5.7. Влияние дефектов на диффузию

Диффузия основных легирующих примесей при поверхностных невысоких концентрациях (C < 10¹⁹ см^–3) обычно не сопровождается образованием каких-либо структурных дефектов. При проведении диффузии с высокой поверхностной концентрацией (C > 10¹⁹ см^–3) и большим количеством в слое (Q > 10¹⁶ см^–2) примеси, создающей деформацию (B, P, Sb в Si (см. 4.6)), в кристаллическую решётку полупроводника вводятся напряжения. При превышении предела пластического течения в диффузионном слое на глубине 1/3–1/2 от глубины залегания p–n-перехода образуeтся плоская сетка дислокаций несоответствия (ДН), параллельная поверхности. Вид и плотность ДН зависят от поверхностной концентрации примеси, а также от ориентации поверхности полупроводниковой пластины (рис. 5.8).

При проведении локальной диффузии плотность дислокаций несоответствия зависит от ширины окна (рис. 5.9). В узких окнах шириной менее 10 мкм (а) образование дислокаций несоответствия затруднено по сравнению с широкими окнами (б).

При проведении второй стадии диффузии в окислительной среде и большом количестве примеси в диффузионном слое на кремнии ориентации (111) или (110) могут образовываться внеконтурные дислокации (см. также 3.11). Для примесей, имеющих коэффициент сегрегации m_s >> 1 в системе Si–SiO₂ (P, As, Sb), в результате их оттеснения фронтом растущего диоксида может быть превышен предел растворимости. Тогда в приповерхностном слое кремния образуются преципитаты (выделения) легирующей примеси, например, SiP при диффузии фосфора.

Дислокации несоответствия оказывают влияние на диффузию примеси фосфора с высокой концентрацией в кремнии, замедляя её диффузию в хвостовой части профиля (рис. 5.10). С увеличением плотности дислокаций происходит всё большее подавление хвоста в области малых концентраций. Замедление диффузии связано со стоком на дислокации избыточных СМА, являющихся причиной уско-ренной диффузии фосфора в этой области.

Д ислокации, наклонные к фронту диффузии (ростовые дислокации, линии скольжения) могут служить путями ускоренной диффузии примесей, приводя к образованию диффузионных трубок в транзисторах. Ускорение диффузии примесей вдоль дислокаций объясняется наличием в области ядра дислокации оборванных связей и напряжений.

В заключение отметим, что все описанные выше явления, происходящие при проведении высокотемпературных технологических операций – термическом окислении, эпитаксии, ионном и диффузионном легировании, – необходимо учитывать при моделировании, проектировании и изготовлении СБИС, поскольку они оказывают влияние на качество и надёжность изделий, в которых СБИС являются элементной базой.

Список литературы

1. Технология СБИС. В 2 кн. / Под ред. С. Зи. М.: Мир, 1986.

2. Аброян И. А., Андронов А. Н., Титов А. И. Физические основы электронной и ионной технологии. М.: Высш. шк., 1984.

3. Риссел Х., Руге И. Ионная имплантация. М.: Наука, 1983.

4. Александров О. В., Дусь А.И. Модель термического окисления кремния на фронте объёмной реакции // ФТП. 2008. Т. 42, № 11. С. 1400.

5. Александров О. В., Дусь А.И. Эффект ориентации поверхности в модели объёмного окисления кремния // ФТП. 2009. Т. 43, № 10. С. 1413.

6. Александров О. В., Дусь А.И. Модель термического окисления кремния с релаксацией коэффициента диффузии // Известия вузов. Электроника. 2009, № 4(78). С. 9–18.

7. Александров О. В., Афонин Н. Н. Неравновесная сегрегация фосфора в системе диоксид кремния – кремний // ФТП. 1998. Т. 32, С. 19.

8. Александров О. В., Афонин Н. Н. Неравновесная сегрегация бора при окислении кремния в парах воды под давлением // КСиМФГ. 2000. Т. 2, № 2. С. 1–5.

9. Александров О. В., Афонин Н. Н. Особенности сегрегационного перераспределения фосфора при термическом окислении сильно легированных слоёв кремния // ФТП. 2005. Т. 39, № 6. С. 647–654.

10. Александров О.В. Модель ослабления диффузии, ускоренной окислением, в сильно легированных слоях кремния // ФТП. 2003. Т. 37, № 6. С. 649–656.

11. Александров О. В., Федоров Д. С. Моделирование диффузии легирующих примесей при БТО имплантированных слоёв кремния // Изв. СПбГЭТУ. Сер. Электроника. 2002. Вып. 1. С. 16–20.

12. Александров О. В., Прохоров В. И., Шевченко Б. Н. Отжиг имплантированных фосфором кремниевых планарных приборов // Электрон. техника. Сер. 2. 1981. Вып. 1(144). С. 51–55.

13. Александров О. В. Электрические свойства дислокаций в кремниевых биполярных структурах // Электрон. техника. Сер. 3. 1991. Вып. 5(144). С. 16–19.

14. Александров О. В., Матханова И. П. Влияние ориентации на диффузию фосфора в кремний // Изв. АН СССР. Неорг. материалы. 1983. Т. 19, № 4. С. 517–520.

15. Александров О. В., Матханова И. П. Влияние ширины окна на локальную диффузию фосфора в кремний // Электрон. техника. Сер. 2. 1979. Вып. 7(133). С. 3–12.

16. Александров О. В. Влияние стоков собственных точечных дефектов на диффузию фосфора в кремнии // ФТП. 2002. Т. 36, С. 1345.

17. Александров О. В. Моделирование концентрационной зависи-мости диффузии бора в кремнии // ФТП. 2004. Т. 38, С. 270-273.