химический каталог




Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем

Автор А.И.Курносов, В.В.Юдин

льку он превращается в фосфорный ангидрид в результате окисления, когда поступает в нагретую диффузионную камеру. Для регулирования поверхностной концентрации применяют разбавление РН3 инертным газом. Фосфин не поглощает воду. С помощью этой системы можно получить низкую поверхностную концентрацию, однако управление концентрацией затрудняется вследствие неконтролируемого поглощения кварцевыми трубами ангидрида фосфора.

Самым распространенным источником в твердой фазе, используемым для диффузии бора в открытой трубе, является борный ангидрид В203. Применяют также борную кислоту Н3В03, которая легко дегидратирует при высокой температуре, образуя В203. В трубе поддерживается температура источника бора 7*л;900оС. При соприкосновении борного ангидрида с кварцем происходит расстекловывание и кварц становится непригодным к употреблению. Для устранения недостатков В203 или Н3В03 их смешивают с Si02, используя метод совместного осаждения из тетраэтилорто-силиката SiO (СН3СН2)4. Это позволяет регулировать поверхностную концентрацию в широких пределах.

Наиболее распространенный источник в жидкой фазе, используемый в системах диффузии бора в открытой трубе,— это трех-бромистый бор ВВг3. Поверхностной концентрацией управляют, изменяя температуру диффузии, температуру источника и расход потока газа-носителя.

Хлорид бора ВС13 при комнатных температурах является газом. В нейтральной или восстановительной среде при повышенной температуре он взаимодействует с кремнием, образуя летучие соединения—тетрахлорид кремния и хлористый водород. При добавлении кислорода в поток ВС13 образуется борный ангидрид и диффузия сходна с диффузией из В203. Добавление кислорода позволяет регулировать поверхностную концентрацию. При высокой концентрации ВС13 в потоке на поверхности кремниевых пластин образуются темные пятна, которые являются субоксидом бора примерного состава В60 и не удаляются никакими известными растворителями. Они обусловливают невоспроизводимость параметров. В последнее время большое внимание уделяют отработке процессов диффузии из газообразного фторида бора BF3, которому не свойственны недостатки ВС13.

Удобным источником для управления диффузией является диборан В2Нб. Его используют в восстановительной или нейтраль-

179

ной среде в разбавленном виде —в протоке аргона, азота или водорода, содержащих до 0,05% диборана. При 7,>300°С происходит пиролиз В2Н6 с образованием элементарного бора. Лучшей воспроизводимостью обладают системы с окислительной средой содержащей да 0,01% В206 и до 2,5% 02 в аргоне или азоте! Диборан взаимодействует с кислородом, образуя борный ангидрид

Рис. 9.5. Зависимость коэффициентов диффузии примесей в кремнии (а) и арсениде галлия (б) от температуры

и воду. Присутствие воды значительно увеличивает скорость испарения борного ангидрида, что обусловливает равномерное распределение диффузанта вдоль рабочей зоны вследствие образования летучих борных кислот, особенно метаборной НВ02. Недостатками В2Н6 являются токсичность и легкая воспламеняемость на воздухе при концентрации более 0,8 %, взрыв при соприкосновении с хлором. На рис. 9.5, а представлены температурные зависимости коэффициентов диффузии В, ??, ? и As в кремнии.

Диффузия в соединениях типа АШВУ. Для соединений типа ????? диффузия в подрешетке, составленной из атомов группы Ш, характеризуется меньшей энергией активации, чем соответствующая диффузия в подрешетке, составленной из атомов группы V. Если диффундирующие атомы нейтральны или однократно ионизованы, то на их движение, например в арсениде галлия, по вакантным узлам мышьяка затрачивается большая энергия, 'чем на движение по вакантным узлам галлия. Это происходит потому, что для образования вакансий галлия необходимо удалить только три электрона, тогда как для образования вакансии мышьяка 180

требуется удалить пять электронов. Способствует такому соотношению скоростей диффузии и геометрический фактор. Так как ковалентный радиус мышьяка (0,118 нм) меньше ковалентного радиуса галлия (0,126 нм), то примеси в галлиевой подрешетке могут диффундировать быстрее, чем в мышьяковой. На рис. 9.5, б представлены температурные зависимости коэффициентов диффузии S, Se, Sn, Mg и ?? в GaAs.

Вследствие испарения поверхностных атомов из арсенида галлия при температурах диффузии в поверхностном слое образуется большое число избыточных вакансий. Так как при температурах свыше 637°С давление паров As2 и As4 больше давления паров Ga, то поверхность становится нестехиометричной. В GaAs м-типа возрастает концентрация акцепторов, которыми являются вакансии Ga. Вакансии As являются донорами и сосредоточены в более узкой поверхностной области, так как имеют меньший коэффициент диффузии.

Особенность проведения процесса диффузии в соединениях типа ????? состоит в необходимости создания избыточного давления паров летучего компонента группы V для предотвращения разложения поверхности образцов при нагреве. Поэтому диффузию обычно проводят в отпаянной кварцевой ампуле, в которую кроме легирующей примеси помещают навеску фосфора или мышьяка.

§ 9.3. Методы расчетов диффузионных структур

При проведении расчетов диффузионных структур решают два основных типа задач: определение профиля распределения концентрации примеси на основании заданного технологического режима (прямая задача) и определение режима процесса диффузии на основании параметров конечного распределения примеси в структуре (обратная задача). Рассмотрим примеры решения прямых задач.

Расчет распределения примеси в случае двухстадийной диффузии. Как отмечалось, особенностью диффузии в планарной технологии является разбиение ее на две стадии. Стадия загонки примеси осуществляется в течение короткого времени t\ при постоянной поверхностной- концентрации Сои Введенное при загонке количество примесных атомов N (ат/см2) служит источником диффузанта при последующей разгонке в течение времени t2 с изменяющейся во времени поверхностной концентрацией:

Для построения профиля распределения примеси в случае двухстадийной диффузии необходимо знать температуры и длительности загонки и разгонки. Температура Т\ задает коэффициент диффузии примеси Di и поверхностную концентрацию Сои определяемую предельной растворимостью примеси.

181

Поверхностная плотность атомов примеси, введенной на стадии загонки, определяется интегрированием распределения примеси:

оо оо _

N = ^ C(x)dx=^C0leTicj^==r-dx=2c0iy ^L. (9.10)

о 5 1 .

Распределение примеси после стадии разгонки определяется выражением

C(x,t)=—У-?/ —i-i-exp--= ,_, -exp--— .

(9.11)

Пример 1. Построить профиль распределения примеси и определить глубину залегания ?-?-перехода в случае двухстадийной диффузии фосфора в кремний с электропроводностью р-тнпа с удельным сопротивлением 10 Ом-см, проводимой в режиме: Г,= 1050°С, f, = 10 мин, Г2=П50°С, t2 = 2 ч.

1. Определим Ст. Пользуясь рис. 5.2, найдем, что для 7"= 1050° С предельная растворимость фосфора в кремнии составляет 1,2· 102' см-3. Принимаем Со,= 1,2-1021 см-3.

2. Определим Di. С помощью рис. 9.5, а для 7"=Ю50°С найдем, что ?>? = = 2,5· Ю-'4 см2/с

3. Вычислим jV:

АГ^2С01|/^ = 2.1,2-10». Л/ 2^-10^·10·60 ^ ^

V ? у 3,14

4. Определяем D2. С помощью рис. 9.5, а для 7,= 1150°С найдем, что D2= = 4- Ю~!3 см2/с.

5. Построим кривую распределения:

? fx2' С(-х' ^?/^?? ехР

5,2-1015 / ?2

/3,14.4·10-13.2·60·60 ??? ^ 4-4-10-13.2-60-60

5XP^-

= 5,5-1019 ej - ' x~

1,15-10-

dhc Чй0ф7т™ P!cnPe^ejle™« концентрации фосфора после разгонки показан на стадии6за?оЛнки:РаВНеНИЯ ^ ???™ *?™* Р-ВДе?ния фосй^ос™

С(х, О = С01 erfc = 1,2-1021 erfc--- .

2 VAA 7,75- 10-?

6. Определяем глубину залегания р-я-перехода. Согласно формуле (9.2)

X) = 2YD2t2 Vln(Cc2/CB). 1еси

3j> = ]

Дг/ = 2 ]/4· 10-13.2-60-60 j/2,31е-^-^1-ч ч ??-4 „„ q- ¦

г ь J 2-lOis ~ci'0 1и см = 3,о мкм.

Йр = /(сК)0наепи?аб4И "ГМ6СИ .VA^T "ЛаСТИНе Най*ем с п™ью кривой р_ j (с) на рис. 6.4. для р„ = 10 Ом-см Св=1,2-10'5 см-3. Тогда

5,5-1019 1,2-1015 182

C(X,t),M-3

Расчет по упрощенной формуле (9.4) дает

X) = 6 УЩ~2 = 6 /2,88-10-э = 3,2 мкм,

что достаточно близко к точному значению.

Расчет распределения примеси при диффузии из слоя конечной толщины. Рассмотренный пример 1 наглядно показывает, что при выполнении условия D1t1<.D2t2 (1,5· 10~?<2,88· Ю-9) форма профиля распределения примеси на стадии загонки не влияет на профиль распределения после разгонки, ибо глубины залегания этих распределений несопоставимы. Если условие D\t\3хм км

С(х, t\, t2)-

2Cn

^ exp(—y2)eri(ay)dy, (9.12)

Рис. 9.6. Расчетные профили распределения фосфора после загонки (/) и разгонки (2)

где у — переменная интегрирования;

X2

?= ¦

, a = V Dxtx\D2t2.

Поверхностная концентрация после стадии разгонки Со2= ¦¦С (х=0, U, t2)

С02= —С01 arctga.

Интеграл (9.12) вычислен и табулирован для различных ? и ? <табл. 9.1). Таблица 9.1

0,1 0,3 0,5 1,0 - 2,0 3,0 5,0

, 0,1 0,3 0,5 0,7 0,9 1,5 3,0 0,09015 0,26295 0,41626 0,54464 0,64829 0,84509 0,99920 1,02843 0,07376 0,21403 0,33557 0,43340 0,50812 0,63065 0,68698 0,68892 0,06035 0,17422 0,27058 0,34515 0,39903 0,47586 0,49825 0,49843 0,03655 0,10416 0,15812 0,19596 0,21979 0,24431 0,24708 0,24709 1 0,01340 0,03725 0,05419 0,06398 0,06867 0,07141 0,07147 0,07147 0,00491 0,01333 0,01866 0,02120 0,02213 0,02247 0,02247 0,02247 0,00066 0,00174 0,00224 0,00242 0,00245 0,00246 0,00246 0,00246

183

Пример 2. Рассчитать распределение примеси для двухстадийной диффузии фосфора в кремний, проводимой в режиме: 7? = 1250°?, ?[ = 10 мин, Т2 — 1150° С, /г= 2 ч. Определить глубину залегания р-я-перехода.

1. С помощью рис. 9.5, а определи

страница 44
< 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
ремонт холодильника Sharp SJ-38MBE
история такси
держатели очков купить
германская посуда

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
(26.04.2017)