кремния - кремний / О.В. Александров, Н.Н. Афонин, Г.М. Гурьянов [и др] //Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТПО.-1989.-вып.2.-С. 50-55.

9. Афонин Н.Н. Накопление фосфора в приповерхностной области кремния / О.В. Александров, Н.Н. Афонин, А.П. Коварский // Электронная техника. Сер. 6, Материалы.-l 989,-вьтп. 4(241).-С. 73-75.

rCu ИЛЦЛУЛАЛЬНЛ» | t БИБЛИОТЕКА 1

I СПекрбу^ J J О» Ш «»_\

10. Афонин Н.Н. Моделирование перераспределения фосфора при термическом окислении кремния / О.В. Александров, Н.Н. Афонин // Известия вузов. Физика-1990.-К 12.-C. 97-98.

П.Афонин Н.Н. Физико-технологическая модель порогового напряжения МДП транзистора / Н.Н. Афонин // Известия вузов. Радиоэлектроника.-1991.^ 3.-С. 48-52.

12. Афонин Н.Н. Особенности перераспределения бора в приповерхностной области кремния при диффузии из боросиликатного стекла / О.В. Александров, Н.Н. Афонин, О.М. Аршинов // ЖТФ.-1994.-Т. 64, N 6.-С. 101-105.

13. Афонин Н.Н. Модель накопления фосфора в приповерхностной области кремния / О.В. Александров, Н.Н. Афонин // ФТП.-1996.-Т. 30, N 9.-С. 15701577.

14. Афонин Н.Н. Неравновесная; сегрегация фосфора в системе диоксид кремния - кремний / О.В. Александров, Н.Н. Афонин // ФТП.-1998.-Т. 32, N 1.-С. 19-23.

15. Афонин II.H. Термодинамика сегрегации примесей замещения на межфазной границе диоксид кремния - кремний / Н.Н. Афонин // Физические процессы в неупорядоченных полупроводниковых структурах : труды международной конф. US'99, Ульяновск, 1999,-Ульяновск, 1999.-С. 38.

16. Afonin N.N. Unequilibrium boron segregation at silicon thermal oxidation under pressure / O.V. Alexandrov, N.N. Afonin // Single crystal growth, strength problems, and heat mass transfer, 1999, P. 206.

17. Афонин Н.Н. Определение коэффициента сегрегации бора в системе диоксид кремния - кремний / О.В. Александров, Н.Н. Афонин, А.П. Коварский // Конденсированные среды и межфазные границы.-1999.-Т. 1, N 2.-С. 181-184.

18. Афонин Н.Н. Анализ сегрегации примесей замещения на межфазной границе диоксид кремний - кремний / Н.Н. Афонин // Конденсированные среды и межфазные границы.-1999.-Т. 1, N З.-С. 241-244.

19. Афонин Н.Н. Неравновесная сегрегация бора при термическом окислении кремния под давлением / О.В. Александров, Н.Н. Афонин // Конденсированные среды и межфазные границы.-2000.-Т. 2, N 2.-С. 128-131.

20. Афонин Н.Н. Численное моделирование процессов формирования тонкопленочных гетероструктур металл (полупроводник) - собственный оксид / A.M. Ховив, Н.Н. Афонин // Труды IX Национальной конференции по росту кристаллов НКРК-2000, Москва, 16-20 октября 2000 г., ИК РАН.-М., 2000.-С. 354.

21. Afonin N.N. The theory of discrete formation of the oxide films on a surface of semiconductors and metals under thermal, laser and field stimulation / A.M. Khoviv, N.N. Afonin, L.A Malevskaya // Single crystal growth and heat mass trans-fer.-2001.-Vol. l.-P. 229-233.

22. Afonin N.N. Unequilibrium phosphorus segregation at silicon thermal oxidation / O.V. Aleksandrov, N.N. Afonin // Single crystal growth and heat mass trans-fer.-2001.-Vol. 4.-P/859-862.

23. Афонин Н.Н. Анализ сегрегации примесей РЗЭ на межфазной границе a-Si/c-Si / О.В. Александров, Н.Н. Афонин // Фото- и электролюминесценция редкоземельных элементов в полупроводниках и диэлектриках : сб. трудов международного симпозиума, Санкт-Петербург, 23-24 окт. 2001 г.-СПб : Изд.-во СПбГТУ,2001.-С.ЗЗ.

24. Афонин Н.Н. Численное моделирование процессов формирования тонкоплёночных гетероструктур "металл (полупроводник) - собственный оксид" / A.M. Ховив, Н.Н. Афонин // Поверхность, Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования.-2002.^ 6.-С. 109-112.

25. Афонин Н.Н. Влияние генерации собственных точечных дефектов на сегрегацию бора в системе / О.В. Александров, Н.Н. Афонин // Аморфные и микрокристаллические полупроводники : сб. трудов III международной конференции, Санкт-Петербург, 2-4 июля 2002 г.-СПб : Изд.-во СПбГПУ, 2002.-С. 238.

26. Афонин Н.Н. Влияние примеси германия на сегрегацию бора на межфазной границе SiCVSî при термическом окислении кремния / Н.Н. Афонин // Конденсированные среды и межфазные границы.-2002.-Т. 4, N 2.-С. 101-106.

27. Афонин Н.Н. Модель диффузионно-сегрегационного перераспределения бора и фосфора в присутствии германия при термическом окислении кремния / О.В. Александров, Н.Н. Афонин // Физико-химические процессы в конденсированном состоянии и на межфазных границах : Материалы 1-й Всероссийской конференции ФАГРАН-2002, Воронеж 11-15 нояб. 2002 г., Воронеж : Изд-во ВГУ, 2002.-С. 262-263.

28. Афонин Н.Н. Модель формирования оксидной плёнки при термическом окислении монокристаллического кремния / A.M. Ховив, Н.Н. Афонин // Журнал Физической Химии.-2003.-Т. 33, N 3.- С. 1-3.

29. Afonin N.N. Influence of germanium on redistribution of a boron and phosphorus at silicon thermal oxidation / O.V. Aleksandrov, N.N. Afonin // Semiconductor Science and Technology.-2003.-Vol. 18.-P. 139-143.

30. Афонин Н.Н. Влияние окислительных сред на диффузионно-сегрегационное перераспределение бора в системе термический диоксид кремния - кремний / О.В. Александров, Н.Н. Афонин // ЖТФ.-2003.-Т. 73, вып 5.-С. 57-63.

31. Афонин Н.Н. Модель ослабления диффузии, ускоренной окислением, в сильно легированных слоях кремния / О.В. Александров, Н.Н. Афонин // ФТП.-2003.-Т. 37, N 6.-С. 649-656.

32. Афонин Н.Н. Влияние собственных точечных дефектов на сегрегацию фосфора в системе a-SiOî-C-Si / О.В. Александров, Н.Н. Афонин // Аморфные и микрокристаллические полупроводники : сб. трудов IV международной конференции, Санкт-Петербург, 5-7 июля 2004 г.-СПб : Изд-во СПбГПУ, 2004.-С. 3940.

Работы N 1,3,4, 7-14,24, 28,30,31 опубликованы в изданиях, соответствующих списку ВАК.

»21228

Научное издание

Афонин Николай Николаевич

ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЛЕГИРУЮЩИХ ПРИМЕСЕЙ ПРИ ТЕРМИЧЕСКОМ ОКСИДИРОВАНИИ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук

Лицензия ЛР № 040324

Подписано в печать 25.10.2004 г. Формат 60x84 1/16. Печать трафаретная. Гарнитура «Таймс». Усл печ. л. 2,25. Уч.-изд. л. 2,09. Заказ 289. Тираж 100 экз.

Воронежский госпедуниверситет. 394043, г. Воронеж, ул. Ленина, 86. Отпечатано с готового оригинала-макета в типографии университета.

Перечень сокращений, символов и специальных терминов

1. ВВЕДЕНИЕ

2. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

2.1. Эффект диффузионно-сегрегационного 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 Si02/Si

I ' Ч

2.2. Экспериментальные исследования сегрегации примесей на межфазной границе SKVSi

2.2.1. Экспериментальное определение коэффициентов сегрегации

2.2.2. Экспериментальное определение коэффициентов массо-переноса

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 диффузионно-сегрегационный процесс. Неравновесная сегрегация примесей

2.3.2. Эффект локального накопления примесей у межфазной границы Si02/Si

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 Si02/Si 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 65 v 2.5. Выводы. Постановка цели и задач работы

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИФФУЗИОННО-СЕГРЕГАЦИОННОГО 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

5. Л Л Способы подготовки образцов '

1 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 вторично-ионной масс-спектрометрии

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 диффузионно-сегрегационного перераспределения бора в системе диоксид кремния - кремний

3.3.1. Влияние окислительных сред на диффузионно-сегрегационное перераспределение бора в системе диоксид кремния — кремний

3.3.2. Влияние пограничного слоя "SiB-фазы" на диффузионно-сегрегационное перераспределение бора в кремнии на границе с боросиликатным стеклом v 3.4. Экспериментальное исследование диффузионно-сегрегационного перераспределения фосфора в системе диоксид кремния -кремний

3.5. Экспериментальное исследование диффузионно-сегрегационного 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 Si02/Si

4.2.1. Математическая модель неравновесного диффузионно-сегрегационного 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 диффузионно-сегрегационного 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. Физико-химическая и математическая модель совместного диффузионно-сегрегационного перераспределения бора и фосфора с гер^ушием

4.4.1. Ослабление эффекта диффузии ускоренной окислением при совместном диффузионно-сегрегационном 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. Физико-химическая и математическая модель формирования оксидной плёнки 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 ПЕРЕРАСПРЕ ДЕЛЕ -НИЕ ЛЕГИРУЮЩИХ ПРИМЕСЕЙ И ПРИБОРНЫЕ МДП СТРУКТУРЫ

5.1. Влияние перераспределения примеси фосфора при термическом окислении кремния на пороговое напряжение интегрального р-канального МДП транзистора

5.1.1. Экспериментальное исследование влияния диффузионно-окислительных отжигов на пороговое напряжение р-канального МДПТ.

5.1.2. Физико-технологическая модель порогового напряжения

МД1L транзистора

5.2. Влияние неоднородности структуры кристалла на неидентичность и рассогласование параметров однотипных короткоканальных МДП транзисторов

Актуальность темы. Интенсивное развитие твердотельной электроники характеризуется тенденциями к возрастанию функциональной и технологической интеграции и к уменьшению потребляемой мощности полупроводниковых приборов (111111) и интегральных микросхем (ИМС). Они проявляются в уменьшении геометрических размеров активных областей приборных структур, уменьшении глубины залегания р-п-переходов, всё большем приближении их к поверхности кристалла. При этом получение необходимых электрических характеристик и обеспечение высокого качества изделий требует поt, вышения уровня легирования примесных слоев, понижения температуры и сокращения продолжительности диффузионно-окислительных отжигов. В связи с этим возрастает влияние процессов, формирующих концентрационное распределение легирующих примесей в приповерхностной области кремния, на электрические параметры и качество изделий в целом.

Процессы легирования и термического оксидирования являются важнейшими в технологии микроэлектронных приборов на основе кремния. Оба этих процесса на протяжении многих лет являются объектом широкого изучения. Главным образом путем их совершенствования достигается уменьшение геометрических размеров приборных структур. Система диоксид кремния - кремний (Si02-Si), как основная гетероструктура, определяющая качество ИМС, и термическое оксидирование кремния как способ, позволяющий добиться наиболее высоких её характеристик, служат объектами широкого изучения в течение ряда последних десятилетий. К наименее изученным явлениям, связанным с термическим оксидированием кремния, относится диффузионно-сегрегационное перераспределение легирующих примесей в системе Si02-Si. Это явление приводит к появлению скачка в концентрационном распределении на движущейся межфазной границе (МФГ) Si02/Si и играет определяющую роль в формировании концентрационного распределения v примесей в её окрестности. Недостаточная изученность этого явления затрудняет установление адекватной количественной связи между режимами и последовательностью диффузионно-окислительных операций и концентрационным распределением основных легирующих примесей (В, Р, As, Sb) в системе Si02-Si, а также конструктивно-технологическими и электрическими параметрами приборных структур.

Экспериментальные исследования явления были направлены в основном на определение величины коэффициента сегрегации ms примесей на МФГ SiCVSi, как параметра, характеризующего её сегрегационные свойства. Большинство работ было посвящено сегрегационному поведению примеси бора, однако для сходных условий эксперимента литературные данные дают большой разброс величин ms. Отсутствуют общепринятые данные и о константе массопереноса легирующих примесей через МФГ Si02/Si. s Улучшая качество изделий, процесс формирования системы Si02-Si, проводят в различных окислительных средах, а также при пониженных температурах и повышенном давлении. При этом в процессе переноса основных легирующих примесей (В, Р, As, Sb) всё более проявляется целый ряд особенностей, связанных с влиянием термооксидирования на диффузию примесей в глубине кремния и на сегрегационный перенос примеси через межфазную границу МФГ Si02/Si.

Экспериментальными исследованиями было установлено влияние термического оксидирования на диффузионный перенос примесей в кремнии, усиливающееся при снижении температуры. Эта особенность экспериментально исследована достаточно обстоятельно. Причиной явления согласно доминирующей в литературе точке зрения служит активность движущейся МФГ Si02/Si как места генерации структурных дефектов - междоузельных атомов кремния. Однако в теоретическом плане особенности и механизмы диффузии примесей в кремнии при термическом оксидировании исследованы недостаточно полно. Отсутствуют модельные представления, позволяющие количественно описать ослабление диффузии, ускоренной окислением в условиях высокой концентрации примеси, а также в условиях присутствия в системе изо-валентной примеси германия.

Ряд других особенностей, например, связанных с влиянием типа окислительной среды на сегрегационный перенос примесей через МФГ SiCVSi, с явлением локального приповерхностного накопления донорных примесей, и^и совместное диффузионно-сегрегационное перераспределение легирующих примесей с электронеактивными примесями в кремнии, остаются недостаточно изученными.

Образование узкого приповерхностного пика концентрации (1 11 IK) донорных примесей на МФГ Si02/Si в процессе их перераспределения при термическом оксидировании в условиях высокой концентрации наблюдается вместе с "обычным" оттеснением донорной примеси в сторону кремния и в этом плане представляет собой сегрегационную аномалию. Предлагаемые качественные модели его, как правило, содержат физически необоснованные предположения. Не разработана количественная модель, позволяющая непротиворечивым образом описать весь комплекс экспериментально наблюдаемых закономерностей образования ППК.

К рассмотрению диффузионно-сегрегационного перераспределения легирующих примесей в системе Si02-Si в литературе подходят обычно в предположении о термодинамически равновесном характере сегрегационного процесса. Однако получены экспериментальные результаты, которые позволяют предположить, что фактор кинетического захвата примеси надвигающейся МФГ Si02/Si может приводить к существенному изменению характера сегрегационного процесса. Не развиты диффузионно-сегрегационные модели, позволяющие описать перераспределение примеси в системе с движущейся МФГ в условиях отклонения характера сегрегационного процесса от равновесного состояния.

Усложнение физической структуры кристалла ИМС приводит к резкому усилению взаимосвязи между электрическими рабочими параметрами изделий и технологическими режимами их изготовления, к снижению устойчивости технологического процесса и возрастанию влияния нестабильности режимов групповых планарных операций на параметры, выход годных и параметрическую надёжность ИМС [1]. При этом повышаются требования к пространственной воспроизводимости однотипных элементов структуры, как по кремниевой пластине, так и внутри кристалла ИМС.

Особенности и закономерности диффузионно-сегрегационного поведения легирующих примесей при термическом оксидировании кремния необходимо учитывать при изготовлении ППП и ИМС, в которых они определяют ряд конструктивно-технологических и электрических параметров и могут являться причиной их невоспроизводимости и деградации. Для этого наряду с совершенствованием технологии оксидирования и легирования необходимо дальнейшее, более полное изучение общих закономерностей процессов диффузии и сегрегации в системе Si02-Si. На его основе необходима разработка адекватных физико-химических и математических моделей процессов оксидирования и легирования, учитывающих особенности диффузии и сегрегации и служащих для проектирования и изготовления изделий твердотельной электроники на основе кремния. Представляет как научный, так практический интерес установление количественной связи между электрическими параметрами интегральных транзисторных МДП структур и последовательностью и режимами диффузионно-окислительных операций.

Вторая тенденция в развитии ИМС проявляется в необходимости параллельной разработки и оптимизации технологии, структуры компонентов и элементов ИМС, архитектуры и логической структуры приборов. Эффективное решение проблем, порождаемых действием указанных тенденций, предполагает создание и использование систем автоматизированного проектирования (САПР) в области разработки и производства полупроводниковых и микроэлектронных приборов. Однако САПР в настоящее время используются в основном при проектировании принципа работы, топологического рисунка и электрической схемы. Уйти в разработке технологий кремниевых ИМС от метода проб и ошибок позволит создание и внедрение в состав САПР прикладных программ и подсистем физико-технологического моделирования [2, 3]. Они призваны отразить влияние режимов и последовательности технологических операций на геометрические, конструктивно-технологические и электрофизические параметры приборных структур, и дать исходную информацию для следующих этапов проектирования - физико-топологического моделирования компонентов ИМС и схемотехнического моделирования ИМС. Сквозное физико-технологическое моделирование, осуществляемое в САПР, войдя в практику разработки и производства современных и перспективных ИМС, позволит решить следующие задачи:

- сократить сроки и стоимость разработки конструкции приборов и технологий за счёт существенного уменьшения объёма экспериментальных работ, повышения их эффективности, удешевления эксплуатации технологического оборудования;

- уменьшить долю операций контроля электрических и электрофизических параметров полупроводниковых структур, установив оперативную обратную связь между характеристиками прибора и технологией его изготовления;

- определить необходимые для схемотехнического и топологического проектирования нормы на конструктивно-технологические параметры приборных структур;

- ' провести анализ функций чувствительности параметров изделий к отклонению режимов технологических операций с целью определения путей повышения устойчивости проектируемого технологического процесса и оценки уровня миниатюризации, оптимального для данного уровня технологии.

С увеличением степени интеграции ИМС, уменьшением глубины залегания р-п-переходов до ~ 100 нм и толщины слоев диоксида кремния до ~ 10 нм, повышением уровня легирования примесных слоёв, возникает необходимость установления адекватной количественной связи между электрическими и конструктивно-технологическими параметрами приборных структур и режимами диффузионно-окислительных операций. Однако современный уровень понимания физико-химической природы процессов диффузии и оксидирования не отвечает задачам разработки новейших СБИС с субмикронными размерами топологических элементов [4]. Это обстоятельство тормозит практическое использование физико-технологического моделирования вследствие его низкой адекватности.

Поэтому наряду с изучением общих закономерностей диффузионно-сегрегационного перераспределения легирующих примесей, усовершенствование технологии легирования и термооксидирования кремния предполагает также разработку и использование в составе САПР адекватных физико-химических и математических моделей технологических процессов, учитывающих особенности диффузии и сегрегации.

4 Таким образом, дальнейшее, более полное исследование явлений диффузии и сегрегации легирующих примесей в процессе формирования системы SiCVSi при термическом оксидировании кремния, разработка их физико-химических и математических моделей, представляет собой актуальную научную и техническую проблему химии твёрдого тела, а также имеет большую практическую значимость для проектирования и изготовления полупроводниковых приборов на основе кремния.

Целью работы является установление фундаментальных закономерностей механизма диффузии и сегрегации основных легирующих примесей при термическом оксидировании монокристаллического кремния в различных условиях.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие основные задачи:

1. Экспериментальное исследование особенностей и закономерностей поведения основных легирующих примесей в системе диоксид кремния -кремний, проявляющихся при их высоких концентрациях, больших скоростях оксидирования, а также при изменении типа окислительной среды.

2. Разработка физико-химических и математических моделей, описывающих особенности и закономерности механизма диффузионно-сегрегационного перераспределения основных легирующих примесей в системе диоксид кремния - кремний. 3. Численный анализ экспериментальных результатов в рамках разработанных моделей и получение данных о величинах основных параметров, характеризующих исследуемый процесс.

4. Экспериментальное и теоретическое исследование влияния перераспределения примесей в процессе диффузионно-окислительных операций при формировании активных областей интегральных МДП транзисторов, определяющих их параметры.

Научная новизна работы заключается в том, что в результате выполнения экспериментального исследования поведения основных легирующих примесей в системе Si02-Si при термическом оксидировании монокристаллического кремния впервые установлен ряд новых закономерностей и более полно исследован ряд известных эффектов. Это позволило разработать адекватные физическо-химические и количественные математические модели изучаемого явления. Научная новизна результатов заключается в следующем.

1.Предложен комплексный подход к экспериментальному исследованию механизма диффузионно-сегрегационного перераспределения легирующих примесей в системе SiCVSi, основанный на получении концентрационных распределений легирующей примеси в системе SiCVSi методом вторично-ионной масс-спектрометрии (ВИМС) и их анализе в рамках численной модели, учитывающей сопутствующие переносу эффекты. Это позволило повысить достоверность и точность экспериментального определения характеристических параметров диффузионно-сегрегационного процесса - коэффициентов сегрегации, диффузии, массопереноса.

2.При исследовании диффузионно-сегрегационного перераспределения ионно-имплантированного бора в условиях термического оксидирования монокристаллического кремния:

- впервые получены систематические данные о зависимости коэффициента сегрегации бора на межфазной границе (МФГ) SiCVSi и степени ускорения его диффузии в кремнии от типа окислительной среды (сухой О2, влажv ный О2, а также добавок в них паров НС1), ориентации поверхности кремния и температуры окислительного отжига.

- впервые установлено, что присутствие паров НС1 в сухом кислороде увеличивает, а во влажном кислороде уменьшает сегрегационный перенос бора через МФГ из кремния в диоксид кремния при ослаблении диффузии, ускоренной окислением (ДУО) в обоих случаях.

- впервые предложена качественная модель явления, основанная на предположении о реакционном характере сегрегационного процесса и о связи между генерацией неравновесных собственных междоузельных атомов (СМА) при термическом окислении и переносом бора через МФГ SiCVSi.

3.Обнаружен эффект аномального обеднения приповерхностной области кремния бором в процессе диффузии из боросиликатного стекла (БСС) в условиях образования на первой стадии обогащенного бором пограничного слоя "SiB-фазы" на границе раздела БСС-кремний.

4. В результате экспериментального исследования перераспределения до-норных примесей фосфора и сурьмы в системе Si02-Si при термическом оксидировании ионно-имплантированных слоев кремния с высокой концентрацией примеси:

- установлены закономерности образования на МФГ Si02/Si со стороны кремния узкого (10-15 нм) приповерхностного пика концентрации донорных примесей в зависимости от температуры и среды отжига,

- получены зависимости коэффициента сегрегации фосфора на МФГ S1O2/S1 от температуры и типа среды окислительного отжига (сухой кислород, влажный кислород),

- впервые установлено, что изменение сегрегационного перераспределения фосфора на МФГ коррелирует с параметрами переходной ускоренной диффузии ионно-имплантированного фосфора,

- разработана физико-химическая и математическая модель сегрегации фосфора в системе Si02/Si, основанная на предположении о реакционном характере сегрегационного процесса и учитывающая влияние избыточных собственных точечных дефектов в имплантированном слое кремния на процесс окисления и захвата примеси растущим диоксидом кремния.

5. Разработана количественная модель перераспределения примеси в системе SiCVSi, учитывающая неравновесный характер сегрегационного процесса, обусловленный кинетическим захватом примесных частиц движущейся МФГ в растущую плёнку диоксида кремния. Модель позволяет описать особенности перераспределения фосфора в условиях низкотемпературного окислительного отжига при высоких скоростях роста диоксида Vox. Путем численного анализа экспериментальных данных определены величина и температурная зависимость коэффициента массопереноса hs фосфора на МФГ SiCVSi. Предложен практический критерий равновесности сегрегационного процесса: r=hs/Vox>\0, при котором коэффициент сегрегации хотя и не достигает своей равновесной величины, но основная часть фосфора при окислении остается в кремнии. Модель позволяет описать концентрационные распределения бора в системе SiCVSi в условиях окисления под давлением v при высоких скоростях роста диоксида. В рамках модели экспериментально наблюдаемая зависимость отношения текущих концентраций бора на МФГ ms=CSi/Cox от давления окислителя может быть объяснена исключительно изменением скорости окисления при неизменном равновесном коэффициенте сегрегации mesq.

6. Разработана физическо-химическая и математическая модель накопления примеси фосфора в приповерхностной области кремния, предполагающая миграцию примеси в кремнии по вакансионному, в составе Е-центров, механизму, учитывающая неполную электрическую активацию фосфора при высоко^ концентрации путём кластеризации, и миграцию подвижных диффузионных компонент - вакансий и Е-центров к поверхности под действием поверхностного потенциала. Модель использует численное, методом конечных разностей, решение краевой задачи для системы диффузионно-кинетических уравнений, описывающих поведение примеси и дефектов в кремнии. Модель впервые позволяет количественно описать экспериментальную зависимость относительной высоты ППК от концентрации примеси, и позволяет объяснить следующие закономерности: существование времени установления /уст, когда высота пика растет со временем, отсутствие зависимости высоты и ширины

111 1К от времени при Р*/уст, слабое влияние среды отжига на высоту ППК, а также подавление ППК при компенсационном легировании бором.

7. Впервые разработана количественная модель ослабления диффузии, ускоренной окислением (ДУО) в сильно легированных слоях кремния, в которой причиной уменьшения ДУО полагается объёмная рекомбинация избыточных собственных междоузельных атомов (СМА) на центрах, связанных с легирующей примесью. Показано, что увеличение скорости рекомбинации с ростом уровня легирования приводит к уменьшению поверхностной концентрации избыточных СМА, генерируемых на МФГ Si02/Si при термическом окислении кремния. Численным анализом в рамках модели экспериментальных концентрационных распределений и зависимостей относительного коэффициента ДУО <D02>/Du2 Для примесей бора и фосфора при донорном и акцепторном изоконцентрационном легировании определены константы скорости рекомбинации избыточных СМА. Оценки радиусов взаимодействия покрывают, что наиболее вероятными центрами захвата СМА являются пары легирующей примеси с вакансиями. В рамках модели дано объяснение влияние на ДУО слабо легированного слоя на поверхности сильно легированного. Численным анализом в рамках модели экспериментальных концентрационных распределений показано, что ослабление эффекта ДУО примесей В и Р в присутствии дополнительной примеси Ge лучше описывается посредством учёта объёмной рекомбинации СМА на германиевых центрах, чем влиянием Ge на скорость поверхностной генерации СМА на МФГ Si02/Si. Определены параметры рекомбинации СМА на германиевых центрах при температуре

1173 и 1273 К. Предполагается, что центрами рекомбинации могут являться комплексы Ge-V, для которых оценена энергия связи ~1 эВ. Обнаружено, что присутствие Ge в системе Si02-Si вызывает ослабление сегрегационного переноса бора через МФГ Si02/Si, приводя к уменьшению количества бора, переходящего из кремния в диоксид кремния, что отражается в увеличении коэффициента сегрегации бора ms.

8. Развиты модельные представления, основанные на рассмотрении системы, состоящей из монокристаллического кремния, находящегося на нём слоя диоксида кремния и тонкого переходного слоя между ними. Впервые разработана количественная модель термического оксидирования, учитывающая процессы диффузии частиц окислителя с внешней границы стехио-метрического оксида как из неограниченного источника к его границе с пограничным нарушенным слоем, сегрегационный переход частиц окислителя в нарушенный слой и при достижении критической концентрации образование "элементарного" слоя оксида. В рамках разработанной модели в диапазоне температур Т= 1223 - 1423 К численно проанализированы экспериментальные данные по кинетике термического оксидирования кремния в сухом и влажном кислороде, и установлена температурная зависимость толщины "элементарного" слоя оксида.

Научная ценность работы состоит в том, что решена важная научная проблема, связанная с исследованием особенностей и закономерностей поведения основных легирующих примесей в системе Si02-Si при термическом оксидировании монокристаллического кремния в различных окислительных средах, выявлена роль точечных дефектов в процессах диффузии и сегрегаv ции, и разработаны физико-химические и математические моделей этих процессов.

Разработанные физико-химические модели позволяют существенно расширить теоретические представления о механизмах перераспределения легирующих примесей в гетерогенных системах с движущейся границей раздела, о поведении основных легирующих примесей в диффузионных и имплантированных слоях кремния.

Практическая ценность работы состоит в следующем: 1. Полученные в работе экспериментальные результаты по поведению основных легирующих примесей при термическом оксидировании кремния позволяют оказывать целенаправленное влияние на концентрационные распределения примеси в системе Si02-Si, усовершенствовать диффузионно-окислительные операции при производстве кремниевых полупроводниковых приборов и ИМС.

2. Разработанные численные модели, описывающие перераспределение легирующих примесей в системе SiCVSi на операциях планарного технологического процесса реализованы в ряде компьютерных прикладных программ. Они позволяют усовершенствовать существующие прикладные программы физико-технологического моделирования кремниевых ППП и ИМС, повысить качество проектирования и разработки изделий.

3. Предложен способ управления величиной порогового напряжения МДПТ, учитывающий перераспределение примесей в подзатворной области МДП-структуры во время термических обработок.

Положения, выносимые на защиту:

1. Характеристики окислительной среды при термическом оксидировании монокристаллического кремния оказывают существенное влияние на перенос и сегрегацию примесей бора и фосфора через межфазную границу диоксид кремния - кремний, что проявляется в изменении величины и параметров температурной зависимости коэффициентов сегрегации бора и фосфора.

2. Аномальное обеднение бором приповерхностной области кремния пди отжиге в окислительной среде связано с присутствием пограничного слоя "SiB-фазы" в системе боросиликатное стекло (БСС) - кремний, что вероятнее всего обусловлено образованием в процессе оксидирования слоя слаболегированного БСС.

3. При термическом оксидировании сильнолегированного кремния на МФГ Si02/Si наблюдается локальное накопление донорных примесей с образованием приповерхностного пика концентрации. Экспериментально установлено, что накопление фосфора имеет место в узкой приповерхностной области у МФГ Si02/Si со стороны кремния; оно усиливается с уменьшением температуры окислительного отжига; эффект имеет место при отжиге не V только в окислительнои, но и в инертнои среде.

4. Количественная модель неравновесного диффузионно-сегрегационного перераспределения легирующей примеси в системе Si02-Si, учитывающая кинетический захват примесных частиц растущим слоем диоксида кремния, позволяющая адекватно описать поведение фосфора при низкотемпературном оксидировании сильнолегированного кремния во "влажном" кислороде и бора при оксидировании кремния в парах воды под давлением.

5. Физико-химическая и математическая модели процесса накопления фосфора в приповерхностной области кремния при термоотжигах, предполагающая миграцию примеси в кремнии по вакансионному, в составе Е-центров, механизму, и учитывающая миграцию подвижных диффузионных компонент - вакансий и Е-центров к поверхности под действием поверхностного потенциала и комплексообразование при высокой концентрации примеси, позволяет количественно описать экспериментальную зависимость приповерхностного накопления от концентрации примеси в кремнии.

6. Причина ослабления диффузии, ускоренной окислением в сильно легированных слоях кремния - объёмная рекомбинация избыточных неравновесных СМА на центрах, связанных с легирующей примесью. Разработанные в рамках этого подхода физико-химические и количественные математические модели позволяют описать диффузионное перераспределение бора и фосфора при донорном и акцепторном изоконцентрационном легировании кремния, а также совместное диффузионно-сегрегационное перераспределение бора и фосфора с германием в системе SiC>2-Si. 7. Существует количественная связь между диффузионно-сегрегационным перераспределением фосфора в системе Si02-Si и пороговым напряжением р-канального МДП транзистора.

Личный вклад автора. Результаты работы получены лично автором или при его непосредственном участии. Автором ставились цели и задачи исследования, решение которых позволило сформулировать выносимые на защиту положения. Он принимал непосредственное участие в эксперименте, разрабатывал физико-химические модели, проводил расчёты с использованием численных методов, а также обрабатывал и обобщал результаты, формулировал выводы.

В работе использована методика ВИМС-анализа концентрационных распределений примеси в системе Si02-Si, разработанная А.П.Коварским.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на Всесоюзных и Всероссийских конференциях, в том числе, на I и II Всесоюзных конференциях "Физические основы надежности и деградации полупроводниковых приборов" (Кишинев, 1982, 1986), на Всесоюзной научной конференции "Прием сверхнизкочастотных колебаний и устройства для их обработки" (Воронеж, 1983), на VI Всесоюзной конференции по физико-химическим основам легирования полупроводниковых материалов (Москва, 1988), на IX Национальной конференции по росту кристаллов НКРК-2000, (Москва, 2000), на 1-й Всероссийской конференции "Физико-химические процессы в конденсированном состоянии и на межфазных границах" (ФАГРАН-2002) (Воронеж, 2002), и на следующих международных конференциях и симпозиумах: международной конференции "Физические процессы в неупорядоченных полупроводниковых структурах" US'99 (Ульяновск, 1999), на 3-ей и 4-ой Международных конференциях "Рост кристаллов: проблемы прочности и массо-переноса" (Обнинск, 1999, 2001), на Международной конференции "Физические процессы в неупорядоченных структурах" (Ульяновск, 1999) и на Международном симпозиуме "Фото- и электролюминесценция в полупроводниках и диэлектриках" (Санкт-Петербург, 2001), III и IV Международных конференциях "Аморфные и микрокристаллические полупроводники" (Санкт-Петербург, 2002, 2004). Публикации. По теме диссертации опубликовано 36 печатных работ, включая 23 статьи, 12 докладов на конференциях и симпозиумах и 1 авторское свидетельство [5-40].

Основные результаты работы и выводы следующие.

1. Выполнено экспериментальное исследование диффузионно-сегрегационного поведения основных легирующих примесей в системе Si02-Si при термическом оксидировании монокристаллического кремния.

1. Предложен комплексный подход к экспериментальному исследованию механизма диффузионно-сегрегационного перераспределения легирующих примесей в системе Si02-Si, основанный на получении концентрационных распределений легирующей примеси в системе Si02-Si методом вторично-ионной масс-спектрометрии и их анализе в рамках численной модели, учитывающей сопутствующие переносу примеси эффекты.

2. Установлено, что коэффициенты диффузии и сегрегации бора в системе Si02-Si зависят от экспериментальных условий - среды окислительного отжига и ориентации поверхности кремния. Наблюдаются следующие закономерности:

- ms (сух. Ог) < ms (вл. Ог) < ms (вл. НС1);

- а7 (сух. 02) < щ (вл. НС1) < а7 (вл. 02);

- ms и а/ уменьшаются с увеличением содержания НС1 в сухом 02;

- (111) < (100) в сухом Ог.

Для объяснения экспериментально наблюдаемых закономерностей предложена физико-химическая модель сегрегации легирующих примесей, учитывающая генерацию собственных точечных дефектов на межфазной границе Si/Si02- Полагается, что вакансии или собственные междоузельные атомы влияют на образование молекул оксида примеси и коэффициент сегрегации примеси в качестве носителей, соответственно, свободного или избыточного объёма в матрицах Si и Si02. Модель позволяет объяснить влияние среды окисления и ориентации поверхности на коэффициент сегрегации примеси бора в системе SiC>2-Si.

• 3. Исследован процесс двухстадийной диффузии бора в кремний из бо-росиликатного стекла. Обнаружен эффект аномально сильного обеднения приповерхностной области кремния бором при отжиге в окислительной среде в условиях образования на первой стадии диффузии обогащенного бором слоя "SiB-фазы" на границе раздела БСС- кремний.

4. Получены экспериментальные количественные данные о коэффициентах сегрегации фосфора и сурьмы на межфазной границе Si02/Si. Показано, что текущий коэффициент сегрегации фосфора на МФГ Si02/Si зависит не только от условий окисления — температуры и типа окислительной среды (сухой Ог, влажный Ог), но также и от времени. Установлена связь коэффициента сегрегации с переходной ускоренной диффузией фосфора из имплантированного слоя кремния. На основе полученных экспериментальных данных и их анализа показано, что неравновесное состояние ансамбля собственных точечных дефектов в системе Si02-Si является причиной неравновесного характера процесса сегрегационного переноса фосфора через межфазную границу Si02/Si.

Явление отражает реакционный характер сегрегационного процесса, при котором неравновесные собственные точечные дефекты в имплантированном слое кремния оказывают влияние на процесс окисления и захвата пр'ямеси растущим слоем диоксида кремния, в результате чего коэффициент сегрегации оказывается функцией относительной концентрации вакансий на межфазной границе. Предложена количественная модель влияния на коэффициент сегрегации неравновесных СТД, генерируемых при отжиге имплан-тационных нарушений и при термическом окислении кремния. В рамках предложенной модели определены температурные зависимости равновесного коэффициента сегрегации фосфора при отжиге в сухом и влажном кислороде, а также дано объяснение влияния среды отжига.

5. Исследован эффект локального накопления донорных примесей фосфора и сурьмы в приповерхностной области сильнолегированного кремния. Показано, что переходная ускоренная диффузия имплантированных фосфора и сурьмы влияет на их диффузионно-сегрегационное перераспределение в системе SiCVSi при термическом оксидировании кремния, и на скорость роста приповерхностного пика концентрации на межфазной границе Si02/Si.

II. Разработаны физико-химические и математические модели диффузии и сегрегации основных легирующих примесей в процессе термических отжигов кремния.

1.В рамках статистической теории дефектных кристаллов проанализирован сегрегационный переход примесей замещения через границу раздела двух твердых фаз. Получены кинетические уравнения, описывающие сегрегационный поток Fs примесных частиц через межфазную границу при неравновесных условиях для практически важных случаев диффузии примеси замещения в контактирующих твёрдых фазах по вакансионному и по непрямому междоузельному, с замещением, механизму. Рассмотрение проведено в предположении о том, что на характер сегрегационного процесса влияет химическая реакция окисления примесных частиц на МФГ, отклонение по обе стороны МФГ от значений, соответствующих равновесию концентраций атомов примеси и собственных точечных дефектов, а также потенциальной энергии взаимодействия примесных атомов с кристаллической решеткой.

2. Разработана модель диффузионно-сегрегационного перераспределения примеси в системе SiCVSi, учитывающая неравновесный характер процесса сегрегационного переноса на движущейся межфазной границе раздела SiCVSi в результате кинетического захвата примесных атомов. Путем численного анализа экспериментальных данных определены величина и температурная зависимость коэффициента массопереноса фосфора hs на межфазной границе SiCVSi, определён практический критерий неравновесности сегрегационного процесса по фактору кинетического захвата. Модель позволяет описать особенности перераспределения примесей в условиях низкотемпературного окислительного отжига при высоких скоростях роста диоксида, такие как:

- захват растущим диоксидом кремния примеси фосфора с высоким meq,

- температурную зависимость количества фосфора, оставшегося в кремнии после изохронного оксидирования Qsi(T), и

- влияние ориентации кремния на Qsi(T)\ >

В рамках модели неравновесной сегрегации примеси на движущейся межфазной границе проанализировано влияние давления окислителя на перераспределение бора в системе SiC^-Si. Модель позволяет описать концентрационные распределения бора в Si и SiC>2 в условиях окисления под давлением (от 1 до 20 атм.). Показано, что наблюдаемая зависимость отношения текущих концентраций бора на МФГ ms=CsilC0X от давления окислителя обусловлена изменением характера сегрегационного процесса как следствие действия фактора кинетического захвата. Эта зависимость может быть объяснена исключительно изменением скорости окисления при сохранении неизменным равновесного коэффициента сегрегации meq.

3. Разработана модель диффузионно-сегрегационного перераспределения фосфора в системе SiC^-Si при термическом окислении сильно легированных слоёв кремния, которая наряду с эффектами влияния на диффузию высокой концентрации примеси, её кластеризации, термического окисления кремния и имплантационно-введённых дефектов, учитывает образование приповерхностного пика концентрации примеси на межфазной границе SiCVSi. Образование приповерхностного пика концентрации примеси связывается с изменением свободной энергии атомов фосфора вблизи поверхности кремния и моделируется с помощью диффузионно-сегрегационного уравнения. Путём анализа экспериментальных данных в рамках предложенной модели показано, что учёт процесса образования ППК позволяет описать перераспределение фосфора при термическом окислении однородно легированных слоёв кремния. В случае термического окисления ионно-имплантированных слоёв кремния необходимо учитывать также неравновесное состояние ансамбля собственных точечных дефектов вследствие отжига имплантационных дефектов. Оно приводит не только к ускорению диффузии примеси в объёме кремния (переходной ускоренной диффузии), но и оказывает влияние на накопление фосфора в приповерхностной области кремния - вследствие сегрегационного оттеснения движущейся МФГ Si02/Si - и на образование локального ППК - в результате миграции примеси из объёма к поверхности кремния. Установлено, что в этом случае коэффициент сегрегации фосфора на межфазной границе Si02/Si не яв-лрзтся постоянным, а имеет временную зависимость, подобную временной зависимости переходной ускоренной диффузии. Явление отражает реакционный характер сегрегационного процесса, при котором неравновесные собственные точечные дефекты в имплантированном слое кремния оказывают влияние на процесс окисления и захвата примеси растущим диоксидом кремния, в результате чего коэффициент сегрегации оказывается функцией относительной концентрации вакансий на межфазной границе.

Путём анализа экспериментальных данных в рамках предложенной модели показано, что учёт процесса образования приповерхностного пика концентрации позволяет описать перераспределение фосфора при термическом окислении однородно и неоднородно легированных слоёв кремния. В случае термического окисления ионно-имплантированных слоёв кремния необходимо учитывать также неравновесное состояние ансамбля собственных точечных дефектов вследствие отжига имплантационных дефектов. Оно приводит не только к ускорению диффузии примеси в объёме кремния (переходной ускоренной диффузии), но и оказывает влияние на накопление фосфора в приповерхностной области кремния - вследствие сегрегационного оттеснения движущейся межфазной границей Si02/Si - и на образование локального приповерхностного пика концентрации - в результате миграции примеси из объёма к поверхности кремния.

Разработана количественная модель процесса накопления фосфора в приповерхностной области кремния при термоотжигах. Модель учитывает миграцию подвижных диффузионных компонент - вакансий и Е-центров к поверхности под действием поверхностного потенциала и комплексообразование при высокой концентрации примеси. Модель количественно описывает экспериментальную зависимость относительной высоты ППК от концентрации примеси.

4. Предложен модельный подход к описанию ослабления диффузии, ускоренной окислением в сильно легированных слоях кремния, в соответствии с которым причиной его является объёмная рекомбинация избыточных неравновесных собственных междоузельных атомов на центрах, связанных с легирующей примесью. Разработанные в рамках этого подхода физико-химические и количественные математические модели позволяют описать совместное v диффузионно-сегрегационное перераспределение бора и фосфора с германием в системе SiC^-Si, а также диффузионное перераспределение бора и фосфора при донорном и акцепторном изоконцентрационном легировании кремния. Численным анализом экспериментальных концентрационных распределений показано, что ослабление эффекта диффузии ускоренной окислением примесей В и Р в присутствии дополнительной примеси Ge лучше описывается посредством учёта объёмной рекомбинации собственных междоузельных атомов на германиевых центрах, чем влиянием Ge на скорость поверхностной генерации СМА на МФГ SiCVSi. Из сравнения расчетов с экспериментальными данными определены параметры рекомбинации СМА на германиевых центрах при температуре 1173 и 1273 К. Предполагается, что центрами рекомбинации могут являться комплексы Ge-V, для которых оценена энергия связи ~1 эВ.

Обнаружено, что присутствие Ge в системе Si02-Si вызывает ослабление сегрегационного переноса бора через МФГ Si02/Si, приводя к уменьшению количества бора, переходящего из кремния в диоксид кремния, что отражается в увеличении коэффициента сегрегации бора ms.

Показано, что увеличение скорости объёмной рекомбинации с ростом уровня легирования приводит к уменьшению поверхностной концентрации избыточных СМА, генерируемых на межфазной границе Si02/Si при термическом оксидировании кремния. Численным анализом в рамках модели экспериментальных концентрационных распределений и зависимостей относительного коэффициента диффузии ускоренной окислением <002>/1>Ы2 для примесей бора и фосфора при донорном и акцепторном изоконцентрацион-ном легировании определены константы скорости рекомбинации избыточных собственных междоузельных атомов. Проведены оценки радиусов взаимодействия, показавшие, что наиболее вероятными центрами захвата СМА являются пары легирующей примеси с вакансиями. Предложенный модельный подход позволяет объяснить влияние на диффузию ускоренную окислением слабо легированного слоя на поверхности сильно легированного.

5. Развиты модельные представления о процессе термического оксидирования, учитывающие процессы диффузии частиц окислителя с внешней границы стехиометрического оксида как из неограниченного источника к его границе с пограничным нарушенным слоем, переход частиц окислителя в нарушенный слой и при достижении критической концентрации образование "элементарного" слоя оксида. Разработанная модель формирования диоксида кремния позволяет достаточно хорошо описать существующие экспериментальные данные по кинетике термического оксидирования монокристаллического кремния в сухом кислороде в диапазоне температур Т= 1223 - 1423 К.

III. На основе экспериментального исследования и математического моделирования установлена количественная связь между пороговым напряжением р-канального МДП транзистора и диффузионно-сегрегационным перераспределением примеси фосфора в его подзатворной области во время термических обработок. Предложен способ управления величиной порогового напряжения МДП транзистора, использующий перераспределение примеси в системе диоксид кремния - кремний при термическом оксидировании кремния.

В заключение автор выражает глубокую благодарность д.ф.-м.н, проф. О.В. Александрову за многолетний постоянный интерес к работе, многочисленные советы и консультации, к.т.н., с.н.с. А.П. Коварскому за выполнение измерений концентрационных распределений примесей методом ВИМС.

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ г *

В результате проведённых исследований установлены особенности и закономерности диффузионно-сегрегационного перераспределения основных легирующих примесей в системе диоксид кремния - кремний при термическом оксидировании монокристаллического кремния, разработаны физико-химические и математические модели процесса.

1. Смирнов Н.И. Оценка безотказности интегральных микросхем / Н.И. Смирнов, В.Б. Широков. -М.: Радио и связь, 1983. 104 с.

2. МОП-СБИС. Моделирование элементов и технологических процессов / Под ред. П. Антонетти, Д. Антониадиса, Р. Даттона, У. Оулдхема ; Пер. с англ. под ред. Р.А. Суриса. М.: Радио и связь, 1988. - 496 с.

3. Бубенников А.Н. Физико-технологическое проектирование биполярных элементов кремниевых БИС / А.Н. Бубенников, А.Д. Садовников. М.: Радио и связь, 1991. - 287 с.

4. Fair R.B. Diffusion and oxidation of silicon / R.B. Fair // Microelectron. Process.: Chem. Eng. Aspects. Washington (D.C.), 1989. - P. 265-323.4

5. Устройство для контроля качества поверхности кристалла полупроводникового прибора: А.с. 1021255 СССР N 334087 ( Заявл. 02.10.81; Опубл. 02.10.83 ) / Л.П. Домнин, Н.Н. Афонин, Л.А. Иванов, В.В. Минеев, А.П. Удовик, A.M. Черников (СССР).

6. Афонин Н.Н. Прикладная программа "Двумерное моделирование операций планарного технологического процесса". Per. № УБ.7200-01 "GRAD" в отраслевом фонде алгоритмов и программ САПР радиодеталей от 25.09.1985 г.-Л, 1985.

7. Афонин Н.Н. Влияние неоднородности структуры кристалла на идентичность и согласование короткоканальных МДП транзисторов / Н.Н.

8. Афонин, В.В. Гусаков // Физические основы надежности и деградации полупроводниковых приборов: В 2-х ч. Ч. 2: Тез. докл. И-й Всесоюз. науч.-техн. конф. ( Кишинёв, 15-16 мая 1986 г. ). Кишинёв, 1986. - С. 25.

9. Афонин Н.Н. Влияние неоднородности структуры кристалла на неидентичность и рассогласование короткоканальных МОП транзисторов /

10. H.Н. Афонин, В.В. Гусаков // Вопр. радиоэлектрон. Сер.: ТПО. 1987. - Вып.1.-С. 57-64.

11. Афонин Н.Н. Прикладная программа двумерного моделирования операций планарного технологического процесса / Н.Н. Афонин // Вопр. радиоэлектрон. Сер.: ТПО. 1987. - Вып. 1. - С. 64-66.

12. Афонин Н.Н. Влияние перераспределения примеси фосфора при термическом окислении кремния на пороговое напряжение р-канального МДП транзистора / Н.Н. Афонин, В.В. Гусаков // Вопр. радиоэлектрон. Сер.: ТПО. 1987. - Вып. 2. - С. 83-87.

13. Александров О.В. Перераспределение фосфора в системе Si02-Si / О.В. Александров, Н.Н. Афонин, А.П. Коварский // Тез. докл. 6-й Всесоюз. конф. по физ.-хим. основам легирования полупроводн. материалов (М., 17 -19 окт.). М., 1988. - С. 96-97.

14. Александров О.В. Накопление фосфора в приповерхностной области кремния / О.В. Александров, Н.Н. Афонин // Тез. докл. 6-й Всесоюз. конф. по физ.-хим. основам легирования полупроводн. материалов (М., 17 -19 окт.).-М., 1998.-С. 97-98.

15. Перераспределение бора в кремнии на границе с боросиликат-ным стеклом / О.В. Александров, О.М. Аршинов, Н.Н. Афонин и др. // Вопр. радиоэлектрон. Сер.: ТПО. 1989. - Вып. 2. - С. 45-49.

16. Диффузионно-сегрегационное перераспределение донорных примесей в системе двуокись кремния кремний / О.В. Александров, Н.Н. Афонин, Г.М. Гурьянов и др. // Вопр. радиоэлектрон. Сер.: ТПО. - 1989. -Вып. 2. - С. 50-55.

17. Александров О.В. Накопление фосфора в приповерхностной области кремния / О.В. Александров, Н.Н. Афонин, А.П. Коварский // Электрон. техника. Сер.6, Материалы. 1989. - Вып. 4(241). - С. 73-75.

18. Александров О.В. Моделирование перераспределения фосфора при термическом окислении кремния / О.В. Александров, Н.Н. Афонин // И-в.вузов.Физика. 1990. -N 12. - С. 97-98.

19. Афонин Н.Н. Физико-технологическая модель порогового напряжения МДП транзистора / Н.Н. Афонин // Изв. вузов. Радиоэлектрон. -1991.-N3.-С. 48-52.

20. Александров О.В. Особенности перераспределения бора в приповерхностной области кремния при диффузии из боросиликатного стекла / О.В. Александров, Н.Н. Афонин, О.М. Аршинов // Журн. техн. физики. 1994. - Т. 64, N 6. - С. 101-105.

21. Александров О.В. Неравновесная сегрегация фосфора в системе диоксид кремния кремний / О.В. Александров, Н.Н. Афонин // Физика и техника полупроводников. - 1998. - Т. 32, N 1. - С. 19-23.

22. Афонин Н.Н. Термодинамика сегрегации примесей замещения на межфазной границе диоксид кремния кремний / Н.Н. Афонин // Физические процессы в неупорядоченных полупроводниковых структурах: Тр. международ, конф. «US'99». - Ульяновск, 1999. - С. 38.

23. Александров О.В. Определение коэффициента сегрегации бора в системе диоксид кремния кремний / О.В. Александров, Н.Н. Афонин, А.П. Коварский // Конденсир. среды и межфаз. границы. - 1999. - Т. 1, N 2. - С. 181 -184.

24. Афонин Н.Н. Анализ сегрегации примесей замещения на межфазной границе диоксид кремний кремний / Н.Н. Афонин // Конденсир.среды и межфаз.границы. 1999. - Т. 1, N 3. - С. 240-244.

25. Александров О.В. Неравновесная сегрегация бора при термическом окислении кремния под давлением / О.В. Александров, Н.Н. Афонин // Конденсир. среды и межфаз. границы. — 2000. Т. 2, N 2. — С. 128-131.

26. Ховив A.M. Численное моделирование процессов формирования тонкоплёночных гетероструктур "металл (полупроводник) собственный оксид" / A.M. Ховив, Н.Н. Афонин // Поверхность. Рентген., синхротрон, и нейтрон. исслед. - 2002. - N6. - С. 109-112.

27. Ховив A.M. Модель формирования оксидной плёнки при термическом окислении монокристаллического кремния / A.M. Ховив, Н.Н. Афонин // Журн. физ. химии. 2003. - Т. 33, N 3. - С. 1-3.

28. Aleksandrov O.V. Influence of germanium on redistribution of a boron and phosphorus at silicon thermal oxidation / O.V. Aleksandrov, N.N. Afonin // Semiconductor Science and Technology. 2003. - Vol. 18. - P. 139-143.

29. Александров О.В. Влияние окислительных сред на диффузионно-сегрегационное перераспределение бора в системе термический диоксид кремния кремний / О.В. Александров, Н.Н. Афонин // Журн. техн. физики. - 2003. - Т. 73, N 5. - С. 57-63.

30. Александров О.В. Модель ослабления диффузии, ускоренной окислением, в сильно легированных слоях кремния / О.В. Александров, Н.Н. Афонин // Физика и техника полупроводников. 2003. - Т. 37, N 6. - С. 649656.

31. Базаров И.П. Термодинамика / И.П. Базаров. М.: Высш. шк., 1983.-344 с.

32. Atalla М.М. Impurity Redistribution and Junction Formation in Silicon by Thermal Oxidation / M.M. Atalla, E. Tannenbaum // Bell Syst. Techn. J. -1960.-Vol. 39.-P. 933-938.

33. Колосовский A.B. Перераспределение примесей в процессе термического окисления кремния / А.В. Колосовский // Обзоры по электрон, технике. Сер.: Полупроводн. приборы. 1971. - Вып. 6(288). — С. 1-53.

34. Deal В.Е. Observation of Impurity Redistribution During Thermal Oxidation of Silicon Using the MOS Structure / B.E. Deal, A.S. Grove, E.H. Snow, C.T. Sah // J. Electrochem. Soc. 1965. - Vol. 112, № 3. - P. 308-314.

35. Deal B.E. Thermal Oxidation of Heavily Doped Silicon / B.E. Deal, M. Sklar // J. Electrochem. Soc. 1965.-Vol. 112, N4.-P. 430-435.

36. Redistribution of acceptor and donor impurities during thermal oxidation of silicon / A.S. Grove, O. Leistiko, Jr, C.T. Sah // J. Appl. Phys. 1964. -V^l. 35, N 9. - P. 2965-2701.

37. Antoniadis D.A. Impurity redistribution in Si02-Si during oxidation a numerical solution including interfacial fluxes / D.A. Antoniadis, M. Rodoni, R.W. Dutton//J. Electrochem. Soc.- 1979.-Vol. 126,N 11.-P. 1939-1945.

38. Antoniadis D.A. Models for computer simulation of complete 1С fabrication process / D.A. Antoniadis, R.W. Dutton // IEEE J. Solid-State circuits. 1979. - Vol. SC-14, N 2. - P. 412-422.

39. Fair R.B. Concentration profiles of diffused dopants in silicon / R.B. Fair // Impurity doping process in silicon / ed. F.F.Y. Wang. N.Y.: North Holland Publishing Co, 1981. - Ch. 7. - P. 315-422.

40. Донован Р.П. Основы технологии кремниевых интегральных схем: окисление, диффузия, эпитаксия / Р.П. Донован, A.M. Смит, Б.М. Бери;

41. Пер. с англ. под ред. В.Н. Мордковича, Ф.П. Пресса. М.: Мир, 1969. - 451 с.

42. Prince J.L. Diffusion of boron implanted sources under oxidizing conditions / J.L. Prince, F.N. Schwettmann // J. Electrochem.Soc. 1974. - Vol. 121, N5.-P. 705-710.

43. Murarka S.P. Diffusion and Segregation of Ion-Implanted Boron in Silicon in Dry Oxygen Ambients / S.P. Murarka // Phys. Rev. 1975. - Vol. 12, N 6.-P. 2502-2519.

44. Antoniadis D.A. Boron in near-intrinsic (100) and (111) silicon under inert and oxidizing ambient - diffusion and segregation / D.A. Antoniadis, A.G. Gonzales, R.W. Dutton // J. Electrochem.Soc. - 1978. - Vol. 125, N 5. - P. 813819.

45. Masetti G. Temperature dependence of boron diffusion in (111), (110) and (100) silicon / G. Masetti, S. Solmi, G. Soncini // Solid-State Electron. -1976. Vol. 19, N 6. - P. 545-546.

46. Miyake M. Diffusion and segregation of low-dose implanted boron in silicon under dry 02 ambient / M. Miyake, H. Harado // J. Electrochem.Soc. -1982. Vol. 129, N 5. - P. 1097-1103.

47. Colby J.W. Boron segregation at Si-Si02 interface as a function at temperature and orientation / J.W. Colby, L.E. Katz // J. Electrochem.Soc. 1976. -Vol. 123, N3.-P. 409-412.

48. Segregation and transport coefficients of impurities at the Si/Si02 interface / K. Sakamoto, K. Nishi, F. Ichikawa, S. Ushio // Journal of Appl. Phys. -1987. Vol. 61, N 4. - P. 1553-1555.

49. Fair R.B. Theory and Direct Measurement of boron Segregation in Si02 During dry, near Dry and Wet 02 Oxidation / R.B. Fair, J.C.C. Tsai // J. Electrochem. Soc. 1978. - Vol. 125, N 12. - P. 2050-2058.

50. Болтакс Б.И. Влияние условий термообработки на перераспределение бора в кремнии при изготовлении интегральных микросхем / Б.И. Болтакс, В.И. Соколов, В.А. Шеленшкевич // Микроэлектрон. -1976. Т. 5, вып. 3. - С. 275-279.

51. Соколов В.И. Исследование перераспределения бора в кремнии под плёнкой газофазного окисла / В.И. Соколов, Н.А. Федорович // Изв. АН СССР. Неорган, материалы. 1978. - Т. 14, N 6. - С. 1001 -1006.

52. Annealing behavior of ion implanted A1 atoms in Si by use escapingi \films / M. Watanaba, O. Ishiwata, M. Nagano et al // J. Electrochem.Soc. 1991. -Vol. 138, N 11. -P. 3427-3431.

53. Diffusion and electrical behavior of Al implanted into capped Si / A. Scandurra, G. Galvaguo, V. Raineri, F. Frisina, A. Torrisi // J. Electrochem. Soc. -1993.-Vol. 140, N7.-P. 2057-2062.

54. S 64. Кац JI. Окисление / Л. Кац // Технология СБИС: В 2-х кн. Кн. 1 / К. Пирс, А. Адаме, Л. Кац и др.; Под ред. С. Зи. -М., 1986. С. 174-226.

55. Simulation of Doping Processes / H. Ryssel, К. Haberger, К. Hoffmann et al // IEEE Journal of Solid-State circuits. 1980. - Vol. SC-15, N 4. - P. 549-557.

56. Fuoss D. Heavy-doping effects and impurity segregation during high-pressure oxidation of silicon / D. Fuoss, J.A. Topich // Appl. Phys. Lett. 1980. -Vol. 36,N4.-P. 275-277.

57. Fair R.B. The diffusion of ion-implanted As in Si / R.B. Fair, J.C.C. Tsai//J. Electrochem. Soc. 1975.-Vol. 122, N 12.-P. 1689-1696.

58. Ghoshtagore R.N. Low concentration diffusion in silicon under sealed tube conditions / R.N. Ghoshtagore // Solid-State Electronics. — 1972. -Vol. 15, N 10. P. 1113-1120.

59. Charitat G. Boron segregation at Si02-Si interface during neutral anneals / G. Charitat, A. Martinez // Journal of Appl. Phys. 1984. - Vol. 55, N 8. -P. 2869-2873.

60. Michiels F. Redistribution of boron during thermal oxidation of silicon studied by SIMS using Ar+ bombardment and MISR method / F. Michiels, L.

61. Butaye, F. Adams // Surface and Interface analysis. — 1989. Vol. 14, N 4. -P.178-186.

62. Кольдяев В.И. Двумерное моделирование легирования и окисления кремния / В.И. Кольдяев, В.А. Мороз, С.А. Назаров // Автометрия. -1988.-N3.-С. 46-55.

63. Кольдяев В.И. Исследование асимптотических свойств краевой задачи о легировании и окислении кремния / В.И. Кольдяев, В.А. Мороз, С.А. Назаров // Автометрия. — 1986. -N 6. С. 11-19.

64. Razouk R.R. Kinetics of High Pressure Oxidation of Silicon in Pyro-genic Steam / R.R. Razouk, L.N. Lie, B.E. Deal // J. Electrochem. Soc. 1981. -Vol. 128, N 12.-P. 2214-2232.

65. Ho C.P. Si/Si02 interface oxidation kinetics: A physical model for the influence of substrate doping levels. I. Theory. / C.P. Ho, J.D. Plummer // J. Electrochem. Soc. 1979.-Vol. 126, N9.-P. 1516-1522.

66. Ho C.P. Si/Si02 interface oxidation kinetics: A physical model forthe influence of substrate doping levels. II. Comparison with experiment and discussion / C.P. Ho, J.D. Plummer // J. Electrochem. Soc. 1979. - Vol. 126, N 9. -P. 1523-1530.

67. Thermal oxidation of heavily phosphorus doped silicon / C.P. Ho, J.D. Plummer, J.D. Meindl, B.E. Deal // J. Electrochem. Soc. 1978. - Vol. 125, N4.-P. 665-668.

68. Deroux-Dauphin P. The influence of high-pressure oxidation on boron redistribution in LOCOS structures / P. Deroux-Dauphin, J.P. Gonchond // J. Electrochem. Soc. 1984. - Vol. 131, N 6. - P. 1418-1423.

69. Carrier concentration reduction in high-dose phosphorus-implanted silicon caused by wet-oxygen oxidation / K. Yagi, K. Oyu, M. Tamura, T. Tokuyama // Appl. Phys. Letters. - 1979. - Vol. 35, N 3. - P. 275-277.

70. Redistribution of arsenic in silicon during high pressure thermal oxidation / S.S. Choi, M.Z. Numan, W.K. Chu, J.K. Srivastava, E.A. Irene // Appl. Phys. Letters. 1987. - Vol. 50, N 11. - P. 688-690.

71. Thermodynamic and kinetic properties of arsenic implanted silicon / G.F. Cerofolini, P. Manini, L. Meda et al. // Thin solid films. 1986. - Vol. 135, Nу' 1.-P. 59-72.

72. Белоусов B.C. Особенности перераспределения легирующей примеси при низкотемпературном окислении кремния в парах воды под давлением / B.C. Белоусов, Г.А. Пережогин, А.И. Сидоров // Электрон, техника.

73. Сер.: Микроэлектрон. 1988. - Вып. 4(128). - С. 69-70.f

74. Auger and ellipsometric study of phosphorus segregation in oxidized degenerate silicon / N.J. Chow, Y.J. Van Der Meulen, R. Hammer et al // Appl.' Phys. Lett. 1974. - Vol. 24, N 4. - P. 200-202.

75. Influence of an Oxidizing Annealing Ambient on the Distribution of As, Sb, and Ga implanted into silicon / H. Muller, J. Gyulai, W.K. Chu et al. // J. Electrochem. Soc. 1975. -Vol. 122, N9.-P. 1234-1238.

76. High resolution Auger sputter profiling study of the effect of phosphorus pile-up on the Si-Si02 interface morphology / S.A. Schwarz, C.R. Helms, W.E. Spicer, N.J. Taylor // J. Vac. Sci. Technol. 1978. - Vol. 15, N 2.1. V' РЛ227-230.

77. Studies of phosphorus pile-up at the Si-Si02 interface using Auger sputter profiling / S.A. Schwarz, R.W. Barton, C.P. Ho, C.R. Helms // J. Electrochem. Soc. 1981. - Vol. 128, N5.-P. 1101-1106.

78. Observation of phosphorus pile-up at the Si02-Si interface / J.S. Johannessen, W.E. Spicer, J.F. Gibbons, J.D. Plummer // J. Appl. Phys. 1978.

79. Vol. 49, N 8. P. 4453-4458.

80. Kimura T. Mechanism of phosphorus pile-up in the Si-Si02 interface / T. Kimura, M. Hirose, Y. Osaka // J. Appl. Phys. 1984. - Vol. 56, N 4. - P. 932-935.

81. Chang C.C. Phosphorus dept profiles in thermally oxidized p-doped ^ polysilicon / C.C. Chang, T.T. Shehg, T.A. Shankoff// J. Electrochem.Soc. 1983.-Vol. 130, N 5. P. 1168-1171.

82. Анализ поверхности методами Оже и рентгеновской спектроскопии / Под ред. Д. Бриггса, М. Сиха. М.: Мир, 1987. - 486 с.

83. Кулешов В.Ф. Спектроскопия и дифракция электронов при исследовании поверхности твёрдых тел / В.Ф. Кулешов, Ю.А. Кухаренко. -М.: Наука, 1985.-218 с.

84. Eernise Е.Р. Viscous flow of Si02 / E.P. Eernise // Appl. Phys. Lett . 1977. - Vol. 30, N 6. - P. 290-293.

85. Eernise E.P. Stress in thermal Si02 during growth / E.P. Eernise // Appl. Phys. Lett.-1979.-Vol. 35, N l.-P. 8-10.

86. Choi S.S. Concentration-dependent redistribution of arsenic in silicon during thermal oxidation / S.S. Choi, M.J. Park, W.K. Chu // Thin Solid Films. -1995.-N258.-P. 336-340.

87. Курьязов В.Д. Перераспределение сурьмы, имплантированной в кремний, при высокотемпературном отжиге в окислительной среде / В.Д. Курьязов, А.Н. Мардас, B.C. Соловьёв // Электрон, техника. Сер.6. 1977. — Вып. 12(115).-С. 63-66.

88. A Model for Phosphorus segregation at the Silicon-Silicon Dioxide Interface / F. Lau, L. Mader, C. Mazure, Ch. Werner, M. Orlowski // Applied Physics A. 1989. - Vol. 49. - P. 671-675.

89. Orlowski M. New model for dopant redistribution at interfaces / M. Oriowski // Appl. Phys. Lett. 1989. - Vol. 55, N 17. - P. 1762-1764.

90. Александров О.В. Комплексообразование при диффузии фосфора в кремний / О.В. Александров, Н.В. Ашкинадзе, Р.З. Тумаров // Физика твёрдого тела. 1984. - Т. 26, N 2. - С. 632-634.

91. A pile-up phenomenon during arsenic diffusion in silicon-on-insulator structures formed by oxygen implantation / P. Normand, D. Tsoukalas, N. Gullemot, P. Chenevier // J. Appl. Phys. 1989. - Vol. 66, N 8. - P. 3585-3589.

92. Accumulation of implanted arsenic at the interface during annealing on thermally oxidized Si and Si02 covered Si / K. Yokota, K. Ohtsuki, M. Ochi, S. Is^ihara, I. Kimura // Appl. Surface Sci. 1989. - Vol. 41 - 42. - P. 441-415.

93. Marchiando J.F. Boron diffusion in silicon / J.F. Marchiando, P. Roit-man, J. Albers // IEEE Trans, on Electron. Dev. 1985. - Vol. ED-32, N 11. - P. 2322-2330.

94. Jagannadham К. Modification of dopant profiles due to surface and interface interactions: Applications to semiconductor materials / K. Jagannadham, J. Narayan // J. Appl. Phys. 1987. - Vol. 61, N 3. - P. 985-992.

95. Zavodinsky V.G. Energetics of P-Si and P-P dimers on the Si( 100)-2x1 surface / V.G. Zavodinsky, I.A. Kuyanov // Applied Surface Science. — 1999. -N 141.-P. 193-196.

96. Заводинский В.Г. Компьютерное изучение механизмов сегрегации фосфора на границе Si02/Si(100) / В.Г. Заводинский // Физика и техника полупроводников. 2000. - Т. 34, вып. 3. - С. 302-305.

97. Zavodinsky V.G., Kuyanov I.A., Churukov E.N. Computer study ofboron segregation at the Si(100)-2xl and Si(lll)-V3 хл/з surfaces / V.G. Zavodinsky, I.A. Kuyanov, E.N. Churukov // J. Vac. Sci. Technol. 1999. - N 17(5).-P. 2709-2712.

98. Allen W.G. Orientation dependence of diffusion of boron in silicon / W.G. Allen, K.V. Anand // Solid-State Electron. 1971. - Vol. 41, N 3. - P. 397401.

99. Masetti G. On phosphorus diffusion in silicon under oxidizing atmospheres / G. Masetti, S. Solmi, G. Soncini // Solid-State Electron. 1973. - Vol. 16, N 12.-P. 1419-1421.

100. Antoniadis D.A. Oxidation-enhanced diffusion of arsenic and phosphorus in near-intrinsic (100) silicon / D.A. Antoniadis, A.M. Lin, R.W. Dutton//Appl. Phys. Letters. 1978.-Vol. 33, N 12.-P. 1030-1033.

101. The enhanced diffusion of arsenic and phosphorus in silicon by thermal oxidation / Y. Ishikawa, Y. Sakina, H. Tanaka et al // J. Electrochem. Soc. -1982. Vol. 129, N 3. - P. 644-648.

102. Francis R. The effect of oxidation on the diffusion of phosphorus in silicon / R. Francis, P.S. Dobson // J. Appl. Phys. 1979. - Vol. 50, N 1. - P. 280284.

103. The retarded diffusion of arsenic in silicon by thermal oxidation in extrinsic condition / Y. Ishikawa, M. Tomisato, H. Honma et al // J. Electrochem. Soc. 1983. - Vol. 130, N 10. - P. 2109-2111.

104. Mizuo S. Retarded of Sb diffusion in Si during thermal oxidation / S. Mizuo, H. Higuchi // Jpn. J. Appl. Phys. 1981. - Vol. 20, N 3. - P. 739-742.

105. Fair R.B. Oxidation, impurity diffusion, and defect growth in silicon -an overview / R.B. Fair // J. Electrochem.Soc. 1981. - Vol. 128, N 6. - P. 13601368.

106. Antoniadis D.A. Oxidation induced point defects in silicon / D.A. Antoniadis//J. Electrochem. Soc. - 1982.-Vol. 129, N5.-P. 1093-1097.

107. Рейви К. Дефекты и примеси в полупроводниковом кремнии / К. Рейви ; Пер.с англ. М.: Мир, 1984. - 475 с.

108. Lin A.M.R. The oxidation rate dependence of oxidation enhanceddiffusion of boron and phosphorus in silicon / A.M.R. Lin, D.A. Antoniadis, R.W.

109. Dutton // J. Electrochem. Soc. 1981. - Vol. 128, N 3. - P. 644-646. t

110. Taniguchi K. Oxidation enhanced diffusion of boron and phosphorus in (100) silicon / K. Taniguchi, K. Kurosawa, M. Kashiwagi // J. Electrochem. Soc. 1980. - Vol. 127, N 10. - P. 2243-2246.

111. Енишерлова К. JI. Исследование сильнолегированных областей кремния, полученных диффузией фосфора в различных окислительных среда'.: / К. Л. Енишерлова, Н.И. Марунина // Электрон, техника. Сер. 2. 1983. -Вып. 2. - С. 3-8.

112. Yasuaki Н. Secondary defect generation suppression and diffusivity restraint in heavily phosphorus implanted silicon by HC1 oxidation / H. Yasuaki // Jpn. J. Appl. Phys. 1979. - Vol. 18, N 5. - P. 873-880.

113. Sabrahmanyan R. The influence of HC1 on the oxidation-enhanced diffusion of boron and arsenic in silicon / R. Sabrahmanyan, Z. Hishman, R.B. Fair // J. Appl. Phys. 1987. - Vol. 61, N 10. - P. 4804-4807.

114. J.R. Pfiester Anomalous co-diffusion effects of germanium on group III and V dopants in silicon / J.R. Pfiester, P.B. Griffin // Appl. Phys. Lett. 1988. -Vol. 52,N6.-P. 471-473.

115. LeGoues F.K. Dopant redistribution during oxidation of SiGe / F.K. LeGoues, R. Rozenberg, B.S. Meyerson // Appl.Phys. Lett. 1989. - Vol. 54, N 8. -P. 751-753.

116. Fahey P.M. Point defects and dopant diffusion in silicon / P.M. Fahey, P.B. Griffin, J.D. Plummer // Rev. Modern Phys. 1989. - Vol. 61, N 2. - P. 289384.

117. Hu S.M. Formation of stacking faults and enhanced diffusion in the oxidation of silicon / S.M. Hu // J. Appl. Phys. 1974. - Vol. 45, N 4. - P. 15671573.

118. Hu S.M. Kinetics of interstitial supersaturation during oxidation of Si / &M. Hu // Appl. Phys. Lett. 1983. - Vol. 43, N 5. - P. 449-450.

119. Hirth J.P. Ledge growth, strain accommodation, and stacking fault formation during silicon oxidation / J.P. Hirth, W.A. Tiller // J. Appl. Phys. 1984. - Vol. 56, N 4. - P. 947-952.

120. The growth of OSF and point defects generation at Si-Si02 interface during thermal oxidation of Si / A.M. Lin, R.W. Dutton, D.A. Antoniadis, W.A. Tiller//J. Electrochem. Soc. 1981.-Vol. 128, N5.-P. 1121-1130.

121. Tan T.Y. Growth kinetics of oxidation-induced stacking faults in silicon: A new concept / T.Y. Tan, U. Gosele // Appl. Phys. Lett. 1981. - Vol. 39, N l.-P. 86-88.

122. Charitat G. Stress evolution and point defect generation during oxidation of silicon / G. Charitat, A. Martinez // J. Appl. Phys. 1984. - Vol. 55, N 4. -P. 909-913.

123. Taniguchi K. Theoretical model for self-interstitial generation at the Si/Si02 interface during thermal oxidation of silicon / K. Taniguchi, Y. Shibata, C. Hamaguchi // J. Appl. Phys. 1989. - Vol. 65, N 7. - P. 2723-2727.

124. Taniguchi K. Process Modeling and Simulation: Boundary Conditions for Point Defect-Based Impurity Diffusion Model / K. Taniguchi, Y. Shibata, C.

125. Hamaguchi 11 IEEE Transactions on Computer-Aided Design. 1990. - Vol. 9, N 11.-P. 1177-1183.

126. Dunham S.T. Point-defect generation during oxidation if silicon in dry oxygen. I. Theory / S.T. Dunham, J.D. Plummer // J. Appl. Phys. 1986. - Vol. 59, N7.-P. 2541-2550.

127. Dunham S.T. Point-defect generation during oxidation if silicon in dry oxygen. II. Comparison to experiment / S.T. Dunham, J.D. Plummer // J. Appl. Phys. 1986. - Vol. 59, N 7. - P. 2551-2561.

128. Jeng N. Interstitial supersaturation during oxidation of silicon in steam ambients / N. Jeng, S.T. Dunham // J. Appl. Phys. 1992. - Vol. 72, N 5. -P. 2049-2053.

129. Chezzo M. Diffusivity summary of B, Ga, As and Sb in Si02 / M. Chezzo, D.M. Brown // J. Electrochem. Soc. 1973. - Vol. 120, N 1. - P. 146148.

130. Freer R. J. Самодиффузия и диффузия примесей в окислах / R. J. Freer // Material Sci. 1980. - Vol. 15, N 4. - P. 803-804.

131. Shimakura K. Boron and phosphorus diffusion through an Si02 layer from a doped polycrystalline Si source under various drive-in ambients / K. Shimakura, T. Suzuki, Y. Yadoiwa // Solid-State Electronics. 1975. - Vol. 18, N 4. -P. 991-997.

132. Wong C.Y. Ambient and dopant effects on boron diffusion in oxides / C.Y. Wong, F.S. Lai // Appl. Phys. Lett. 1986. - Vol. 48, N 24. - P. 1658-1660.

133. Ghoshtagore R.N. Silicon dioxide masking of phosphorus diffusion in silicon / R.N. Ghoshtagore // Solid-State Electronics. 1975. - Vol. 18, N 4. - P. 399-402.

134. Yomaji T. Diffusion of ion-implanted phosphorus within thermally grown Si02 in 02 ambient / T. Yomaji, F. Ichikawa // J. Appl. Phys. 1986. — Vol. 59, N6.-P. 1981-1985.

135. Tsukamoto K. Oxygen effects on arsenic diffusion in silicon dioxide / K. Tsukamoto, Y. Akasaka, K. Horie // Appl. Phys. Lett. 1978. - Vol. 32, N 2. -P. 117-119.

136. Diffusion of ion-implanted arsenic in thermally grown Si02 films / R. Singh, M. Maier, H. Krautle et al // J. Electrochem. Soc. 1988. - Vol. 131, N 11. -P. 2645-2651.

137. Van Ommen A.H. Diffusion of ion-implanted Sb in SiC>2 / A.H. Van Ommen // J. Appl. Phys. 1987. - Vol. 61, N 3. - P. 993-997.

138. Самарский A.A. Теория разностных схем / A.A. Самарский. M.: Наука, 1977. - 656 с.

139. Тихонов А.Н. Уравнения математической физики / А.Н. Тихонов, А.А. Самарский. М.: Наука, 1977. - 736 с.

140. Kato Т. Redistribution of diffused boron in silicon by thermal oxidation / T. Kato, Y. Nishi // Jpn. J. Appl. Phys. 1964. - Vol. 3, N 7. - P. 377-401.

141. Зиннурова Э.З. Аналитический расчёт диффузионного перераспределения примесей в окислительной атмосфере / Зиннурова Э.З. // Технология проектирования и надёжность интегральных полупроводниковых схем. М., 1988.-С. 15-21.

142. Cave К. The base diffusion profile arising from boron redistribution in\the oxide a useful approximation / K. Cave // Solid-State Electron. - 1965. -Vol. 8,N5.-P. 991-994.

143. Guckel H. A treatment of impurity diffusion in oxidizing ambients / H. Guckel, L.A. Hall // Solid-State Electron. 1975. - Vol. 18, N 1. - P. 99-104.

144. Huang J. On the redistribution of boron in the diffused layer during thermal oxidation / J. Huang, L. Welliver // J. Electrochem. Soc. 1970. - Vol. 117, N 12.-P. 1577-1580.

145. Lee H.G. On redistribution of boron during thermal oxidation on silicon / H.G. Lee, R.W. Dutton, D.A. Antoniadis // J. Electrochem. Soc. 1979.

146. Vol. 126, N 11. —P. 2001-2007.s

147. Chen W. Impurity redistribution in a semiconductor during thermal oxidation / W. Chen, L. Chen // J. Electrochem. Soc. 1967. - Vol. 114, N 12. - P. 1297-1300.

148. Two-dimensional simulation of a 2-mkm CMOS process using RO-MANS-II / C.D. Maldonado, F.S. Custode, S.A. Lovie et al // IEEE Trans, on Electron. Div.-1983.-Vol. ED-30,N ll.-P. 1462-1469.

149. Smith G.E. RESIPE a two-dimensional VLSI process modeling pro-gr^mm / G.E. Smith, A.J. Steckl // IEEE Trans, on Electron. Div. - 1982. - Vol. ED-29, N 2. - P. 216-221.

150. VLSI process modeling SUPREM-III / C.P. Ho, J.D. Plummer, S.E. Hansen, R.W. Dutton // IEEE Trans, on Electron. Div. -1983. - Vol. ED-30, N11. -P. 1438-1453.

151. Presentation et validation du programme OSIRIS de simulation bidimensionalle des processes technologiques / N. Guillemot, P. Chenevier, P. Deroux-Dauphin et al. // Rev. Phys. Appl. 1984. - Vol. 19, N 12. - P. 987-995.

152. Two-dimensional process modeling: a description of the SAFEPRO programm / R.R. O'Brien, C.M. Hsie, J.S. Moor et. al // IBM J. Res. And Dev. -19*85. Vol. 29, N 3. - P. 229-241.

153. Boruchi L. FEDSS a 2D semiconductor fabrication process simulation / L. Boruchi, H.H. Hahsen, K. Varahramyan // IBM J. Res. And Dev. 1985. -Vol. 29, N3.-P. 263-276.

154. Antoniadis D.A. Impurity redistribution in Si02-Si during oxidation a numerical solution including interfacial fluxes / D.A. Antoniadis, M. Rodoni, R.W. Dutton//J. Electrochem. Soc.- 1979.-Vol. 126, N ll.-P. 1939-1945.

155. Simulation of doping processes / H. Ryssel, K. Haberger, K. Hoffmann et al // IEEE J. Solid-State circuits. 1980. - Vol. SC-15, N 4. - P. 549-557.

156. Будак Б.М. Разностный метод со сглаживанием коэффициентов для решения задач Стефана / Б.М. Будак, Е.Н. Соловьёва, А.Б. Успенский // Журн. вычисл. математики и математ. физики. 1965. — Т. 5, N 5. - С. 46-49.

157. Сироткин B.C. Управление технологическими процессами производства полупроводниковых приборов / B.C. Сироткин, Ф.П. Пресс. М.: Энергия, 1979.-208 с.

158. Баранов Л.И. Оценка влияния перераспределения легирующей примеси бора и фосфора при высокотемпературном окислении на параметрыкремниевых МОП структур / Л.И. Баранов, В.Б. Гаманюк, М.В. Юдович // Электрон, техника. Сер.З. 1976. -Вып.6. - С. 16-18.

159. Лизин А.И. Влияние отжига в окисляющей среде на поверхностное сопротивление слоев электронной и дырочной проводимости в кремнии / А.И. Лизин, А.Б. Раухваргер // Электрон, техника. Сер.2. 1986. - Вып.1. - С. 15-20.

160. Thermodynamic and kinetic properties of arsenic implanted silicon / G.i7. Cerofolini, P. Manini, L. Meda et al. // Thin solid films. 1986. - Vol. 135, N l.-P. 59-72.

161. Stone J.L. Ion implantation process in silicon / J.L. Stone, J.C.L. Plunkett // Impurity doping process in silicon / ed. F.F.Y. Wang. New-York : Noth Holland Publishing Co., 1981. -Ch 2. - P. 56-146.

162. Eranna G. Study of impurity profiles in silicon / G. Eranna, D. Kakati // J. Electrochem. Soc. 1983. - Vol. 130, N 12. - P. 2502-2504.

163. Masetti G. Modeling of carrier mobility against carrier concentration in arsenic phosphorus -, and boron doped silicon / G. Masetti, M. Severi, S. Sqlmi // IEEE Trans, on Electron. Dev. - 1983. - Vol. ED-30, N 7. - P. 764-769.

164. Caughey D.M. Carrier mobility in silicon empirically related to doping and field / D.M. Caughey, R.E. Thomas // Proc. IEEE. 1967. - Vol. 55, N 12. -P. 2192-2193.

165. Колби Дж. Ионно-ионный микроанализ по массам / Дж. Колби // Практическая растровая электронная микроскопия. М., 1978. - С. 568-614.

166. Carter G. The formation and evolution of edges on sputter eroded surfaces / G. Carter, M.J. Nobes // Philos. Magazin A. 1985. - Vol. 51, N 5. - P. 745 -765.

167. Проценко A.H. Форма кратера при распылении / А.Н. Проценко, Э.Ь. Чайковский // Поверхность. 1985. -N 9. - С. 43-46.

168. Werner H.W. Charging of insulators by ion bombardment and its minimization for SIMS measurements / H.W. Werner, A.E. Morgan // J. Appl. Phys. 1976. - Vol. 47, N 9. - P. 1233-1242.

169. Влияние реакционной эмиссии на результат анализа поверхностных слоёв твёрдых тел методом МСВИ / Ф.О. Гимельфарб, А.П. Коварский,

170. A.Г. Ли и др. //Журн. аналит. химии. 1980. - Т. 35, N 2. - С. 213-223.

171. Lewis R.K. Primary oxygen ion implantation effects on depth profiles by secondary ion emission mass spectrometry / R.K. Lewis, J.M. Morabito, J.C.C. Tsai // Appl. Phys. Letters. 1973. - Vol. 23, N 5. - P. 260-262.

172. Коломейцев М.И. Исследование кинетики распыления слоёв SiCVSi ионами кислорода с напуском кислорода в рабочую камеру вторично-ио^нного масс-спектрометра / М.И. Коломейцев, А.Э. Наумов // Поверхность.-1987.-N 8.-С. 56-61.

173. Bourdewijn P.R. Profile distortion in SIMS / P.R. Bourdewijn, H.W.P. Akerboom, M.N.C. Kempeners // Spectrochemica Acta. 1984. - Vol. 391. B,N 12. P. 1567-1571.

174. Cegg J.B. Evaluation of secondary ion mass spectrometry profile distortion using Rutherford backscattering / J.B. Cegg, D.J. O'Connor // Appl. Phys. Lett. 1981. - Vol. 39, N 12. - P. 997-999.

175. Гурьянов Г.М. Количественный анализ примесей в кремнии методом ВИМС при использовании стандартных образцов / Г.М. Гурьянов, А.П. Коварский, Н.Л. Чернюс // Электрон, пром-сть. 1980. - Вып. 8. - С. 68.

176. Gibbons J.F. Ion implantation. Handbook Semiconductors. Vol. 3 / J.F. Gibbons. Amsterdam e.a.,1980. - P. 599-640.

177. Christel L.A. An application of the boltzmann transport equation to io!i range and damage distributions in multilayered targets / L.A. Christel, J.F. Gibbons // J. Appl. Phys. 1980. - Vol. 51, N 9. - P. 6176-6179.

178. Hobler G. Monte-Carlo simulation into two and three - dimensional structures / G. Hobler, S. Selbergerr // IEEE Trans. Comput.-Aid. Des. Integr. Circuits and yst. - 1989. - Vol. 8, N 5. - P. 450-459.

179. Кендал М.Д. Теория распределений / М.Д. Кендал, А. Стьюарт. -М.: Наука, 1966.-587 с.

180. Takeda Т. Precise ion-implantation analysis including channeling effects / T. Takeda, S. Tazawa, A.Yoshii // IEEE Trans. Electron Dev. 1986. - Vol. 33, N9.-P. 1278-1285.

181. Пространственные распределения энергии, выделенной в каскаде атомных столкновений в твердых телах / А.Ф. Буренков, Ф.Ф. Комаров, М.А. Кумахов, М.М. Тёмкин. М.: Энергоиздат, 1985. - 248 с.

182. Таблицы параметров пространственного распределения ионно-имплантированных примесей / А.Ф. Буренков, Ф.Ф. Комаров, М.А. Кумахов, М.М. Тёмкин. Минск: БГУ, 1980. - 352 с.

183. Simard-Normandin, М. Empirical modeling of low-energy boron implants in silicon /М. Simard-Normandin, C. Slaby // J. Electrochem. Soc. 1985. -Vol. 132, N9.-P. 2218-2223.

184. Stone J.L. Ion implantation process in silicon // Impurity doping process in silicon / J.L. Stone, J.C. Plunkett / ed. F.F.Y. Wang. New-York : North Holland Publishing Co., 1981. -Ch 2. -P. 56-146.

185. Park C. Efficient modeling parameter extraction for dual Pearson approach to simulation of implanted impurity profiles in silicon / C. Park, K.M. Klein, Al. F. Tasch // Solid-State Electron. 1990. - Vol. 33, N 6. - P. 645-650.

186. Ryssel H. Ion implantation models for process simulation / H. Ryssel, J.P. Biersack // Process and device modeling / ed. by W.L. Engl.-Amsterdam: Nvvrth-Holland Publishing Co, 1986. Ch. 2. - P. 31-69.

187. Furukawa S. Theoretical considerations on lateral spread of implanted ions / S. Furukawa, H. Matsumura, H. Ishiwara // Jap. J. Appl. Phys. 1972. -Vol. 11, N2.-P. 134-142.

188. Runge H. Distribution of implanted ions under arbitrary shaped mask edges / H. Runge // Physica Status Solidi (a). 1977. - Vol. 39. - P. 595-599.

189. Буренков А.Ф. Аналитический метод расчёта двумерных распределений примеси при имплантации сквозь окна в маске / А.Ф. Буренков, Ф.Ф. Комаров, М.М. Темкин // Микроэлектрон. 1987. - Т. 16, N 1. - С.15.22. v

190. Fuller C.S. Diffusion of boron and phosphorus into silicon / C.S. Fuller, J.A. Ditzenberger // J. Appl. Phys.-1954.-Vol. 25, N 11.-P. 1439-1440.

191. Fuller C.S. Diffusion of donor and acceptor elements in silicon / C.S. Fuller, J.A. Ditzenberger // J. Appl. Phys. 1955. - Vol. 27, N 5. - P. 544-553.

192. Morin F.J. Electrical properties of silicon containing arsenic and boron / F.J. Morin, J.P. Maita // Phys. Rev. 1954. - Vol. 96, N 1. - P. 28-31.

193. Deal B.E. Kinetics of the thermal oxidation in 02/H20 and 02/Cl2 mixtures / B.E. Deal, C.P. Hess // J. Electrochem. Soc. 1978. - Vol. 125, N 2. -P. 339-346.

194. Deal B.E. Thermal Oxidation Kinetics of Silicon in Pyrogenic H20 and 5% HC1/H20 Mixtures / B.E. Deal // J. Electrochem. Soc. 1978. - Vol. 125, N4.-P. 576-581.

195. Taft E.A. Steam oxidation of silicon / E.A. Taft // J. Electrochem. Soc. 1989. - Vol. 136, N 11. - P. 3476-3478.

196. Ku H.Y. Redistribution of solutes during thermal oxidation of silicon /

197. H.Y. Ku // J. Appl. Phys. 1964. - Vol. 35, N 11. - P. 3391-3400. s

198. You H.M. Simulation of transient in diffusion-segregation process of triply negatively charged Ga vacancy in GaAs and GaAs/AlGaAs superlattice / H.M. You, U. Gosele, T.Y. Tan // J. Appl. Phys. 1993. - Vol. 74, N 4. - P. 24612470.

199. Sabrahmanyan R. The influence of HC1 on the oxidation-enhanced diffusion of boron and arsenic in silicon / R. Sabrahmanyan, Z. Hishman, R.B. Fair //J. Appl. Phys. 1987. - Vol. 61, N 10. - P. 4804-4807.

200. Hess D.W. Kinetics of the Thermal Oxidation of Silicon in 02/HCl Mixtures / D.W. Hess, B.E. Deal // J. Electrochem. Soc. 1977. - Vol. 124, N 5. -P. 73 5-739.

201. Зайцев В.Я. Оценка коэффициента сегрегации бора в Si / В.Я. Зайцев // Изв. АН СССР. Неорган, материалы. 1978. - Т. 14, N 5. - С. 963.

202. Busen К.М. Ellipsometric investigations of boron-rich layers on silicon / K.M. Busen, W.A. Fitzgibbons, W.K. Tsong // J. Electrochem. Soc. 1968. -Vol. 115,N3.-P. 291-294.

203. Schwenker R.O. Etch rate characterization of borosilicate glasses as diffusion sources / R.O. Schwenker // J.Electrochem. Soc. 1971. - Vol. 118, N 2. -P. 313-317.

204. Arai E. Interface reactions of B203-Si system and boron diffusion into silicon / E. Arai, H. Nakamura, Y. Terunuma // J. Electrochem. Soc. 1973. - Vol. 120,N7.-P. 980-987.

205. Negrini P. Boron predeposition on Si using ВВгз / P. Negrini, A. Ravaalia, S. Solmi // J. Electrochem. Soc. 1978. - Vol. 125, N 4. - P. 609-613.

206. Pignatel G. AEG study of boron diffusion in Si from a boron nitride source with hydrogen injection / G. Pignatel, G. Queirolo // J. Electrochem. Soc. -1979.-Vol. 126, N 10. — P. 1805-1810.

207. Применение нитрида бора для разделительной диффузии / О.М. Аршинов, А.И. Боровской, Г.А. Зогон, У.Г. Салтанов // Электрон, техника. Сер.З, Микроэлектрон. 1984. - Вып. 2(108). - С. 47-51.

208. Колобов Н.А. Диффузия и окисление полупроводников / Н.А. Колобов, М.М. Самохвалов. М.: Металлургия, 1975. - 456 с.

209. Анохин В.З. Кинетика и механизм термического окисления кремния / В.З. Анохин. Воронеж: ВГУ, 1983.- 196 с.

210. Бойцов Ю.П. Влияние пиролитического окисла на диффузию бора в кремнии / Ю.П. Бойцов, В.А. Шеленшкевич // Электрон, техника. Сер. 6, Материалы. 1973. - Вып.5. - С. 42-45.

211. Федорович Н.А. Исследование перераспределение бора в кремнии под плёнкой газофазного окисла / Н.А. Федорович, В.И. Соколов // Изв. АН СССР. Сер. Неорган, материалы. 1978.-Т. 14, N 6. - С.1001-1006.

212. Кононович Б.А. Численный расчёт пробивных напряжений кремниевых планарных р-n переходов / Б.А. Кононович, В.А. Миронов // Электрон. техника.Сер.2, Полупроводн. приборы. 1985. - Вып. 6(179). - С.19 -23.

213. Fair R.B. The diffusion of ion-implanted As in Si / R.B. Fair, J.C.C. Tsai // J. Electrochem. Soc. 1975.-Vol. 122, N12.-P. 1689-1696.

214. Репинский C.M. Процессы окисления полупроводников и строение границ раздела / С.М. Репинский // Физика и техника полупроводников. -2001.-Т. 35, вып. 9.-С. 1050-1061.

215. Александров О.В. Моделирование диффузии легирующих примесей при быстром термическом отжиге имплантированных слоёв кремния / О.В. Александров, Д.С. Фёдоров // Изв. СПб. ТЭТУ. 2002. - Вып. 1. - С. 16 -20.

216. Stingeder G. Determination of phosphorus distribution in the Si02-Si layer system by SIMS / G. Stingeder // Analitical Chemistry. 1988. - Vol. 60, N 15.-P. 1524-1529.

217. Studies of phosphorus pile-up at the Si-Si02 interface using Auger sputter profiling / S.A. Schwarz, R.W. Barton, C.P. Ho, C.R. Helms // J. Electrochem. Soc.-1981.-Vol. 128, N5.-P. 1101-1106.

218. Wang J.Y. Depth dependences of the ion bombardment induced roughness and of the interdiffusion coefficient for Si/Al multilayers / J.Y. Wang, A. Zalar, E.J. Mittemeijer // Applied Surface Science. 2004. - Vol. 222. - P. 171179.s

219. Sato Y. Phosphorus Pileup and Sublimation at the Silicon Surface / Y. Sato, K. Imai, N. Yabumoto // J. Electrochem. Soc. 1997. - Vol. 144, N 7. - P. 2548-2551.

220. Griffin P.B. Dose loss phosphorus implants due to transient diffusion and interface segregation / P.B. Griffin, S.W. Crowder, J.M. Knight // Appl. Phys. Letters. 1995. - Vol. 67, N 4. - P. 482-484.

221. Перераспределение ионно-имплантированной сурьмы в процессе термического окисления кремния / Г.А. Пережогин, B.C. Белоусов, В.В. Зотов и др.//Электрон, техника. Сер. 2. 1980. -Вып. 1(136).-С. 117-121.

222. Пережогин Г.А. Перераспределение имплантированной в кремний сурьмы при низкотемпературном отжиге в окислительной атмосфере / Г.А. Пережогин, B.C. Белоусов, А.И. Сидоров // Электрон, техника. Сер.6, Материалы. 1983.-Вып. 4(177).-С. 55-58.

223. Nobily D. Equilibrium carrier density and solubility of antimony in silicon / D. Nobily, R. Angelucci // J. Electrochem. Soc. 1989. - Vol. 136, N 4. -P. 1442-1446.

224. Чеботин B.H. Физическая химия твердого тела / В.Н. Чеботин. -М.: Химия, 1982.-320 с.

225. Tiller W. A. On the Kinetics of the Thermal Oxidation of Silicon. I. A Theoretical Perspective / W. A. Tiller // J. Electrochem. Soc. 1980. - Vol. 127, N 3.-P. 619-624.

226. Tiller W. A. On the Kinetics of the Thermal Oxidation of Silicon. I. A Theoretical Perspective. II. Some theoretical Evaluations / W. A. Tiller // J. Electrochem. Soc. 1980. - Vol. 127, N 3. - P. 625-633.

227. Tannenbaum E. Detailed analysis of thin phosphorus diffused layers in p-type silicon / E. Tannenbaum U Solid-State Electron. 1961. - Vol. 2, N 2/3. -P. 123-132.

228. Muekawa S. Diffusion of phosphorus into silicon / S. Muekawa // J. Phys. Soc. Japan.-1962.-Vol. 17, N10.-P. 1592-1597.

229. Фистуль В.И. Сильнолегированные полупроводники / В.И. Фис-туль. М.: Наука, 1967. - 415 с.

230. Schwettman F.N. Carrier profile change for phosphorus diffused layer? on low-temperature heat treatment / F.N. Schwettman, D.L. Kendall // Appl. Phys. Letters. 1971. - Vol. 19, N 7. - P. 218-220.

231. Schwettman F.N. On the nature of the kink in carrier profile for P-dif-fused layer in Si / F.N. Schwettman, D.L. Kendall // Appl. Phys. Letters. 1972. -Vol. 21, N 1.-P. 2-4.

232. Александров О.В. Модель высоко- и низкотемпературной диффузии фосфора в кремнии по дуальному парному механизму / О.В. Александров // Физика и техника полупроводников. -2001. Т. 35, N 11. - С. 1289-1298.

233. Атомная диффузия в полупроводниках / Под ред. Д. Шоу. М.: Мир, 1975.-685 с.

234. Seeger A. Diffusion mechanism and point defects in silicon and germanium / A. Seeger, K.P. Chik // Phys. Stat. Solidi. 1968. - Vol. 29, N 2. - P. 455-542.

235. Fair R.B. On the role of self-interstitials in impurity diffusion in silicon / R.B. Fair // J. Appl. Phys. 1980. - Vol. 51, N 11. - P. 5828-5832.

236. Van Vechten J.A. Enthalpy of vacancy migration in Si and Ge / J.A. Van Vechten // Phys. Rev. B. 1974. - Vol. 10, N 4. - P. 1482-1506.

237. Болтакс Б.И. Диффузия и точечные дефекты в полупроводниках / Б.И. Болтакс. Л.: Наука, 1972. - 384 с.

238. Willoughby A.F.W. Anomalous diffusion effects in silicon / A.F.W. Willoughby // J. Materials Science. 1968. - Vol. 16, N 1. - P. 86-98.

239. Винецкий В.Л. Радиационная физика полупроводников / В.Л. Ви-нецкий, Г.А. Холодарь. Киев: Наук. Думка, 1979. - 336 с.

240. Excess vacancy generation mechanism at phosphorus diffusion into silicon / M. Yoshida, E. Arai, H. Nakamura, Y. Terunuma // J. Appl. Phys. 1974. -Vol. 45, N4.-P. 1498-1506.

241. Yoshida M. Excess vacancy generation by E-center dissociation in the case of phosphorus diffusion in silicon / M. Yoshida // J. Appl. Phys. 1977. -Vol. 48, N6.-P. 2169-2174.

242. Yoshida M. Numerical solution of phosphorus diffusion equation in silicon / M. Yoshida // Jap. J. Appl. Phys. 1979. - Vol. 18, N 3. - P. 479-489.

243. Yoshida M. General theory of phosphorus and arsenic diffusion in silicon / M. Yoshida // Jap. J. Appl. Phys. 1980. - Vol. 19, N 12. - P. 2427-2440.

244. Взаимодействие дефектов при диффузии фосфора в кремнии / В.А. Пантелеев, М.И. Василевский, Г.М. Големшток и др. // Физика твёрд, тела. 1986. - Т. 28, вып.Ю. - С.3226-3228.

245. Meer R.L. Diffusion gettering of Au and Cu in Si / R.L. Meer, Т.Е. Seidel, A.G. Cullis // J. Electrochem. Soc. 1975. - Vol. 122, N 6. - P. 786-796.

246. Малкович Р.Ш. Диффузия золота в сильнолегированном кремнии / Р.Ш. Малкович, В.А. Покоева // Физика твёрд, тела. 1976. - Т. 18, N 9. - С. 2606-2610.

247. Пантелеев В.А. Механизм диффузии фосфора в кремнии / В.А. Пантелеев // Физика твёрд.тела. 1979. - Т. 21, N 11. - С.3388-3392.

248. Elkin E.L. Defects in irradiated Si: EPR and ENDR As-V and Sb-V pairs / E.L. Elkin, G.D. Watkins // Phys. Rev. 1968. - Vol. 174, N 3. - P. 881897.

249. Hirata M. The interaction of point defects with impurities / M. Hirata, H.J. Saito // J. Phys. Soc. Japan. 1969. - Vol. 27, N 2. - P. 405-414.

250. Дамаск А. Точечные дефекты в металлах / А. Дамаск, Дж. Дине. М.: Мир, 1966.-292 с.

251. Yoshida М. The bending energy between a group V impurity atom and a vacancy in Si / M. Yoshida, R.R. Hashiguti // Radiation damage and defects in Semiconductors. London, 1972. - P. 223-227.

252. Soma Т. Binding and migration energies of E-centers in silicon / T. Soma // J. Phys. C. Sol. State Phys. 1975. - Vol. 8, N 7. - P. 923-931.

253. Ершов C.H. Исследование миграции собственных точечных дефектов в различных полупроводниках : Автореф. дис. . канд. наук; Физ.-мат. науки / С.Н. Ершов. Горький, 1980. - 14 с.

254. Johnson R.A. Calculations for surface energies and vacancy surface interactions / R.A. Johnson, P.J. White // Phys. Rev. B. - 1978. - Vol. 18, N 6. - P. 2939-2940.

255. Mathiot D. Evidence that P diffusion in Si is assisted mainly by vacancies / D. Mathiot, J.C. Pfister // Appl. Phys. Lett. 1985. - Vol. 47, N.9. - P. 962-964.

256. Aleksandrov O.V. Effect of excess intrinsic point defects on erbium diffusion in silicon / O.V. Aleksandrov, N.A. Sobolev, E.I. Shek // Semiconductor Science and Technology. 1995. - Vol. 10, N 4. - P. 948-951.

257. Holland O.W. Novel oxidation process in Ge+-implanted Si and its effect on oxidation kinetics / O.W. Holland, C.W. White, D. Fathy // Appl. Phys. Letters. 1987. - Vol. 51, N 7. - P. 520-522.

258. Nature of interfaces and oxidation processes in Ge+-implanted Si /

259. A.R. Srivatsa, S. Sharan, O.W. Holland, J. Narayan // J. Appl. Phys. 1989. - Vol. 65, N10.-P. 4028-4032.

260. Емцев B.B. Примеси и точечные дефекты в полупроводниках /

261. B.З. Емцев, Т.В. Машовец. -М.: Радио и связь, 1981. 248 с.

262. Ни S.M. Interstitial and vacancy concentrations in the presence of interstitial in silicon / S.M. Ни // J. Appl. Phys. 1985. - Vol. 57, N 4. - P. 10691075.

263. Agrawal A.M. Consistent quantitative model for the spatial extent of point defect interactions in silicon / A.M. Agrawal, S.T. Dunham // J. Appl. Phys. 1995. - Vol. 78, N 9. - P. 5313-5319.

264. A new approach to the simulation of the coupled point defects and impurity diffusion / E. Rorris, R.R. O'Brien, F.F. Morehead et al // IEEE Trans. Сотр. Aided Design. 1990.-Vol.9, N 10.-P. 1113-1122.

265. Leroy A. Kinetics of growth of the oxidation stacking faults / A. Leroy // J. Appl. Phys. 1979. - Vol. 50, N 12. - P. 7996-8005.

266. Wijaranakula W. An experimental estimation of silicon interstitial diffusivity / W. Wijaranakula // J. Appl. Phys. 1990. - Vol. 67, N 12. - P. 76247627.

267. Ural A. Fractional contributions of microscopic diffusion mechanisms for common dopants and self-diffusion in silicon / A. Ural, P.B. Griffin, J.D. Plummer // J. Appl. Phys. 1999. - Vol. 85, N 6. - P. 6440-6446.

268. Fahey P. Experimental evidence of boron interstitial- and vacancy-assisted diffusion of Ge in Si / P. Fahey, S.S. Iyer, G.J. Scilla // Appl. Phys. Letters. 1987. - Vol. 51, N 9. - P. 843-845.

269. Lin A.M. The lateral effect of oxidation on boron diffusion in <100> silicon / A.M. Lin, R.W. Dutton, D.A. Antoniadis // Appl. Phys. Letters. 1979. -Vol. 35, N 19.-P. 799-801.

270. Investigations by SIMS of the bulk impurity diffusion of Ge in Si / P. Dorner, W. Gest, P. Predel, U. Roll, A. Lodding, H. Odelius // Phil. Mag. A. -1984. Vol. 49, N 4. - P. 557-571.

271. Павлов П.В. Аномальная диффузия германия в кремнии / П.В. Павлов, В.И. Пашков, Э.В. Доброхотов // Физика твёрд, тела. 1973. - Т. 15, N 11.-С. 3396-3398.

272. Oxidation studies of SiGe / F.K. Le Goues, R. Rosenberg, T. Nguyen, F. Himpsel, B.S. Meyerson // J. Appl. Phys. 1989. - Vol. 65, N 4. - P. 172417.28.•t

273. Fathy D. Formation of epitaxial layers of Ge on Si substrates by Ge implantation and oxidation / D. Fathy, O.W. Holland, C.W. White // Appl. Phys. Letters. 1987.-Vol. 51, N 17.-P. 1337-1339.

274. Малкович Р.Ш. Математика диффузии в полупроводниках / Р.Ш. Малкович. СПб.: Наука, 1999. - 389 с.

275. Bracht Н. Properties of intrinsic points defects in Si determined by Zn diffusion experiments under nonequlibrium conditions / H. Bracht, N.A. Stolwijk, H. Mehrer // Phys. Rev. 1995. - Vol. В 52, N 23. - P. 16542-16560.

276. Determination of silicon point defect parameters and reaction barrier energies from Au diffusion experiments / K. Ghaderi, G. Hobler, M. Budil, M. Mader, H.J. Schulze // J. Appl. Phys. 1995. - Vol. 77, N 3. - P. 1320-1322.

277. Experimental Study of Diffusion and Segregation in a Si-(GexSii.x) Heterostructure / S.M. Hu, D.S. Algren, P.A. Ronsheim, J.O. Chu // Phys. Rev. Liters. 1991.-Vol. 67, N 11.-P. 1450-1453.

278. Segregation and diffusion of impurities from doped Sii.xGex films into silicon / S. Kobayashi, T. Aoki, N. Mikoshiba, M. Sakuraba, T. Matsuura, J. Murota // Thin Solid Films. 2000. - Vol. 369, N 1/2. - P. 222-225.

279. Miyake M. Oxidation-enhanced diffusion of ion-implanted boron in silicon in extrinsic conditions / M. Miyake // J. Appl. Phys. 1985. - Vol. 57, N 6. -P. 1861-1868.

280. Miyake M. Oxidation-enhanced diffusion of ion-implanted boron in heavily phosphorus-doped silicon / M. Miyake // J. Appl. Phys. 1985. - Vol. 58, N2.-P. 711-715.

281. John J.P. Oxidation Enhanced Diffusion of Phosphorus in Silicon in Heavily Doped Background Concentrations / J.P. John, M. Law // J. Electrochem. Soc.-1993.-Vol. 140, N 5. — P 1489-1491.

282. Roth D.J. Oxidation-Enhanced Diffusion of Boron and Phosphorus in Heavily Doped Layers in Silicon / D.J. Roth, J.D. Plummer // J. Electrochem. Soc. 1994.-Vol. 141, N4.-P. 1074-1081.

283. Giles M.D. Defect Coupled Diffusion at High Concentrations / M.D. Giles // IEEE Trans. Сотр. Aided Design. 1989. - Vol. 8, N 5. - P. 460-467.

284. Effect of burred Si-Si02 interface on oxidation and implant-enhanced dopant diffusion in thin silicon-on-insulator films / S.W. Crowder, C.J. Hsieh, P.B. Griffin et al // J. Appl. Phys. 1994. - Vol. 76, N 5. - P. 2756-2764.

285. Masters B.J. Proton-enhanced diffusion and vacancy migration in silicon / B.J. Masters, E.F. Gorey // J. Appl. Phys. 1978. - Vol. 49, N 5. - P. 27172724.

286. Мазинг О.В. Моделирование термического окисления кремния / О.В. Мазинг, К.О. Петросянц // Зарубеж. электрон, техника. 1989. - Вып. 1(332).-С. 3-66.

287. Deal В.Е. General Relationship for the Thermal Oxidation of Silicon / B.E. Deal, A.S. Grove // J. Appl. Phys. 1965. - Vol. 36, N 12. - P. 3770.

288. Обобщенная кинетика термической пассивации полупроводников / Я.А. Угай, В.З. Анохин, A.M. Ховив и др. // Кинетика и катализ. 1983. — Вып.4. — С. 781-788.

289. Ховив A.M. Влияние лазерного излучения на массоперенос окислителя и самоорганизацию переходного слоя при термооксидировании кремния / A.M. Ховив, И.Н. Назаренко // Неорган, материалы. 2000. - Т. 36, N 2. -С. 135-137.

290. Ховив A.M. Термическое оксидирование кремния с учетом самоорганизации переходного слоя на межфазной границе раздела / A.M. Ховив, И.Н. Назаренко, JI.A. Малевская // Неорган, материалы. 1997. - Т. 33,N 11.-С. 1294-1297.

291. Могилевский Б.М. Теплопроводность полупроводников / Б.М. Могилевский, А.Ф. Чудновский. М.: Наука, 1972. - 409 с.

292. Физико-химические свойства окислов: Справочник / Г.В. Самсонов, A.JI. Борисова, Т.Г. Жидкова и др.; Под ред. Г.В. Самсонова. М.: Металлургия, 1978.- 472 с.

293. Кинетика термического окисления кремния в постоянном электрическом поле / JI.A. Малевская, Я.А. Угай, В.З. Анохин и др. // Журн. физ. химии. 1981. - Т. 56, вып. 10. - С. 2620.

294. Mikkelsen J.C. Diffusivity of Oxygen in Silicon During Steam Oxidation / J.C. Mikkelsen, Jr. // Appl. Phys. Letters. 1982. - Vol. 40. - N 2. - P. 336.

295. Rathnakumar K.N. Short-chennel MOST threshold voltage model / K.N. Rathnakumar, J.D. Meindl // IEEE J. Solid-State circuits. 1982. - Vol. SC-17,N5.-P. 937-948.

296. Forbes L. N-channel ion-implanted enhancement / depletion FET circuit and fabrication technology / L. Forbes // IEEE J. Solid-State circuits. 1973. -Vol. SC-8, N 2. - P. 226-230.

297. Weng Т.Н. On the shift of threshold voltage of nonuniformly doped MOS transistors / Т.Н. Weng // Solid-St. Electron. 1980. - Vol.23, N 3. - P. 283284.

298. Kwong D.L. Calculation of the threshold voltage of metal-oxide-semiconductor field-effect transistors with Pearson-IV channel doping profile / D-.L Kwong, D.C. Meyers // J. Appl.Phys. 1984. - Vol. 56, N 2. - P. 424-428.

299. Зи С. Физика полупроводниковых приборов: В 2-х кн. / С. Зи ; Пер. с англ. В.А. Гергеля, В.В. Ракитина; Под ред. Р.А. Суриса. М.: Мир, 1984.-Кн. 1.- 456 с.

300. Troutman R.R. Ion-implanted threshold tailoring for insulated gate field-effect transistors / R.R. Troutman // IEEE Trans, on Electron. Dev. 1977. -Vol. ED-24, N 3. - P. 182-192.

301. Selbergerr S. Investigation of parameter sensitivity of short channel MOSFETS / S. Selbergerr, A. Schutz, H. Potzl // Solid-State Electron. 1982. -Vol. 25, N2.-P. 85-90.

302. Розенвассер Е.Н. Чувствительность систем управления / Е.Н. Ро-зенвассер, P.M. Юсупов. М.: Наука, 1981. - 464 с.

303. Методология операционного контроля и анализа технологии интегральных схем по тестовым компонентам / В.Н. Панасюк, В.Г. Мокеров, Е.Н. Овчаренко и др. // Микроэлектрон. 1984. - Т. 13, вып. 6. - С. 539-545.

304. Крупкина Т.Ю. Современные методы моделирования МДП транзисторов / Т.Ю. Крупкина // Зарубеж. электрон, техника. 1983. - N 12(271). -С. 57-107.

305. Rathnakumar К. N. Short-channel MOST threshold voltage model / K.N. Rathnakumar, J.D. Meindl // IEEE J. Solid-State circuits. 1982. - Vol. SC-17, N5.-P. 937-948.

306. Sun S.C. Electron mobility in inversion and accumulation layers on thermally oxidized silicon surfaces / S.C. Sun, J.D. Plummer // IEEE J. Solid-State circuits. 1980.-Vol. SC-15,N4.-P. 562-573.

307. Зи С. Физика полупроводниковых приборов : В 2-х кн. / С. Зи ; Пер.с англ. В.А. Гергеля, Н.В. Зыкова, Б.И. Фукса и др. ; Под ред. Р.А. Су-риса. М.: Мир, 1984. - Кн.2. - 456 с.

308. Wada Y. Electrical testing for process evaluations / Y. Wada, H. Su-nami, N. Hashimoto // Microelectronics and Reliability. 1981. - Vol. 21, N 2. -P. 159-163.

309. Домнин JI.П. Применение тестовых ячеек дифференциального типа для оценки качества интегральных схем / Л.П. Домнин, С.А. Акулинин, А.Н. Ерашов // Электрон, техника. Сер. 8. 1979. - Вып. 8(78). - С. 51-59.ч