ТЕРМИЧЕСКАЯ ДИФФУЗИЯ ПРИМЕСЕЙ

Это процесс введения в полупроводниковые пластины и в эпитаксиальные слои легирующих примесей.

Диффузия – это перемещение частиц в направлении убывания их концентрации. Она обусловлена тепловым движением. Целью диффузии обычно является образование области с противоположным к исходному материалу типом проводимости. Вновь образованная область оказывается ограниченной p-n переходом.

Переход образуется на границе , где концентрации вводимой примеси становится равной концентрации примеси в исходном материале. Размеры диффузионного области по горизонтали, (т.е. в плане) определяются размерами окна в слое в SiO₂. Скорость диффузии в SiO₂ на несколько порядков меньше, чем в Si, поэтомудвуокись кремния выполняет здесь роль маски. Так как диффузия идет во всех направленияx, а не только в глубину пластины, боковые стенки p-n перехода всегда расположены под слоем окисла и размеры диффузионной области больше чем размеры окон. Однако задачу диффузии мы рассматриваем как одномерную задачу: в направлении х. Учитывая, что в реальных ИМС диффузионные области имеют малую толщину по сравнению с размерами в плане, то такое решение правомерно. Смещения p-n перехода за счет боковой диффузии принимают равными глубине диффузионной области и учитывают при проектировании фотошаблона.

При количество вакансий увеличивается и достигает (1 вакансия на 50 узлов). Движение атомов может происходить путем последовательного перемещения атомов примесей по вакансиям, междоузлиям или путем обмена местами между соседними атомами Si. Движение атомов происходит в периодическом потенциальном поле кристаллической решетки. Акт перемещения совершается, если атом примеси обладает достаточной энергией, которая называется энергией активации Е_а. Наиболее вероятным является вакансионный механизм, так как для него необходима минимальная Е_а =1,4 – 4,3эВ.

Чтобы управлять процессам диффузии нужно заранее рассчитать режимы процесса диффузии. Чтобы рассчитать режим диффузии надо знать закон распределение примеси по глубине. Это распределение может быть описано законами Фика.

Концентрация атомов примеси – это количество атомов примеси в единице объема.

Плотность потока – количество атомов, проходящих в единицу времени через единицу площади.

Плотность потока пропорционально концентрации атомов в направлении ее уменьшения.

- первое уравнение Фика (1)

где D – коэффициент диффузии.

Он частично равен количеству атомов, проходящих через площадку за время = 1 с. При градиенте концентрации равном .

- уравнение Аррениуса

- коэффициент, зависящий от природы и полупроводника и кристаллографического направления полупроводника.

Для Si < 111 >

Изменение концентрации атомов в элементарном объеме за время равно изменению потока атома на интервале

(2)

Это уравнение выражает динамику процесса диффузии. Если решить эти уравнения при определенных граничных условиях то получим, что концентрация атомов примеси будет некоторой функцией времени и координат:

На практике наибольшее значение имеют два практических этапа.

Первый этап диффузии: загонка при x=0 и N₀ =const, т.е. на поверхности пластины имеется неограниченный (постоянный) источник примеси

Цель: введение в кристалл определенное число атомов примеси. Количественно это число оценивается дозой легирования Q.

Q – это количество атомов примеси введенное в кристалл за время τ через единицу площади поверхности. Оно определяется с помощью уравнения (1).

На поверхности имеется постоянный источник примеси. Решение уравнения (2) в этом случае является функция , где

При V=0 до 5 это функция табулирована и меняется в пределах:

С помощью уравнения (1) можно найти дозу легирования:

(3)

где – Температурный фактор

Чтобы снизить обычно выбирают max возможным.

Второй этап диффузии: разгонка.

Поступление примеси из окружающего пространства нет. Концентрация примеси постепенно убывает до некоторого значения, равного исходной концентрации примеси в исходном слое.

Q=const. N₀ – убывает. При этом решением уравнения (2) является функция по форме представляющая собой Гауссово распределение:

(4)

Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 377; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 4 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!