Otvety_na_ekzamenatsionnye_voprosy_OPT_2022 (1)

концентрацию Ns2 (рис. 1.7, б). Для соблюдения условий диффузии из тонкого слоя, а, следовательно, для справедливости применения формулы (1.7),

необходимо выполнение неравенства D2t2>> D1t1, т. е. необходимо, чтобы глубина залегания p-nперехода после разгонки примесей xj2 оказалась в несколько раз (по крайней мере, в 3–4 раза) больше глубины залегания перехода после загонки xj1 (рис 1.7, а). Расчет по (1.7) для случая,

представленного на рис. 1.7, б, дает весьма приближенный результат.

В планарной технологии, а также в тех случаях, когда требуется получить хорошо контролируемую низкую поверхностную концентрацию или определенную глубину залегания p-n-перехода xj, диффузию осуществляют в две стадии. Вначале проводят короткую диффузию из неограниченного источника (загонка примесей). Поверхностная концентрация в первом приближении определяется предельной растворимостью и концентрацией диффузанта в стеклообразном слое примеси, появившемся на поверхности пластин. Затем пластины вынимают из печи, удаляют стеклообразный слой и помещают в чистую печь для второй стадии диффузии – разгонки, проводимой обычно при более высокой температуре ( D2t2>> D1t1), т. е. при загонке выбирают температуру и время ниже, чем при разгонке. В процессе двухстадийной диффузии для загонки характерны значения температуры Θ1 = 900…1000 °С и времени t1 = 5…30 мин, а для разгонки Θ2 = 1050…1150 °С (и

даже 1200…1380 °С) и t2 = 30…120 мин (и более – до десятков часов). Начало диапазона этих значений соответствует изготовлению высокочастотных и

111

маломощных транзисторов и интегральных микросхем (ИМС), имеющих мелкие структуры, конец – изготовлению мощных диодов, транзисторов,

тиристоров с глубокими переходами. Следует иметь в виду, что указанные значения T и t не относятся к случаю одностадийной диффузии. Например,

разделительная диффузия в эпитаксиальном слое при формировании ИМС с изоляцией p-n-переходом может проводиться при гораздо более высоких температурах и более длительное время, чем процесс загонки примесей в случае двухстадийной диффузии.

112

31. Методы осуществления процесса диффузии. Источники и

способы введения примесей.

Преимущества двухстадийной диффузии:

1)процесс более управляемый (повышение производимости и упрощение контроля);

2)облегчается маскирование (диффузанта нет на поверхности, что повышает стойкость и защитные свойства окисла).

Параметры диффузионного слоя определяются видом легирующей

примеси и её концентрацией.

Основные требования к диффузионной системе:

-доставка диффундирующей примеси к поверхности подложки и проведения диффузии при определенной температуре, в течение определенного времени;

-возможность регулирования поверхностной концентрации примеси;

-отсутствие нарушений поверхности подложки при диффузии;

-возможность проведения процесса одновременно на большом количестве пластин.

Источники:

Твердые (более безопасные) жидкие и газовые (многократное

использование, не требуют доп. нагрева, процесс ведется в однозонной печи)

113

115

116

32. Математическое описание процесса ионной имплантации.

Под ионной имплантацией понимают внедрение в полупроводник ускоренных в электростатическом поле ионизированных атомов или молекул.

Процесс внедрения ионов, в отличие от диффузии, не является термодинамически равновесным, поэтому позволяет вводить примеси любого сорта с концентрацией как ниже, так и выше предельной растворимости легирующих атомов при температуре обработки. Профиль распределения концентрации внедренных при имплантации ионов в полупроводнике можно описать в первом приближении гауссовым распределением, справедливым для случайного распределения частиц (модель ЛШШ – Линдхарда, Шиотта и Шарфа):

где Q – доза ионов, см–2; RP – проецированная на нормаль к поверхности полупроводника средняя длина пробега ионов (проецированный пробег); ∆RP

– дисперсия пробега или стандартное отклонение проецированного пробега Доза имплантированных ионов является одним из основных

технологических параметров процесса ионной имплантации. Доза Q

представляет собой число ионов, приходящееся на единицу площади поверхности

Суть процесса ионного внедрения заключается в формировании пучков ионов с одинаковой массой и зарядом, обладающих необходимой заданной

118

энергией, и внедрении их в подложку или мишень в определенном количестве,

называемом дозой.

Процесс внедрения ионов, в отличие от диффузии, не является термодинамически равновесным, поэтому позволяет вводить примеси любого сорта с концентрацией как ниже, так и выше предельной растворимости легирующих атомов при температуре обработки.

Нужная энергия 0 приобретается ионом под действием действием разности потенциалов U:

0 = , где n – кратность ионизации, n=1, 2, 3.

Доля ионов определяется количеством частиц на единицу плозади:

0 =

Пробег ионов.

При движении в твердом теле быстрый ион в результате столкновений с ядрами и электронами теряет свою энергию и останавливается. Полная длина пути, пройденного ионом, и ее проекция на направление первоначального движения иона называются соответственно пробегом R и проекцией Rp

пробега. По всей длине пробега образуются дефектные области.

Число столкновений и энергия, передаваемая при столкновении – переменные величины, характеризующие случайный процесс – необходима

119

функция распределения, как средний пробег ионов и среднеквадратичное отклонение пробега ионов.

Все подложки можно разделить на два типа: аморфные и монокристаллические.

Аморфными мишенями служат маски из окислов или других диэлектриков. Распределение пробегов в аморфной мишени зависит главным образом от энергии, масс и атомных номеров бомбардирующих ионов и атомов мишени, плотности и температуры мишени во время ионной бомбардировки, дозы внедренных ионов.

Описывается теорией Линдхарда, Шарфа и Шиотта (ЛШШ).

Распределение примеси имеет вид:

Фосфор

Бор

120