Электротехника \ Электроника

Прогнозирование возможности и характера процесса эпитаксии. Диффузия в полубесконечное тело из ограниченного источника, страница 6

В планарной технологии традиционно процесс диффузии проводят в две стадии, когда на первой, более короткой, осуществляют диффузию из бесконечного источника либо другим способом формируют сильно легированный поверхностный слой, а на второй стадии, более высокотемпературной, проводят отжиг структуры для перераспределения примеси в заданном объеме. В такой традиционной ситуации D₂t₂>>D₁t₁ и тонкий слой, созданный на первой стадии, можно считать ограниченным источником примеси. При этом количество атомов примеси, введенное на первой стадии, останется неизменным и

С учетом (4.9)

. (4.10)

В случае, когда условие D₂t₂>>D₁t₁ не выполняется, нельзя считать, что на второй стадии осуществляется диффузия из ограниченного источника, тогда

, (4.11)

где

, .

После проведения второй стадии поверхностная концентрация определится как

. (4.12)

Глубина залегания p-nперехода будет соответствовать условию С(х,t) = С_B, т.е.

Таким образом, если известна величина x_j, для момента времени t₁, то для диффузии на глубину x_j' потребуется время t₂,

. (4.13)

Если учесть, что для большинства структур величина С_В в 10³ – 10⁵раз ниже поверхностной концентрации, можно с точностью до 10 % оценить глубину залегания p-nперехода по приближенной формуле

Практическая часть

1. Задание. Выбрать легирующую примесь и состав ПГС для процесса эпитаксии. Рассчитать «расползание» скрытого слоя во время процесса эпитаксии.

1. Выбор метода эпитаксии.

· Наиболее удобным для реализации процесса является хлоридный метод эпитаксии;

2. Выбор легирующей примеси.

· Основная цель — изменить тип проводимости и концентрацию носителей в объёме полупроводника для получения заданных свойств (проводимости, получения требуемой плавности p-n-перехода). Самыми распространёнными легирующими примесями для кремния являются фосфор и мышьяк (позволяют получить n-тип проводимости).

· В качестве легирующей примеси выбираем мышьяк.

Рис.1 графическое представление желаемого результата

3. Выбор пгс

В качестве исходных реагентов первой реакции используются тетрахлорид кремния (SiCl₄), трихлорсилан (SiHCl₃), дихлорсилан (SiH₂Cl₂) и т. п., но наиболее часто—тетрахлорид кремния SiCl₄.

4. Рис. 1. Температурная зависимость равновесного парциального давления соединений, образующихся в газовой фазе при давлении в 1 атм и отношении Сl/Н=0,01

Согласно положениям о химическом равновесии, при избытке водорода первая реакция идет с образованием кремния, а при подаче в систему соляной кислоты НСl можно осуществить газовое травление кремниевой подложки. Поясним это более подробно. Как уже говорилось, первая реакция является обобщающей. В действительности в системе протекают, как минимум, следующие реакции: SiCl₄+H₂↔SiHCl₃+HCl, SiHCl₃+H₂↔SiH2Cl₂+HCl, SiH₂Cl₂ ↔SiCl₂ +H₂ SiHCl₃↔SiCl₂+HCl, SiCl₂+H₂↔Si+2HCl,

На рис. 1 показана зависимость состава смеси от температуры для обычно используемого в технологии отношения концентрации хлора к концентрации водорода, равном 0,01. Сразу же сделаем ряд выводов из вышесказанного.

Подходящая ПГС – SiH4 или SiH2Cl2

4. Рассчитать «расползание» скрытого слоя во время процесса эпитаксии.

Известные параметры:

Толщина слоя – s – 3 мкм

Скорость роста эпитаксиальноего слоя – v - примерно 0.1 мкм/мин

Температура процесса = 1200 с

Константы, полученные исходя из заданных параметров