Jump to content

Монослойное легирование

Монослойное легирование (MLD) в производстве полупроводников поверхности в масштабе пластины, — это хорошо контролируемый метод легирования впервые разработанный в Калифорнийском университете в Беркли в 2007 году. [1] Эта работа направлена ​​на достижение контролируемого легирования полупроводниковых материалов с атомной точностью, особенно на наноуровне , что нелегко получить с помощью других существующих технологий. Этот метод в настоящее время используется для изготовления сверхмелких переходов (USJ) в качестве сильно легированных контактов истока/стока (S/D) полевых транзисторов металл-оксид-полупроводник (MOSFET), а также для определения профиля легирующих добавок в наноструктурах.

Этот метод MLD использует кристаллическую природу полупроводников и его самоограничивающиеся свойства поверхностной реакции для формирования высокооднородных, самоорганизующихся, ковалентно связанных монослоев, содержащих легирующие примеси, с последующим этапом отжига для включения и диффузии легирующих примесей. [1] Реакция образования монослоя является самоограничивающейся, что приводит к детерминированному покрытию атомов примеси на поверхности. MLD отличается от других традиционных методов легирования, таких как методы центрирования на легирующих примесях (SOD) и методы легирования в газовой фазе, способом контроля дозы легирующих примесей. Такой контроль в MLD гораздо более точен из-за самоограничивающегося образования ковалентно связанных легирующих примесей на поверхности, в то время как SOD просто полагаются на контроль толщины навинченного оксида, а метод газовой фазы зависит от контроля потока легирующего газа. ставка; следовательно, превосходный контроль дозы в MLD может привести к точной настройке результирующего профиля легирующей примеси. По сравнению с ионной имплантацией, MLD не предполагает энергетического введения легирующих примесей в решетку полупроводника, что приводит к повреждению кристалла. В случае имплантации неизбежно возникают такие дефекты, как межузельные структуры и вакансии, которые взаимодействуют с легирующими примесями, еще больше расширяя профиль перехода. Это известно как транзиторная усиленная диффузия (TED), которая ограничивает образование USJ хорошего качества. Кроме того, методы имплантации вызывают стохастические изменения в расположении легирующей примеси и серьезный стехиометрический дисбаланс для бинарных и третичных полупроводников. Напротив, все атомы примеси MLD термически диффундируют от поверхности кристалла в объем, и профиль примеси можно легко контролировать с помощью теплового баланса. Поскольку систему MLD можно классифицировать как модель с ограниченным источником, это желательно для контролируемого изготовления USJ с высокой однородностью и низкими стохастическими отклонениями. В сочетании с превосходной однородностью дозы легирующей примеси и охватом MLD, она особенно привлекательна для легирования непланарных устройств, таких как ребристые полевые транзисторы и нанопроволоки. В результате был продемонстрирован высококачественный сверхмелкий переход размером менее 5 нм. кремний с помощью этого метода MLD. [2] По сравнению с имплантацией низкоэнергетических ионов в экранирующую пленку с последующей диффузией, [3] [4] метод MLD требует меньшего теплового баланса и допускает конформное легирование топографических особенностей.

Применение в различных структурах

[ редактировать ]

Процесс MLD применим как для p-, так и для n-легирования различных наноструктурных материалов, включая обычные плоские подложки, наноремни и нанопроволоки, которые изготавливаются либо «снизу вверх», либо «сверху вниз», что делает его очень универсальным. для различных приложений. При легировании кремния p-типа на поверхности образуется ковалентно связанный монослой пинаколового эфира аллилборной кислоты в качестве предшественника бора, тогда как при легировании n-типа в качестве предшественника фосфора используется монослой диэтил-1-пропилфосфоната. [1] Например, в случае формирования USJ при сочетании фосфор-MLD и традиционного иглового отжига сообщается о рекордном переходе размером 5 нм (до 2 нм - предел разрешения ВИМС) с бесконтактными измерениями Rs (~ 5000 Ом/□). и соответствие предсказанным значениям профиля легирующей примеси. [2] Примечательно, что ~70 % примесей электрически активны, поскольку в процессе MLD используется равновесный механизм диффузии. [2]

Помимо кремния, MLD также применяется к составным полупроводникам, таким как арсенид индия (InAs), для получения высококачественных сверхмелких переходов. В последние годы детерминированный контроль профилей легирующих примесей после роста в сложных полупроводниках, таких как материалы III-V, не был достигнут из-за проблем с контролем восстановленной стехиометрии после имплантации и последовательного отжига. Эти остаточные повреждения могут привести к более высокой утечке через переход и меньшей активации примесей в сложных полупроводниках. При использовании метода MLD с легирующими добавками серы в InAs без значительной плотности дефектов наблюдается крутизна профиля легирующей примеси ~ 3,5 нм/декада с высокими концентрациями электрически активной серы ~ 8–1018 см-3. [5] Замечательно. Покрывающий слой MLD служит i) для предотвращения десорбции элементов группы V и ii) для предотвращения потери атомов легирующей примеси в окружающую среду, чтобы обеспечить хорошее качество соединений. Все это может еще раз продемонстрировать полезность этого инновационного подхода к изготовлению устройств.

Контроль дозы площади и профиля соединения

[ редактировать ]

Важной характеристикой использования химии поверхности подложки является возможность легко контролировать площадь дозы легирующих добавок путем формирования смешанного монослоя «пустых» молекул и молекул, содержащих легирующие примеси. Например, смесь молекул-предшественников бора и додецена (полностью углеродного «чистого» предшественника) в различных соотношениях используется для управления площадью дозы бора. [1] Помимо образования смешанного монослоя, площадь дозы можно легко настроить, используя детали молекулярной структуры предшественника легирующей примеси. В частности, молекулярный след прекурсора напрямую определяет поверхностную концентрацию легирующих примесей, при этом более крупные молекулы приводят к более низкой дозе. В связи с этим, используя триоктилфосфиноксид (ТОР) в качестве предшественника фосфора с примерно в шесть раз большей молекулярной площадью, чем ДПП, дозу легирующей примеси можно модулировать, уменьшая ее в шесть раз соответственно. [1] Более того, профили легирования можно легко настроить за счет оптимизации условий отжига. В этом случае высокая плотность поверхностного легирования с резким пространственным затуханием может быть получена с помощью этого метода МЛД с низкими температурами отжига и коротким временем формирования УЗП. [2] Возможность контролируемой настройки дозы легирующей примеси посредством структурного проектирования прекурсора и управления профилем легирующей примеси с помощью условий отжига представляет собой уникальный аспект процесса MLD для достижения желаемой дозы и профиля легирующей примеси.

Эта технология в настоящее время изучается промышленностью для контактов USJ S/D будущих наноразмерных транзисторов на основе полупроводников Si и III-V. [6]

  1. ^ Jump up to: а б с д и Хо, Джонни С.; Йерушалми, Рой; Джейкобсон, Закери А.; Фань, Чжиюн; Элли, Роберт Л.; Джави, Али (11 ноября 2007 г.). «Контролируемое наноразмерное легирование полупроводников посредством молекулярных монослоев». Природные материалы . 7 (1). ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа»: 62–67. дои : 10.1038/nmat2058 . ISSN   1476-1122 . ПМИД   17994026 .
  2. ^ Jump up to: а б с д Хо, Джонни С.; Йерушалми, Рой; Смит, Грегори; Маджи, Прашант; Беннетт, Джозеф; Халим, Джеффри; Файфер Владимир Н.; Джави, Али (11 февраля 2009 г.). «Формирование соединения размером менее 5 нм в масштабе пластины путем легирования монослоя и обычного отжига с шипами». Нано-буквы . 9 (2). Американское химическое общество (ACS): 725–730. arXiv : 0901.1396 . дои : 10.1021/nl8032526 . ISSN   1530-6984 . ПМИД   19161334 . S2CID   13399984 .
  3. ^ Шмитц, Дж.; ван Гестель, М.; Столк, Пенсильвания; Пономарев Ю.В.; Роузбум, Ф.; и др. Формирование ультрамелкого перехода путем диффузии из имплантированного оксида . Международная встреча по электронным устройствам, 1998 г. Сан-Франциско, Калифорния, США: IEEE. п. 1009. дои : 10.1109/iedm.1998.746525 . ISBN  0-7803-4774-9 .
  4. ^ П.А. Столк, Дж. Шмитц, Ф.Н. Кубейнс, ACMC ван Бранденбург, Дж.Г.М. ван Беркум и В.Г. ван дер Вейгерт, «Влияние тонких оксидных слоев на образование мелких переходов», протоколы ESSDERC , стр. 428, 1999.
  5. ^ Хо, Джонни С.; Форд, Александра К.; Чуэ, Ю-Лунь; Леу, Пол В.; Эрген, Онур; и др. (17 августа 2009 г.). «Наномасштабное легирование InAs монослоями серы». Письма по прикладной физике . 95 (7). Издательство AIP: 072108. doi : 10.1063/1.3205113 . ISSN   0003-6951 .
  6. ^ Барнетт, Джоэл; Хилл, Ричард; Лох, Вэй-Ип; Хоббс, Крис; Маджи, Прашант; Джемми, Радж (2010). Передовые методы достижения сверхмелких переходов в будущих КМОП-устройствах . Международный семинар по технологии соединений. IEEE. стр. 1–4. дои : 10.1109/iwjt.2010.5474968 . ISBN  978-1-4244-5866-0 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: c64efc2b38e24acf8f0708c17f2e8f6e__1673853300
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/c6/6e/c64efc2b38e24acf8f0708c17f2e8f6e.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Monolayer doping - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)