mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2012-4-18-23mateltech-52Research ArticleМатериаловедение и технология. ПолупроводникиMATERIALS SCIENCE AND TECHNOLOGY. SEMICONDUCTORSМОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИИ И БЫСТРЫХ ТЕРМООБРАБОТОК ПРИ ФОРМИРОВАНИИ АКТИВНЫХ ОБЛАСТЕЙ СУБМИКРОННЫХ И НАНОМЕТРОВЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ НА КРЕМНИИModeling of Ion Implantation and Rapid Thermal Treatments during the Formation of Active Regions of Submicron and Nanometer Silicon IСКомаровФ. Ф.KomarovF. F.

чл.−корр. НАН Беларуси, доктор физ.−мат. наук, профессор, зав. кафедройфизической электроники и нанотехнологий Белорусского государственного университета (БГУ), заведующий лабораторией элионики НИИПФП им. А. Н. Севченко БГУ, Беларусь, 220108, г. Минск, ул. Курчатова, д.7

KomarovF@bsu.byКомаровА. Ф.KomarovA. F.

доктор физ.−мат. наук, главный научный сотрудник лаборатории элионики, НИИПФП им. А. Н. Севченко БГУ, Беларусь, 220108, г. Минск, ул. Курчатова, д. 7.

МироновА. М.MironovA. M.

старший научный сотрудник, лаборатория элионики, НИИПФП им. А. Н. Севченко БГУ, Беларусь, 220108, г. Минск, ул. Курчатова, д. 7.

ЗаяцГ. М.ZayatsG. M.

кандидат физ.−мат. наук, ведущий научный сотрудник, Институт математики НАН Беларуси, Белоруссия, 220072, г. Минск, ул. Сурганова, д. 11.

МакаревичЮ. В.MakarevichY. V.

младший научный сотрудник, лаборатория элионики, НИИПФП им. А. Н. Севченко БГУ, Беларусь, 220108, г. Минск, ул. Курчатова, д. 7.

МискевичС. А.MiskevichS. A.

младший научный сотрудник, лаборатория элионики НИИПФП им. А. Н. Севченко БГУ, Беларусь, 220108, г. Минск, ул. Курчатова, д. 7.

НИИПФП им. А. Н. Севченко БГУ, БеларусьБеларусьA. N. Sevchenko Institute of Applied Physics ProblemsBelarusИнститут математики НАН БеларусиБеларусьInstitute of Mathematics, Academy of Sciences of BelarusBelarus201215032015041823Copyright © Комаров Ф.Ф., Комаров А.Ф., Миронов А.М., Заяц Г.М., Макаревич Ю.В., Мискевич С.А., 20152015Комаров Ф.Ф., Комаров А.Ф., Миронов А.М., Заяц Г.М., Макаревич Ю.В., Мискевич С.А.Komarov F.F., Komarov A.F., Mironov A.M., Zayats G.M., Makarevich Y.V., Miskevich S.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/52

Рассмотрены физико−математические модели и численные алгоритмы, позволяющие достаточно точно моделировать современные технологические процессы, такие как низкоэнергетическая ионная имплантация и быстрая термообработка. Разработанный на основе этих моделей программный комплекс, интегрированный в систему сквозного моделирования процессов и приборов интегральной электроники Silvaco ATHENA, дает возможность использовать модели и методы расчета, альтернативные реализованным в известных программных продуктах, главным образом в решении задач с малой глубиной формируемых легированных областей.

The physical models and numerical algorithms allowing one to accurately simulate advanced technological processes, such as low−energy ion implantation and rapid thermal processing (RTA) are presented. A software system on the basis of these models has been designed and integrated into the microelectronics device and process modeling system Silvaco ATHENA. It enables the use of models and calculationmethods alternative to those implemented in the well−known software products, mainly for solving the problems with shallow depths of doped regions

ионная имплантациядиффузиябыстрый термический отжигчисленное моделированиеion implantationdiffusionrapid thermal annealingnumerical simulationReferencesGirginoudi, D. Studies of ultra shallow n+—p−junctions formed by low−energy As−implantation / D. Girginoudi, N. Georguolas, A. Thanailakis, E.A. Polycroniadis // Mater. Sci. and Eng. B. − 2004. − V. 114–115. − P. 381—385.Girginoudi, D. Studies of ultra shallow n+—p−junctions formed by low−energy As−implantation / D. Girginoudi, N. Georguolas, A. Thanailakis, E.A. Polycroniadis // Mater. Sci. and Eng. B. − 2004. − V. 114–115. − P. 381—385.Solmi, S. Transient enhanced diffusion of As in Si / S. Solmi, M. Ferri, M. Bersani // J. Appl. Phys. − 2003. − V. 94, N 8. − P. 4950— 4955.Solmi, S. Transient enhanced diffusion of As in Si / S. Solmi, M. Ferri, M. Bersani // J. Appl. Phys. − 2003. − V. 94, N 8. − P. 4950— 4955.Ruffell, A. Annealing behavior of low−energy ion−implanted P in Si / A. Ruffell, I. V. Mitchell, P. Simpson // Ibid. − 2005. − V. 97. − P. 123518 1−6.Ruffell, A. Annealing behavior of low−energy ion−implanted P in Si / A. Ruffell, I. V. Mitchell, P. Simpson // Ibid. − 2005. − V. 97. − P. 123518 1−6.Komarov, F. F. Mechanisms of arsenic clustering in silicon / F. F. Komarov, O. I. Velichko, V. A. Dobrushkin, A. M. Mironov // Phys. Rev. − 2006. − V. 74. − P. 035205−1—035205−10.Komarov, F. F. Mechanisms of arsenic clustering in silicon / F. F. Komarov, O. I. Velichko, V. A. Dobrushkin, A. M. Mironov // Phys. Rev. − 2006. − V. 74. − P. 035205−1—035205−10.Komarov, F. F. 2D modelling of the diffusion of low−energy implanted arsenic in silicon at rapid thermal annealing / F. F. Komarov, A. M. Mironov, G. M. Zayats, V. A. Tsurko, O. I. Velicko, A. F. Komarov, A. I. Belous // Vacuum. − 2007. − V. 81. − P. 1184—1187.Komarov, F. F. 2D modelling of the diffusion of low−energy implanted arsenic in silicon at rapid thermal annealing / F. F. Komarov, A. M. Mironov, G. M. Zayats, V. A. Tsurko, O. I. Velicko, A. F. Komarov, A. I. Belous // Vacuum. − 2007. − V. 81. − P. 1184—1187.Мильчанин, О. В. Улучшение параметров мелких p+—n− переходов в кремнии путем дополнительных имплантаций ионов углерода и ступенчатых термообработок / О. В. Мильчанин, Ф. Ф. Комаров, В. И. Плебанович, П. И. Гайдук, А. Ф. Комаров // Докл. НАН Беларуси. −2007. − Т. 51, № 2. − С. 40—44.Мильчанин, О. В. Улучшение параметров мелких p+—n− переходов в кремнии путем дополнительных имплантаций ионов углерода и ступенчатых термообработок / О. В. Мильчанин, Ф. Ф. Комаров, В. И. Плебанович, П. И. Гайдук, А. Ф. Комаров // Докл. НАН Беларуси. −2007. − Т. 51, № 2. − С. 40—44.Комаров, Ф. Ф. Формирование однородно легированных слоев в металлах и полупроводниках методом полиэнергетической высокодозной ионной имплантации / Ф. Ф. Комаров, А. Ф. Комаров, А. М. Миронов // Там же. − 2007. − Т. 51, № 3. − С. 52—56.Комаров, Ф. Ф. Формирование однородно легированных слоев в металлах и полупроводниках методом полиэнергетической высокодозной ионной имплантации / Ф. Ф. Комаров, А. Ф. Комаров, А. М. Миронов // Там же. − 2007. − Т. 51, № 3. − С. 52—56.Komarov, F. F. Simulation of rapid thermal annealing of low−energy implanted arsenic in silicon / F. F. Komarov, A. F. Komarov, A. M. Mironov, G. M. Zayats, V. A. Tsurko, O. I. Velichko // Phys. And Chem. of Solid State. − 2007. − V. 8, N 3. − P. 494—499.Komarov, F. F. Simulation of rapid thermal annealing of low−energy implanted arsenic in silicon / F. F. Komarov, A. F. Komarov, A. M. Mironov, G. M. Zayats, V. A. Tsurko, O. I. Velichko // Phys. And Chem. of Solid State. − 2007. − V. 8, N 3. − P. 494—499.Mironov, A. M. Modelling of low−energy−implanted phosphorus diffusion during rapid thermal processing of the semiconductor structures / A. M. Mironov, F. F. Komarov, A. F. Komarov, V. A. Tsurko, G. M. Zayats, O. I. Velichko // Vacuum. − 2009. − V. 83. − P. S127—S130.Mironov, A. M. Modelling of low−energy−implanted phosphorus diffusion during rapid thermal processing of the semiconductor structures / A. M. Mironov, F. F. Komarov, A. F. Komarov, V. A. Tsurko, G. M. Zayats, O. I. Velichko // Vacuum. − 2009. − V. 83. − P. S127—S130.Комаров, Ф. Ф. Моделирование процесса быстрого отжига кремниевых структур, имплантированных бором и бором с углеродом / Ф. Ф. Комаров, А. Ф. Комаров, А. М. Миронов, Г. М. Заяц // Материалы Седьмой Междунар. конф. «Автоматизация проектирования дискретных систем». − Минск, 2010. − C. 370—376.Комаров, Ф. Ф. Моделирование процесса быстрого отжига кремниевых структур, имплантированных бором и бором с углеродом / Ф. Ф. Комаров, А. Ф. Комаров, А. М. Миронов, Г. М. Заяц // Материалы Седьмой Междунар. конф. «Автоматизация проектирования дискретных систем». − Минск, 2010. − C. 370—376.Буренков, А. Ф. Пространственные распределения энергии, выделенной в каскаде атомных столкновений в твердых телах / А. Ф. Буренков, Ф. Ф. Комаров, М. А. Кумахов. − М. : Энергоатомиздат, 1985. − 245 с.Буренков, А. Ф. Пространственные распределения энергии, выделенной в каскаде атомных столкновений в твердых телах / А. Ф. Буренков, Ф. Ф. Комаров, М. А. Кумахов. − М. : Энергоатомиздат, 1985. − 245 с.Hobler, G. Two−dimensional modelling of ion implantation with spatial moments / G. Hobler, E. Langer, S. Selberherr // Solid−State Electronics. − 1987. − V. 30, N 4. − P. 445—455.Hobler, G. Two−dimensional modelling of ion implantation with spatial moments / G. Hobler, E. Langer, S. Selberherr // Solid−State Electronics. − 1987. − V. 30, N 4. − P. 445—455.Burenkov, A. F. Two−dimensional local ion implantation distribution / A. F. Burenkov, A. G. Kurganov, G. G. Konoplyanik // Surface Sciences. − 1989. − V. 8. − P. 52.Burenkov, A. F. Two−dimensional local ion implantation distribution / A. F. Burenkov, A. G. Kurganov, G. G. Konoplyanik // Surface Sciences. − 1989. − V. 8. − P. 52.Lorenz J., Simulation of the lateral spread of implanted ions: theory. / Lorenz J., Kruger W., Barthel A. // Proc. NASECODE−VI − Boole Press, 1989. − P. 513—520.Lorenz J., Simulation of the lateral spread of implanted ions: theory. / Lorenz J., Kruger W., Barthel A. // Proc. NASECODE−VI − Boole Press, 1989. − P. 513—520.Parab, K. B. Analysis of ultra−shallow doping profiles obtained by low energy ion implantation / K. B. Parab, D. H. Yang, S. J. Morris, S. Tian, A. F. Tasch, D. Kamenitsa, R. Simonton, C. Magee // J. Vac. Sci. and Techn. B. − 1996. − V. 4, N 1. − P. 260.Parab, K. B. Analysis of ultra−shallow doping profiles obtained by low energy ion implantation / K. B. Parab, D. H. Yang, S. J. Morris, S. Tian, A. F. Tasch, D. Kamenitsa, R. Simonton, C. Magee // J. Vac. Sci. and Techn. B. − 1996. − V. 4, N 1. − P. 260.Fedotov, A.K. Set of equations for stress−mediated evolution of the nonequilibrium dopant−defect system in semiconductor crystals / A. K. Fedotov, O. I. Velichko, V. A. Dobrushkin // J. Alloys and Compounds. − 2004. − V. 382, Iss. 1–2. − P. 283—287.Fedotov, A.K. Set of equations for stress−mediated evolution of the nonequilibrium dopant−defect system in semiconductor crystals / A. K. Fedotov, O. I. Velichko, V. A. Dobrushkin // J. Alloys and Compounds. − 2004. − V. 382, Iss. 1–2. − P. 283—287.Komarov, F.F. Numerical algorithms for modeling of diffusion of As implanted in Si at low energies and high fluences / F. F. Komarov, O. I. Velichko, A. M. Mironov, V. A. Tsurko, G. M. Zayats // Proc. SPIE. − 2006. − V. 6260. − P. 566—574.Komarov, F.F. Numerical algorithms for modeling of diffusion of As implanted in Si at low energies and high fluences / F. F. Komarov, O. I. Velichko, A. M. Mironov, V. A. Tsurko, G. M. Zayats // Proc. SPIE. − 2006. − V. 6260. − P. 566—574.Griffin, P. B. Doping and damage dose dependence of implant induced TED below the amorphization threshold / P. B. Griffin, R. F. Lever, P. A. Packan, J. D. Plummer // Appl. Phys. Lett. − 1994. − V. 64, N 10. − P. 1242.Griffin, P. B. Doping and damage dose dependence of implant induced TED below the amorphization threshold / P. B. Griffin, R. F. Lever, P. A. Packan, J. D. Plummer // Appl. Phys. Lett. − 1994. − V. 64, N 10. − P. 1242.Самарский, А. А. Теория разностных схем / A. A. Самарский. − М.: Наука, 1977. − 656 с.Самарский, А. А. Теория разностных схем / A. A. Самарский. − М.: Наука, 1977. − 656 с.Komarov, F. F. Numerical simulation of impurity diffusion at the formation of ultrashallow doped areas in semiconductors / F. F. Komarov, A. F. Komarov, A. M. Mironov, O. I. Velichko, V. A. Tsurko, G. M. Zayats // J. Nonlinear Phenomena in Complex Systems. − 2010. − V. 13, N 4. − P. 389—395.Komarov, F. F. Numerical simulation of impurity diffusion at the formation of ultrashallow doped areas in semiconductors / F. F. Komarov, A. F. Komarov, A. M. Mironov, O. I. Velichko, V. A. Tsurko, G. M. Zayats // J. Nonlinear Phenomena in Complex Systems. − 2010. − V. 13, N 4. − P. 389—395.Величко, О. И. Моделирование диффузии мышьяка в системе SiO2/Si при низкоэнергетической имплантации и коротком термическом отжиге / О. И. Величко, Г. М. Заяц, А. Ф. Комаров, А. М. Миронов, В. А. Цурко // Материалы VII Междунар. конф. «Взаимодействие излучений с твердым телом». − Минск (Беларусь), 2007. − C. 96—98.Величко, О. И. Моделирование диффузии мышьяка в системе SiO2/Si при низкоэнергетической имплантации и коротком термическом отжиге / О. И. Величко, Г. М. Заяц, А. Ф. Комаров, А. М. Миронов, В. А. Цурко // Материалы VII Междунар. конф. «Взаимодействие излучений с твердым телом». − Минск (Беларусь), 2007. − C. 96—98.Velichko, O. I. Modeling of the transient interstitial diffusion of implanted atoms during low−temperature annealing of silicon substrates / O. I. Velichko, A. P. Kavaliova // Physica B. − 2012. − V. 407. − P. 2176—2184.Velichko, O. I. Modeling of the transient interstitial diffusion of implanted atoms during low−temperature annealing of silicon substrates / O. I. Velichko, A. P. Kavaliova // Physica B. − 2012. − V. 407. − P. 2176—2184.Boucard, F. A. Comprehensive solution for simulating ultra−shallow junctions: From high dose/low energy implant to diffusion annealing / F. Boucard, F. Roger, I. Chakarov, V. Zhuk, M. Temkin, X. Montagner, E. Guichard, D. Mathiot // Mater. Sci. and Eng. B. − 2005. − V. 124–125. − P. 409—414.Boucard, F. A. Comprehensive solution for simulating ultra−shallow junctions: From high dose/low energy implant to diffusion annealing / F. Boucard, F. Roger, I. Chakarov, V. Zhuk, M. Temkin, X. Montagner, E. Guichard, D. Mathiot // Mater. Sci. and Eng. B. − 2005. − V. 124–125. − P. 409—414.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.