Технология СБИС / sbis / diffuz / diff_skd
.htmСпособы контроля диффузионного процессаСпособы контроля диффузионного процесса Результаты процесса диффузии можно проконтролировать измерением глубины p-n перехода и поверхностного сопротивления диффузионного слоя.
Глубину p-n перехода обычно определяют химическим окрашиванием отшлифованного под небольшим 1-50 углом образца в смеси 100 мл плавиковой кислоты (49%) и нескольких капель азотной кислоты. Если образец, обработанный в этом растворе, выдержать на ярком свете 1-2 минуты, то область p - типа будет выглядеть темнее по сравнению с областью n - типа проводимости. С помощью интерферометра глубина p-n перехода может быть измерена с высокой точностью в пределах от 0.5 до 100 мкм.
Величину поверхностного сопротивления диффузионного слоя Rs можно измерить четырехзондовым методом, рассчитав ее по формуле:
Rs=V·C/I,
где V - измеренная величина постоянного напряжения,
I - величина постоянного тока,
C - коэффициент коррекции, зависящий от геометрии образца и расстояния между электродами. Его величина изменяется от 1 до 4.5 (см. С. Зи т.1, стр. 248).
Средняя величина поверхностного сопротивления диффузионного слоя Rs связана с глубиной p-n перехода xj, подвижностью m и распределением примеси по глубине диффузионного слоя N(x) выражением:
Введя понятие эффективной подвижности носителей в слое mэфф, как средней подвижности носителей, определенной в диапазоне от 0 до xj, получим следующее выражение:
Для задание вида зависимости N(x) используются простые диффузионные профили, такие как экспоненциальный, гауссовый и функции дополнительных ошибок.
Величина удельного сопротивления однозначно связана с поверхностной концентрацией при предполагаемом диффузионном профиле соотношением: r= Rs·xj.
Указанные выше методы просты и дают важную информацию о диффузионном слое без использования сложных способов измерения диффузионного профиля. Однако они основаны на предположении о конкретной модели диффузии, нуждающейся в экспериментальной проверке.
Способы измерения профиля концентрации примеси: метод вольтфарадных характеристик,
метод дифференциальной проводимости,
метод сопротивления растекания,
метод масс-спектроскопии вторичных ионов,
метод резерфордовского обратного рассеяния.
1. Метод ВФХ.
При наличии резкого p-n - перехода и при приложении обратного напряжения будет меняться емкость ОПЗ.
, x = es/C(V)
C(V) - емкость обратно смещенного p-n - перехода на единицу площади. C(x) - концентрация примеси на краю ОПЗ.
Если V = VR + Vbi, где VR - величина обратного приложенного напряжения, Vbi - встроенный потенциал p-n-перехода.
, b=q/kT,
LD - дебаевская длина экранирования. Можно определить из емкости p-n - перехода при V=0. На основании других уравнений можно оценить профиль легирования, измеряя емкость p-n - перехода как функцию от приложенного напряжения.
2. Метод дифференциальной проводимости.
Повторное измерение поверхностного сопротивления после удаления тонкого слоя кремния анодным окислением и травления этого окисла в растворе HF. Так как анодное окисление производится при комнатной температуре, то примесные атомы не перемещаются в диффузионном слое и исключается эффект сегрегации.
Необходимо, также измерить подвижность носителей методом Холла.
3. Метод сопротивления растекания.
1-ый метод ограничен по глубине залегания, 2-ой - трудоемок. Поэтому разработан 3-ий метод - двухзондовый.
Два зонда и сопротивление растекания определяется как: Rsr=r/2a, где r - удельное сопротивление вблизи зонда, a - радиус зонда. Этот метод чувствителен к локальным изменениям концентрации примеси.