Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы технологии электронной компонентной базы. Практикум
.pdf
Подставив в формулу для профиля атомов бора x = dВ = 2,5 мкм,
D
D
находим значение N′
эмиттером. Получаем N′
– концентрацию атомов бора на границе с
исх
= 3⋅1015 см–3. Это значение потребуется
исх
для определения фактора Dt при эмиттерной диффузии.
3) Определяем режим загонки базовой примеси – бора.
Определяем температуру загонки Т
Задаемся величиной Т
= 1000 °С, затем из данных табл. 2.2 находим
зВ
предельную растворимость бора при этой температуре: 10
и длительность tзВ процесса.
зВ
19
см–3 и
считаем, что это значение соответствует поверхностной концентрации, т.е. N
= 1019 см–3.
0
Далее из формулы
Q
где значение Q
определено в п. 2, находим фактор DзВtзВ для загонки
В
= 1,13N
В
t ,
0
зВ зВ
бора
2
D
зВtзВ
=
()
В
(1,13 )QN
0
(3,224 10 )
=
2
(1,13 10 )
Из данных табл. 2.1 находим значение D
= 1000 оС. Определяем, что DзВ = 10
Т
зВ
Находим длительность процесса загонки бора t
t
=
8,14 10
зВ зВ
t
=
зВ
D
зВ
10
12 2
⋅
⋅
⋅
−
14
19 2
14
−
= 8,14⋅10
–14
см2/с.
= 8,14 с.
–14
см2.
, соответствующее
зВ
по формуле
зВ
Эта продолжительность диффузионного процесса слабо контролируется, так как слишком мала. Снижаем температуру процесса загонки до 900 °С и экстраполируя данные табл. 2.1 находим значение
= 4⋅10
–16
см2/с для Т = 900 °С, тогда
14
зВ
=
8,14 10
⋅
410
⋅
−
≅ 200 с = 3,5 мин.
16
−
D
зВ
t
Таким образом определился режим загонки бора при базовой
диффузии:
– температура загонки Т
– продолжительность загонки t
= 900 °С;
зВ
зВ
= 3,5 мин .
31
4) Определяем режимы загонки и разгонки эмиттерной примеси
р
D
р
р
D
(фосфора).
Сначала находим фактор D
2
d
4ln
Р
N
D
рРtрР
=
N
′
исх
=
Э
0
для разгонки по формуле
рРtрР
42
⋅
⋅
310
⋅
310
⋅
−
= 1,36⋅10–9 см2,
20
15
(2.5 10 )
4ln
где величина N′
Считая, что продолжительность разгонки составляет t
= 3⋅1015 см2 определена в п. 2.
исх
= 1,5 ч
рР
(5400 с), находим величину коэффициента диффузии фосфора по
формуле
9
D
=
рР
t
рР
t
РрР
1,36 10
=
⋅
5400
−
= 2,52⋅10
–13
см2/с.
Далее по данным табл. 2.1 и полученному значению
= 2,52⋅10
D
рР
вующую D
–13
см2/с находим температуру процесса, соответст-
, которая составляет: ТрР = 1038 °С.
рР
Таким образом режим разгонки эмиттерной примеси:
– температура Т
– продолжительность t
= 1038 °С;
рР
= 90 мин.
рР
Далее определяем дозу эмиттерной примеси по формуле
=
Q
Р
,
Dtπ
РрР
N
э
0
получаем:
Q
= N
Р
э
0
tπ = 3⋅10
РрР
20
⋅
3,14 1,36 10 1,96 10
⋅⋅ = ⋅см
Задаемся температурой загонки фосфора Т
ных табл. 2.2 находим величину N
= 5⋅1020 см–3, соответствующую
0
916
−
= 1050 °С и из дан-
зР
–2
.
этой температуре.
Фактор D
По значению Т
находим по формуле
зРtзР
2
Q
Dt
== =⋅
зР зР
Р
(1,13 ) 1,3 25 10
N
⋅⋅⋅
= 1050 °С из табл. 2.1 находим D
зР
3,84 10
240
0
32
⋅
1, 2 10 см
92
−
= 3⋅10
зР
.
–13
см2/с.
32
Продолжительность загонки tзР определяем по формуле
р
D
⎡
⎢
⎢
⎣
D
р
D
р
D
р
D
D
р
D
D
Dt
t
зР зР
== =
зР
D
зР
1, 2 1 0
⋅
310
⋅
−
с ≈ 67 мин.
4000
13
−
9
Производим расчет профиля эмиттерной примеси (фосфора) в соответствии с формулой
2
xx
рР рР
1 ,96 10
16
⋅
⋅⋅ ⋅ ⋅
exp
99
−−
(х) =
N
Р
= 3⋅10
Q
Р
exp
tπ
РрР
20
⋅ exp (–1,84х2).
⎛⎞
⎜⎟
−= −
⎜⎟
2 3,141,3610 2 1,3610
Dt
⎝⎠
При этом параметром является величина x, которая изменяется в
пределах от 0 до 3,5 мкм.
Расчет производится в программе MathCad 2001 по аналогии с
тем, как это показано при расчете профиля атомов бора.
Расчетный профиль представлен на рис. 2.4.
Профиль распределения атомов бора и фосфора, полученный со-
вмещением профилей рис. 2.3 и 2.4, представлен на рис. 2.5.
5) Определяем режим разгонки атомов бора.
Сначала из данных табл. 2.1 находим значения коэффициентов
диффузии атомов бора при Т
D
Э
= 5⋅10
зВ
рВtрВ
=
–14
см2/с и
′′
t
ВрВ
–
Э
В
Э
В
tрВ –
= 3⋅10
Э
зВ
= 1050 оС и Т
зВ
–14см2
/с.
tзВ = 5,4⋅10–9 см2,
= 1150 °С. Получаем
рВ
2
⎤
=
⎥
⎥
⎦
где значение
Далее на основе найденного фактора D
′′
t
определено в п. 2.
ВрВ
определяем режимы
рВtрВ
разгонки бора.
Задаемся временем разгонки бора t
D
рВ
По величине D
пературу разгонки Т
рВ рВ
=
⋅
4,5 3600
из табл. 2.1 находим соответствующую ей тем-
рВ
рВ
t
= 1150 °С.
=
5, 4 10
1, 5 1 0
⋅
⋅
≅ 4,5 ч, тогда
рВ
9
−
3, 6 10
=⋅
4
13
−
см2/с.
Таким образом режим разгонки бора при коллекторной диффузии:
– температура Т
– продолжительность t
= 1150 °С;
рВ
рВ
= 2700 мин.
33
34
Рис. 2.4. Профиль распределения атомов фосфора, полученный
на стадии разгонки при эмиттерной диффузии
Рис. 2.5. Результирующий профиль заданной фототранзистороной
структуры
35
2.5. Результаты выполнения задания
Последовательность и режимы формирования заданной транзи-
сторной структуры по этапам:
1. Окисление: Т = 1150 °С. Стадии: сухой кислород (40 мин), за-
тем влажный (26 мин), затем сухой (40 мин).
2. Загонка бора при коллекторной диффузии: Т = 900 °С; t = 3,5 мин.
3. Разгонка бора при коллекторной диффузии: Т = 1150 °С;
t = 2700 мин.
4. Загонка фосфора при эмиттерной диффузии: Т = 1050 °С;
t = 67 мин.
5. Разгонка фосфора при эмиттерной диффузии: Т = 1038 °С;
t = 90 мин.
36
3. РАСЧЕТ РЕЖИМОВ ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИИ
И РЕЗУЛЬТИРУЮЩЕГО ПРОФИЛЯ
ПРИМЕСНЫХ АТОМОВ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ
ТРАНЗИСТОРА
3.1. Теоретическое введение
При формировании базовой и эмиттерной областей транзистора
методом ионной имплантации профиль распределения имплантированных акцепторных и донорных атомов рассчитывается по формуле
2
−
xR
p
⎛⎞
1
−
N(x) =
Q
RΔπ
2
p
⎜⎟
2
⎝⎠
e
Δ
R
p
, (3.1)
где Q – доза имплантации;
R
– средний проецированный пробег иона;
p
ΔR
– дисперсия пробега.
p
Следует иметь в виду, что при использовании ионов с высокой
энергией Е (выше 80…100 кэВ) у поверхности эмиттерной области
может образоваться слаболегированная область, которая негативно
сказывается на характеристиках транзистора, увеличивая шумовые
токи и напряжения из-за высокого контактного сопротивления, которое она образует с металлическим выводом эмиттера. В этом случае
следует провести подлегирование этой области ионами с меньшей
энергией (30…40 кэВ), т.е. провести легирование ионами с распределенной энергией: сначала E
Q
> Q2.
1
при Q1, а затем E2 при Q2, где E1 > E2 и
1
3.2. Задание
1. Определить режимы имплантации: энергии ионов Е, дозы имплантации Ф и длительности процессов t для ионов бора и фосфора
при формировании транзистора со n
+
–p–n-структурой на кремнии,
для которой заданы следующие параметры:
– глубина залегания эмиттера d
– глубина залегания коллектора d
– средняя концентрация в эмиттере
– средняя концентрация в базе
– концентрация примеси в исходном материале N
;
э
;
к
б
N ;
ср
э
;
N
ср
.
исх
37
Считать, что коэффициент использования примесных атомов по-
R
R
R
R
N
N
сле отжига составляет для бора k
= 0,8; а для фосфора kР = 0,98.
В
2. Пользуясь данными табл. 3.1, рассчитать результирующие про-
фили имплантированных атомов.
Таблица 3.1
Значения пробегов Rp (мкм) и дисперсии пробегов ΔRp (мкм)
для ионов бора и фосфора в кремнии
Параметр
Е, кэВ
30 100 300
B
p
B
Δ
p
P
p
P
Δ
p
0,187
0,045
0,05
0,012
0,527
0,087
0,155
0,038
1,19
0,122
0,454
0,075
Промежуточные значения Rp и ΔRp определяются линейной экстраполяцией их зависимости от Е в соответствующих интервалах
энергий. Значения R
и ΔRp, выходящие за рамки указанных, опреде-
p
ляются также линейной экстраполяцией ближайшего участка их зависимости от Е.
Примечание.
Отжиг проводится при температуре 900 °С (0,5 ч) в вакууме, при отжиге не происходит окисление и изменение профилей распределения имплантированных атомов.
Варианты заданий приведены в табл. 3.2.
Таблица 3.2
Варианты заданий
Вариант Параметр
I II III IV V
dэ, мкм 0,3 0,4 0,5 0,55 0,6
dк, мкм 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1
э
, см–3
ср
б
, см–3
ср
N
, см–3 10
исх
38
10
2⋅10
20
15
14
1020
3⋅1015 3⋅1015 4⋅1015 5⋅1015
1014
20
2⋅1020 3⋅1020
2⋅10
14
2⋅10
2⋅1014 2⋅1014
3.3. Методические указания
Для нахождения энергий и доз имплантации ионов бора Q
и фосфора Q
(см–2)– сначала рассчитать дозы легирования базовой и
Р
(см–2)
B
эмиттерной областей, исходя из заданных глубин залегания коллектора и эмиттера, и средних концентраций бора и фосфора в этих областях. Расчет производят с учетом значений коэффициентов использования при последующем отжиге по формулам
d
б
QN
=
Bср
QN
=
Pср
Длительность процессов имплантации бора t
к
,
k
B
d
э
э
.
k
P
и фосфора tР опре-
В
деляют по формулам
Q
В
tj=
В
Q
Р
tj=
Р
,
,
где j – плотность тока соответствующих ионов.
Принимают j
дозе 1,24⋅10
= 1 мкА/см2 = 6,2⋅1012 см–2⋅с–1. Тогда, например, при
15
см–2 длительность процесса будет составлять
⋅
15
⋅
12 2
200 с.
−
1, 2 4 10
t
==
6, 2 10 см
Таким образом дозы и длительности процессов оказываются оп-
ределенными.
Определение энергий ионов бора и фосфора производят с использованием формулы (3.1) и данных табл. 3.1. Сначала (см. табл. 3.1)
выбирают такую энергию ионов бора, которая соответствует значению R
образом, чтобы при подстановке заданного значения d
лучалось значение N(x) = N
+ 5ΔRp ≈ dк, а затем эта энергия уточняется подбором таким
p
вместо x по-
к
с точностью ±20 %. После того как по-
исх
добрана энергия, по формуле (3.1) строят профиль распределения
атомов бора.
39
Подбор энергии ионов фосфора производят аналогично, только
величиной N
енном профиле в точке, координата которой x = d
Примечания:
1. Как и в случае диффузионного транзистора построение обоих профилей бора и
фосфора производят на одном рисунке с обозначением координат эмиттерного и
коллекторного p–n-переходов.
2. В работе следует представить данные по расчету профилей концентрации после диффузии и имплантации в виде таблиц. Количество расчетных точек на каждом
участке профиля должно быть не менее 20 с равномерной разбивкой по координате.
3. Если при эмиттерной имплантации с энергией выше 80…100 кэВ у поверхности образуется область с концентрацией на 2–3 порядка величины ниже, чем в максимуме, следует подобрать режим еще одной имплантации с энергией 20…40 кэВ и
такой дозой, чтобы концентрация фосфора на поверхности была 1019…1020 см–3.
считают концентрацию атомов бора на уже постро-
исх
.
э
3.4. Пример выполнения задания
Задание. Определить режимы имплантации: энергии ионов, дозы
имплантации, плотности ионного тока и длительности процессов
имплантации (t) для ионов бора и фосфора при формировании фототранзистора со n
+
–p–n-структурой на кремнии. Рассчитать результи-
рующий профиль имплантированных атомов.
Параметры структуры:
– глубина залегания эмиттера: d
– глубина залегания коллектора: d
– средняя концентрация в эмиттере:
– средняя концентрация в базе:
– концентрация в исходной пластине: N
Коэффициенты использования составляют: K
= 0,45 мкм;
э
= 0,65 мкм;
к
э
N = 5⋅10
ср
б
N = 10
ср
16
см–3;
= 5⋅1014 см–3.
исх
19
см–3;
= 0,8; KР = 0,98.
В
Решение
1) Определяем дозы имплантации ионов бора и фосфора по формулам
4
б
=
Q
Q
В
Р
=
N
ср
э
N
ср
d
K
d
K
к
= 10
В
э
= 5⋅10
Р
0,65 10
16
19
2) Задавшись значением плотности тока j = 1 мкА/см
⋅
0,8
0,45 10
⋅
0,98
−
= 8,12⋅1011 см–2;
4
−
= 2,3⋅1015 см–2.
2
(6·10
12 см–2·с–1
),
определяем длительности процессов имплантации ионов бора и фосфора:
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]