【摘 要】
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硼的瞬间增强扩散导致NMOS晶体管沟道杂质离子再分配,硅衬底深层的硼离子向表层扩散,导致沟道杂质总量增加,阈值电压升高,对器件的性能和良品率造成严重影响。硼的增强扩散是在高温下发生的,并且在一段时间后饱和,不同的温度饱和时间也不相同,随温度升高而降低,在1000℃以上时扩散过程比退火过程慢。间隙硅原子在硼的增强扩散中起到非常关键的作用,帮助晶格间隙的硼原子运动到晶格间隙并扩散到其他位置。本论文在4
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硼的瞬间增强扩散导致NMOS晶体管沟道杂质离子再分配,硅衬底深层的硼离子向表层扩散,导致沟道杂质总量增加,阈值电压升高,对器件的性能和良品率造成严重影响。硼的增强扩散是在高温下发生的,并且在一段时间后饱和,不同的温度饱和时间也不相同,随温度升高而降低,在1000℃以上时扩散过程比退火过程慢。间隙硅原子在硼的增强扩散中起到非常关键的作用,帮助晶格间隙的硼原子运动到晶格间隙并扩散到其他位置。本论文在40nm工艺平台对I/O晶体管受到杂质增强扩散的影响进行详细的研究,通过对多道离子注入工艺和退火工艺的参数改变实验,对不同尺寸器件受到的影响进行比较,解释了硼离子扩散与沟道尺寸的关系,提出了0.55μm沟道长度附近的器件中增强扩散在阈值电压控制中占据主导地位,在短沟道区域则影响较小。同时详细研究了抑制瞬间增强扩散的几种方法。对沟道离子注入、调阈值注入和低掺杂漏极（LDD）离子注入的剂量和能量进行实验,测量不同尺寸的器件阈值电压,分析阈值电压变化情况。结果表明:这些离子注入条件的改变无法改善由硼的增强扩散引起的反短沟道效应（RSCE）。而且阈值电压在沟道长度L=0.55μm处达到峰值,即硼的增强扩散对阈值电压的影响最大,这是沟道区扩散导致的硼离子聚集和STI导致的硼离子泄漏共同作用的结果。LDD结采用预非晶化碳共同注入,形成碳陷阱层,有效地捕获由离子注入产生的间隙硅原子,抑制源/漏边界增强扩散引起的硼聚集效应,同时还抑制了磷的扩散,减少了LDD向沟道的扩散。碳共同注入并不能完全抑制硼的增强扩散,采用RTA退火可以达到更好的效果,但是由于RTA技术只能处理单片晶圆,效率较低,本文通过适当提高高温炉退火温度,结合碳共同注入技术,最终效果与RTA退火相差不大,可以大批量处理晶圆,大大提高了生产效率。
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