_Разное / TKЭT(ШПОРЫ) / 2.2 / 21(2)

21(2). Сравнение методов формирорвания легированных областей.

Диффузия из легированного оксида

Формирование оксидного источника, или пленки легированного оксида кремния проводят методами осаждения из газовой фазы при низ­ких температурах (менее 500 0C) за счет взаимодействия моносилана с гидридами легирующих элементов и кислородом. Реакции образования фосфорно-силикатного или боросиликатного стекла могут быть пред­ставлены в виде

SiH4 + O2 -> SiO2 + 2H2;

2PH3 + 3O2 -> P2O5 + 3H2 (5.12)

2B2H6 + 3O2 -> 2B2O3 + 6H2.

Оптимальным условием проведения этого процесса является образова­ние в результате реакции водорода (5.12), а не молекул воды.

Легированные оксидные пленки могут быть получены также осаж­дением из пленкообразующих растворов на основе тетраэтоксисилана с введением соответствующих соединений легирующих элементов. Такие оксидные источники на поверхности кремниевой подложки могут рас­сматриваться как бесконечные (или постоянные), так как поверхностная концентрация примесей при последующей термообработке остается постоянной, а распределение введенной примеси при этом может быть описано функцией дополнительной ошибки.

На границе раздела кремний - оксид распределение легирующих примесей происходит неравномерно. Отношение равновесной концентрации легирующей ггримеси в кремнии С_si к ее равновесной концентрации в оксиде C_sio2 на границе раздела фаз называют равно­весным коэффициентом сегрегации

Значения коэффициента сегрегации примеси, установленные экс­периментально, могут отличаться от равновесных значений. Экспери­ментально установленный коэффициент называют эффективным коэф­фициентом сегрегации m_эф. Его величина зависит от условий проведения процесса: от кристаллографической ориентации структуры, температуры процесса, атмосферы (или источника легирующей примеси).

Значение коэффициента сегрегации бора меньше 1. Для фосфора и сурьмы

m_эф≈10. Для мышька m_эф≈20

Диффузия из легированного поликремния

Формирование поликремниевого источника осуществляют пироли­зом моносилана при температурах 600 - 650 0C

SiH4 -> Si + 2H2

с введением гидридов легирующих элементов в ПГС либо последующим легированием поликремния ионной имплантацией Энергия активации процесса осаждения поликремния составляет 167 кДж/моль. Выбранный диапазон температур соответствует кинетическому режиму.

Это связано с тем, что при температурах процесса ниже 600 0C за счет гомогенного разложения моносилана формируются рыхлые и неодно­родные слои поликристаллического кремния. Увеличение же темпера­тур выше 650 0C не эффективно.

Введение легирующих добавок в ПГС при осаждении сказывается на скорости процесса (см. рис.3.20). Представленная зависимость скоро­сти осаждения поликремния от концентрации легирующих примесей в газовой фазе позволяет сделать вывод о том, что для формирования сильно легированных слоев поликремния эффективнее осаждать неле­гированные слои и использовать последующую ионную имгшантацию.

При последующей термообработке созданной структуры поликрем­ниевый источник может вести себя и как бесконечный, и как ограниченный, а распределение легирующих примесей описывается либо функцией дедюлнительной ошибки, либо распределением Гаусса. Неравно­мерностью распределения примесей на границе раздела поликремний -кремний можно пренебречь и принять m≈1. Поскольку легирующие при­меси диффундируют в слое поликремния не только по границам зерен, но и внутри каждого зерна, экспериментально определенные коэффициенты диффузии легирующих примесей в поликремнии оказываются практически равными коэффициентам диффузии в монокристаллическом кремнии.