химический каталог




Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем

Автор А.И.Курносов, В.В.Юдин

тины помещают в чистую печь для проведения второй стадии диффузии — разгонки, осуществляемой при более высокой температуре, так что D2t2^>Diti. Тонкий диффу-174

зионный слой, сформированный на первой стадии диффузии, является источником с ограниченным количеством примеси. В настоящее время в планарной технологии загонка примеси осуществляется чаще всего не путем диффузии, а с помощью метода ионной имплантации (см. гл. 10). Атомы примеси внедряются в тонкий поверхностный слой с плотностью N (ат/см2). Ионная имплантация обеспечивает точное регулирование поверхностной концентрации при последующей разгонке, так как, согласно формуле (9.3),

С0= NlVnDt.

Si02

7^

3"

а)

-+---?

^—\—^

б)

Рис. 9.2. Геометрия диффузионного планарного р-я-пе-рехода:

а —сечение; б — вид в плане

Пленарные р-л-переходы имеют существенное отличие от простых плоскостных переходов, связанное с их геометрической конфигурацией. В планарной технологии р-л-переход создают диффузией примеси в объем полупроводника через окна в защитном слое диоксида кремния. Примесь при этом диффундирует не только в глубину, но и вдоль поверхности под защитную маску, чем достигается пассивация границы р-л-перехода, выходящей на поверхность пластины. Образующийся р-я-переход состоит из плоской части и краевых областей, имеющих приблизительно цилиндрическую форму, как показано на рис. 9.2 (цифрой 1 отмечены цилиндрические участки перехода). Так как в защитной маске имеются углы, то форма перехода вблизи углов близка к сферической. Эти участки отмечены на рис. 9.2 цифрой 2. Если р-л-переход получен диффузией через окно, имеющее конфигурацию узкой щели, ширина которой близка к глубине диффузии, то переход имеет форму полуцилиндра. Переход, созданный диффузией через круглое окно, имеет форму полусферы, если радиус окна равен глубине перехода или меньше ее.

Вследствие малой 1лубины залегания пленарных р-л-перехо-дов, обычно не превышающей 10 мкм, они обладают большой кривизной под краем защитной маски, что вызывает стягивание линий тока, локальное возрастание электрического поля и уменьшение напряжения лавинного пробоя. Структура мелких пленарных переходов в плоской части подобна резким переходам. На рис. 9.3 приведена зависимость напряжения лавинного пробоя от концентрации примеси для резкого р-л-перехода с цилиндрической (сплошные линии) и сферической (штриховые линии) геометрией боковой границы. Как следует из рис. 9.2, а, радиус кривизны боковой границы р-л-перехода г,- приблизительно равен глубине залегания перехода х,. Для плоской части перехода радиус кривизны стремится к бесконечности и напряжение пробоя максимально. При данном значении г, и одинаковых концентрациях

175

примеси напряжение пробоя сферического перехода меньше, чем цилиндрического. Например, при концентрации Св=1015 см~3 напряжение пробоя плоского кремниевого перехода составляет 330 В, цилиндрического перехода с радиусом кривизны 1 мкм — 80 В, а сферического перехода такой же .кривизны —40 В.

WOO

Рис. 9.3. Зависимость напряжения лавинного пробоя от концентрации примеси для резких ?-?-переходов с различной геометрией

Для расчета напряжения пробоя пленарных р-я-переходов на Si, Ge, GaAs и GaP используют формулу

' ?/???6=?/????1[(/?+? + 1)?'«]»+?-?} , (9.9)

где ??,??? — напряжение пробоя плоской части перехода, определяемое формулой (5.12); я=1 для цилиндрического и я = 2 для сферического перехода; y=r}/w (w — ширина области пространственного заряда резкого р-я-перехода).

Когда радиус кривизны перехода мал и у->-0, то множитель в скобках также стремится к нулю и напряжение пробоя уменьшается.^ Если глубина р-я-перехода велика, радиус кривизны большой и ?-???, то множитель возрастает до единицы и выражение (9.9) сводится к формуле (5.12).

Еще одна особенность получения диффузионных р-я-переходов в планарной технологии связана с наличием нескольких операций оксидирования, проводимых после операций диффузии. Вследствие различной растворимости диффундирующей примеси в кремнии и в образующемся диоксиде кремния происходит заметное перераспределение концентрации примеси на границе раздела кремнии —диоксид. Растворимость бора и алюминия в диоксиде больше, чем в кремнии, поэтому поверхность кремния обедняется бором'

176

и алюминием, тогда как растворимость фосфора, сурьмы и мышьяка выше в кремнии, чем в S1O2, и поверхность кремния обогащается атомами этих элементов. Наличие обедненных или обогащенных примесями слоев кремния приводит к изменению электрических свойств диффузионных структур и прежде всего напряжения пробоя.

§ 9.2. Технологические приемы получения диффузионных структур

Способы проведения диффузии. Диффузию проводят в сравнительно ограниченном диапазоне температур. Для кремния, например, этот диапазон 1100—1300°С или с учетом процесса загонки при двухстадийной диффузии 1000—1300°С. Ниже 1000°С значения коэффициентов диффузии очень малы и глубина диффузии незначительна. Выше 1300°С качество диффузионных слоев неудовлетворительно вследствие нарушения поверхности пластин под действием температуры. Если в изолированный объем поместить пластину полупроводника и примесный элемент и нагреть их до некоторой температуры, то вследствие сублимации или испарения примесного элемента в объеме вскоре установится определенное парциальное давление его паров. Молекулы пара адсорбируются всеми поверхностями, в том числе и поверхностью пластины, и при достаточно большой температуре диффундируют вглубь. В общем случае равновесная концентрация пропорциональна давлению пара, поэтому управление поверхностной концентрацией примеси осуществляют путем контроля давления пара. Если равновесие на поверхности достигается за время, меньшее, чем длительность диффузии, то поверхностная концентрация остается постоянной. Поэтому в большинстве случаев распределение примеси при диффузии из газовой фазы описывается функцией дополнения к интегралу ошибок.

Диффузионные процессы проводят в закрытой или открытой трубе. Термин «открытая труба» обусловлен тем, что выходной конец диффузионной трубы сообщается с атмосферой (рис. 9.4, а —в, д). Через него в зону диффузии загружают кремниевые пластины 1. Чтобы свести к минимуму загрязнения из атмосферы, над выходом трубы 2 устанавливают вытяжную систему. Входной конец диффузионной трубы 3 служит для введения газа-носителя (азота, аргона или кислорода). Термин «закрытая труба» относится к диффузии в герметизированной ампуле (рис. 9.4, г). Пла-

177

BCljs+Oj,Г

а)

Р,0.

JIIIIIIII.

N,

6)

???????

?)

At

5 ». B2Q3 ,1

\ ' 1 П

6 Ч

3 ^wiiig,

Рис. 9.4. Способы проведения диффу-

стины полупроводника 1 и источник диффузанта 4 загружают в кварцевую ампулу 6, которую вакуумируют, герметизируют и помещают в диффузионную печь 5.

Диффузант 4 либо наносят на поверхность пластины (рис. 9.4, д), либо вводят в виде пара или газа в газ-носитель (рис. 9.4, а). На рис. 9.4, б показана схема двухзонной печи, применяемой в основном для диффузии из твердых источников диффузанта методом открытой трубы, а на рис. 9.4, в — схема бокс-метода. В последнем методе пластины и источник примеси находятся в полугерметичном контейнере 5 однозонной печи.

Наиболее широкое распространение получила диффузия в открытой трубе, проводимая из твердых, жидких и газообразных источников. Основными диффузантами при диффузии в кремний являются фосфор и бор. При изготовлении пленарных приборов, как отмечалось, процесс диффузии обычно проводят в две стадии. На первой стадии (загонке) на поверхности кремния создают тонкий диффузионный слой с erfc-распределением примеси. Загонку осуществляют в печах с одной или двумя температурными зонами при невысоких по сравнению с собственно диффузией температурах. На второй стадии (разгонке) пластины полупроводника нагревают в однозонной печи в атмосфере, не содержащей атомов диффузанта, так что единственным процессом является диффузионное перераспределение примеси. Вторая стадия соответствует диффузии из источника с ограниченным содержанием примеси. Двухстадийная диффузия имеет два основных преимущества перед одностадийной: 1) разделение процесса на две стадии делает его более управляемым, что повышает воспроизводимость и упрощает его контроль; 2) облегчается маскирование, так как первая стадия кратковременная и относительно низкотемпературная, а на второй стадии нет паров диффузанта. Все это повышает стойкость и защитные свойства диоксида кремния.

Диффузанты. Широкое распространение получили газообразные диффузанты —гидриды бора и фосфора, жидкие (галогениды бора и фосфора) и твердые (оксиды бора и фосфора).

Наиболее распространенным источником фосфора при диффузии из твердого источника диффузанта является обезвоженный пентаоксид фосфора (фосфорный ангидрид Р205). Пентаоксид помещают в зону источника и нагревают до 230—300°С (рис. 9.4, б). Газ-носитель захватывает молекулы пентаоксида и переносит их в зону диффузии. Между кремнием и Р205 происходит химическая реакция, е результате которой выделяются элементарный фосфор и оксид кремния, образующие стеклообразное соединение на поверхности пластины, из которого и происходит диффузия. Ряд желательных характеристик имеет жидкий источник фосфора (оксихлорид фосфора РОС13). Он не гигроскопичен, имеет малый расход, стабилен по концентрации фосфора при длительном использовании. Механизм диффузии из жидкого источника аналогичен диффузии из,Р205, так как жидкие источники реагируют с избыточным кислородом, образуя Р2О5. На поверх-

178

ностную концентрацию влияют расход РОС13, температура источника, диаметр диффузионной трубы, конструкция отражателя паров и состав газа-носителя. Как правило, по воспроизводимости и возможности регулирования параметров системы с источником в жидкой фазе лучше, чем системы с источником в твердой фазе.. С тем же успехом используют трихлорид РС13 и пентафторид. фосфора PF5.

В системах диффузии фосфора в открытой трубе из газообразного источника обычно используют фосфин РН3. Механизм диффузии из РН3 такой же, как и из Р205, поско

страница 43
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87

Скачать книгу "Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем" (3.82Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
arhicad обучение
Стол журнальный DIK Kenner 5
нож сантоку для чего
шкафчики для обуви в школьный гардероб

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(02.12.2016)