химический каталог




Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем

Автор А.И.Курносов, В.В.Юдин

аппроксимацией (9.6) и формулой (9.7):

xj = 2YDi (j/^ln-^-0,3).

На основании (9.7) определим коэффициент диффузии:

4/(/In (Со/Сд)-0,3)2

__0,25-10-8_ _?4 2

= 4-1 -60-60 (/2,3 lg [1,5-1020/(1,5-1016)] _ 0,3)2 =2'3' ° " 0?'2/°'

2. Найденному коэффициенту диффузии соответствует температура 1080° С (см. рис. 9.5, а). При такой температуре предельная растворимость As в кремнии составляет 1,7-1021 см~3 (см. рис. 5.2), поэтому для диффузии следует использовать обедненный источник, чтобы получить С0= 1,5· 1020 см-3.

Решение обратной задачи для двухстадийной диффузии производят в два этапа. Вначале определим режим разгонки, затем иа основании полученных данных— режим загоики. Режим разгоики найдем, используя выражение (9.10):

ЛГ = 2С01 УО^г/п.

Отсюда после преобразования рассчитаем произведение:

Это выражение показывает, что для двухстадийной диффузии необходимо регулировать поверхностную концентрацию при загоике Саи либо задавать температуру загоики 7?, определяющую два параметра Dl и Сш, а время загоики рассчитывать по известным данным:

D2 ( ? Cm у

Пример 6. Определить температуры и длительности процессов загоики и разгонки в случае двухстадийной диффузии бора в кремний с электропроводностью л-типа, с удельным сопротивлением 10 Ом-см, если искомое распределение примеси должно иметь следующие параметры: С02=5-1018 см-3, *j=2,5 мкм.

189"

1. По графику рис. 6.4 находим, что Св = 4,5- 10м см~3.

2. Рассчитаем произведение D2h:

__xj____6,25-10-8__^ ^

22" 4Ш(.С02/СВ) ~ 4-2,3 lg [5-1018/(4,5-ЮН)] -1'7·10 9 См2.

3. Зададим температуру 72=1150°С. Согласно рис. 9.5, /)2 = 7,2-10—13 см2/с, тогда

<2= l,7-lO-9/D2= 1,7· 10-9/(7,2· Ю-») = 2,36-103 с ~ 40 мин.

4. Зададим температуру загонки бора 1050° С, тогда C0i = 3-1020 см-3 -{см. рис. 5.2), а ?>? = 6,9· ??"14 см2/с (см. рис. 9.5, а).

5. Длительность загонки

Di ( л С02 ?* 7,2-10-13/3,14 5-Wis\2

Такая длительность загонки не может быть выдержана практически, поэтому необходимо использовать обедненный источник бора или вводить примесь методом ионной имплантации.

6. Количество атомов бора, которое необходимо ввести на стадии загонки,

N = С02 УяЩг = 5-1018 /3,14-1,7-10-9 = 3,6-1014 см-2.

При использовании обедненного источника диффузанта задают длительность загонки ti и определяют произведение:

7. Зададим ^=10 мин, тогда

~ „ /3,14\2 2,4-103 1

DxCl =7,2· 10-13. 25-Юзв ( — J —:-= 1,78-1026-.

1 01 V 2 / 6-102 СМ4.С

8. Зададим Г,= 1050°С, тогда D=6,9-10-14 см2/с (см. рис. 9.5, а) и

С01 = /1,78-1026/0! = /1,78-1026/(6,9-10-14) « 5-1019 см~з.

Определение режимов последовательной диффузии. В рассмотренных примерах примесь диффундирует в однородно легированный полупроводник. При двойной последовательной диффузии эмиттерная диффузия идет в неоднородно легированную базовую область, поэтому расчет технологических режимов усложняется. Исходными данными для расчета являются глубины залегания коллекторного и эмиттерного переходов х,к, х&, концентрация примеси в эпитаксиальном слое Св, поверхностные концентрации диффундирующих акцепторной и донорно.й примесей С0а, Сод. •Определяемые параметры: режимы загонки (Тй\, гаЬ Л/а) и разгонки (7"а2, га2) акцепторной примеси при базовой диффузии и режим разгонки (Тд, 1д) донорной примеси при эмиттерной диффузии.

Расчет режима базовой диффузии выполняют аналогично расчету режима двухстадийной диффузии в однородно легированный лолупроводник. Для упрощения расчетов принимают, что в процессе эмиттерной диффузии не происходит заметного смещения распределения концентрации акцепторной примеси, т. е.

190

где Das —коэффициент диффузии акцепторной примеси при эмит-

ТеТлИяДра^е?аИрежима эмиттерной диффузии используют равенство (9 17) полученное при определении глубины залегания эмиттерного перехода. Решив его относительно произведения ЯЛ, определяют температуру или длительность диффузии:

*5.

4 [/In (С0л/С0а) + x%l{Wata) - 0,3]2

Пример 7. Определить режим загонки (Гаь <аь Na) и разгонки (Т&2, ti2) при базовой диффузии бора и режим загонки 7Д, ?д при эмиттерной диффузии фосфора в кремний, если задано: CB = 5-I0,S см-3, хл-а = 1,2 мкм, XjK = 3 5 мкм, С0а=3,3-I0is см-3, С0д=1,2-102' см-3.

Вначале определим режимы базовой диффузии.

1. Найдем произведение:

х)к 12,25

?>а2^а2 =-"- = -!-= 7,3-10-9 См2.

4 In (С0а/Св) 4-2,3 lg [3,3-1018/(5-10??)]

2. Зададим температуру разгонки 7"а2=1150эС, тогда ?>а2 = 7,2-Ю-13 см2/с (см. рис. 9.5, а). Получаем

42 = 7,3-10-9/Da2 = 7,3-10-9/(7,2-(0-13) = 1,01-104 с = 2 ч 50 мин.

3. Найдем поверхностную плотность атомов' бора, необходимую для базовой диффузии:

#а = С0а /л;0а2га2 = 3,3-1018 /3,14-7,3-10-9 = 5. IQU см-2

4. Режим загонки выберем на основании произведения

Зададим температуру загонки бора 7ai=10503C, тогда C0ai = 3-1020 см-3 (см. рис. 5.2), a uai = 6,9-Ю-'4 см2 (см. рис. 9.5, а).

5. Длительность загонки бора

= _Оа2_ /_?_ ОЦ2 7,2-10-13 /3^4 3,3-10.8 у al Dal\2 Сш) а2 6,9·10-?4\ 2 3-1020 ) Такую длительность практически трудно реализовать в связи с большим периодом установления стационарного потока диффузанта в диффузионной печи, поэтому, как и в примере 6, следует задать время iai=l0 мин и вычислить произведение:

9 „·> [ ? ? , /3,14\2 1,01-104

Оа,С02а,-Оа2С2а (— J ia2/'al = 7,2. 10-13 (3,3-1018)2^— j =

1

= 3,24-ЮМ-— .

СМ4-С

6. Зададим C0aj = 5· 1019 см-3, тогда

Dai = 3,24.1026/C^i = 3,24-1026/(5-1019)2 = 1,3-10—13 см2/с,

что соответствует температуре 7a!«1065oC (см. рис. 9.5, а).

Сопоставляя полученные режимы загонки и разгонки бора с режимами прямой задачи, рассмотренной в примере 3, видим, что они несколько отличаются,

191

что обусловлено возможностью произвольного выбора температуры, длительности и поверхностной концентрации.

Для определения режима эмиттерной диффузии найдем произведение:

7,

х2

г> t__'э

unln —

4 [ V 2,3 lg (С0д/С0а) + x)J{Wa2ta2) - 0,з]2

=___1,44-10-8_

~ 4 I/2T3"lg 11,2-1021/(3,3-1018)] + 1,44.10-8/(4.7,2· 10-9) _ 0,3^ =

= 7,2-10-10 cm2.

8. Зададим длительность эмиттерной диффузии t„ = l ч, тогда значение коэффициента диффузии фосфора

?>д = 7,2· 10-Ю/*д = 7,2-10-13/(60-60) = 2-10-13 СМ2/С,

что соответствует температуре 7,д= 1125° С (см. рис. 9.5, а).

9. Оценим справедливость допущения о неизменности распределения концентрации бора во время эмиттерной диффузии. Для 7 = 1125° С 1>аз = 4Х Х10-'3 см2/с; следовательно, Da3f„ = 4- 10-,3·60·60 = 1,44· 10~8 см2, Di2t&2 = = 7,3· Ю-9 см2.

Таким образом, соотношение Da2ta2^>DiSta выполняется достаточно хорошо.

Теперь рассмотрим расчет режимов диффузии в том случае, когда смещением коллекторного перехода в процессе эмиттерной диффузии пренебречь нельзя.

Пример 8. Определить количество атомов бора, которое необходимо ввести в •структуру методом ионной имплантации для создания области базы, и режим разгонки Гаг, fa2, а также количество атомов фосфора ЛГД> которое необходимо ввести с помощью ионной имплантации для создания эмиттерной области, и режим разгонки Гд, ta, если концентрация донорной примеси в исходном эпитаксиальной слое кремния с электропроводностью я-типа составляет Св = 5-10,5см_3 Xja=l мкм, xjK = 2 мкм, С0а = 3-1018 см-3, С0д = 5-1020 см"3.

1. Рассмотрим базовую диффузию. Чтобы учесть воздействие высокой температуры при эмиттерной диффузии, введем величину

АЛ = Агё'а2 + Аз^д.

где Даз — коэффициент диффузии бора при температуре Тя. Найдем произведение:

х2 4 10 8

°Л ~= 4 In (d/CB) = 4-2,3 lg [3-10.8/(5-1015)] = 1 ¦ 565'10"9 см2"

2. Количество атомов бора, которое необходимо ввести на единице поверхности,

Wa = С0а VnData = 3-1018 /3,14-1,565-10-9 = 2,1- ЮН См-2.

3. Рассмотрим эмиттерную диффузию. Так как атомы фосфора вводят методом ионной имплантации, то эмиттерная диффузия аналогична стадии разгонки из слоя с ограниченным содержанием примеси, поэтому глубина залегания эмит-териого перехода определяется из условия равенства двух распределений, описываемых кривыми Гаусса:

? -*/э \ I х)э~

СсдехрК-/зхН°*ехр

Отсюда найдем произведение:

4 1п (Сод/С0а)

??? = 192

+

Data J

4-2,3 lg [5-1020/(3-1018)] _,_1-^3,73.10-Ю см2.

1-10-8 ? 1,565-10-9 J

4. Определим количество атомов фосфора, которое необходимо ввести иа единице поверхности:

ЛГд = С0д УШТя =5-1020 /3,14·3,73·10-10 =1,71· 1016 см-2

5. Зададим температуру эмиттерной диффузии 7^=1100' С, при которой коэффициент диффузии фосфора ?>а = 1,Ы013 см2/с (см. рис. 9.5, а), поэтому длительность эмиттерной диффузии

?? = 3,73-10—10/?>д = 3,73-10—Ю/(1,1 -10—13) = 3,39· 10» с -=56,5 мин.

6. Определим режим базовой диффузии. При 7"„ = 11003 С коэффициент диффузии бора ?>аз=2,5-10-13 см2/с (см. рис. 9.6, а). Найдем

Da2ia2 = Data - Аз'д = 1,565· 10-9 - 2,5· 10-13-3,39-103 = 7,2- 10-Ю СМ2.

7. Выберем температуру базовой диффузии ??2= 1150° С, что соответствует коэффициенту диффузии бора /?2 = 7,2· Ю-13 см2/с (см. рис. 9.5, а). Длительность базовой диффузии

<а2 = 7,2.10-Ю/?>а2 = 7,2-10-10/(7,2.10-13) = 103 с = 16 мин 45 с.

8. Оценим параметры диффузионного базового слоя после базовой диффузии. Поверхностная концентрация бора

?? - , 2'М0" 1.1 Г" см-з/

U°a YnDa2ta2 /3,14.7,2.10-Ю

Глубина залегания коллекторного перехода

*jK = 2 УоЖъ /2,31g(C;a/CB) = 2 /7,2-10-Ю /2,3 lg [4,4-1018/(5-1015)[ «

« 1,4- Ю-4 см = 1,4 мкм.

Таким образом, значения поверхностной концентрации бора и глубины коллекторного перехода после базовой диффузии значительно отличаются от требуемых значений, которые достигаются только после эмиттерной диффузии.

Примеры 7 и 8 показывают, что в зависимости от соотношения произведений Дагг'аг и А^д следует учитывать или пренебрегать влиянием эмиттерной диффузии на распределение примеси, полученное при базовой диффузии.

§ 9.5. Диффузионные процессы при изготовлении ИМС

Вследствие того что все активные и пассивные элементы полупроводниковых ИМС расположены в одном кристалле, между ними существуют не предусмотренные электрической схемой ре-зистивны

страница 46
< 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
курсы визажистов и парикмахпров
холодильное оборудование индивидуальное обучение
пожарные шкафы для огнетушителей
купить линзы на 3-6 месяцев

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
(09.12.2016)