Теоретический материал

1.1 Диффузия

Методом диффузии создаются p-n-переходы по биполярной технологии, а также истоки и стоки при МОП-технологии. Для диффузии в кремний в качестве акцептора используется бор, а в качестве доноров – фосфор и мышьяк. Процесс диффузии обычно проводят в два этапа. На первом осуществляют предварительное нанесение примеси. На втором добиваются проникновения примеси в глубь кремния (перераспределение концентрации).

На первом этапе примеси распределяются по поверхности под действием стационарного неограниченного источника примеси. При этом удается создать равномерно легированные профили. Распределение концентрации по расстоянию от поверхности x в момент времени t описывается выражением

(1)

где – концентрация примесей на поверхности, – коэффициент диффузии, – дополнительная функция ошибок. Значение данной функции представлены графиком 2 на рис. 1.

После предварительного нанесения примесей на поверхности пластины создается слой, который далее диффундирует в глубь материала (происходит перераспределение примесей). Имеет место диффузия из ограниченного источника примесей. Глубина диффузии зависит от температуры и времени нагрева пластины. Распределение концентрации , которое возникает в результате двух этапов диффузии, описывается гауссовской функцией

(2)

где – число атомов примеси, осажденное на единицу площади полупроводника. Значение данной функции представлены графиком 1 на рис. 1.

Рисунок 1. Графики гауссовского распределения (1) и

распределения типа дополнительной функции ошибок (2)

1.2 Эпитаксия

Эпитаксиальный процесс состоит в ориентированном выращивании одного монокристалла на поверхности другого. Эпитаксиальное выращивание позволяет создавать атомные слои, равномерно легированные по глубине, в отличие от слоев, полученных в результате диффузии.

Один из способов эпитаксиального выращивания кремниевого слоя из газовой фазы основан на восстановлении кремния из тетрахлорида кремния с помощью водорода при температуре 1200 С в соответствии с реакцией

(3)

Если в газовую фазу внести донорную (PH₃) или акцепторную (B₂H₆) примесь, то эпитаксиальный слой будет легирован этой примесью. Профиль распределения примесей в эпитаксиальном слое описывается функцией

(4)

где x – координата в слое, отсчитываемая от исходной поверхности подложки, – концентрация примесей в подложке.

1.3 Термическое оксидирование

Слой оксида кремния выполняет ряд важных функций: защитную, изолирующую, может играть роль маски, а также использоваться в качестве подзатворного диэлектрика в МОП-приборах. Термическое оксидирование проводят в атмосфере чистого кислорода (сухое оксидирование) и в смеси кислорода с водяным паром (влажное оксидирование).

Толщина оксидного слоя описывается формулой:

(4)

где – коэффициент диффузии окислителя, – константа химической реакции, которая задает скорость оксидирования на границе раздела SiO₂ – Si, – число молекул окислителя, содержащихся в единичном объеме оксида, – это время, которое требуется для создания оксидного слоя, имеющего толщину в начальный момент времени t = 0.