3.14.4 Эффект вытеснения коллекторного перехода

Этот эффект наблюдается при попытках изготовления транзисторов с тонкими базами (менее 0.2 мкм) в условиях, когда для создания базовой области использовался B, а для эмиттерного перехода – P, причем концентрация P должна быть близка к предельной растворимости этой примеси. Качественно границы КП и ЭП показаны на рис. 3.21.

Рис. 3.21. Эффект вытеснения коллекторного перехода

При независимой диффузии примесей КП должен был бы оставаться плоским (верхняя часть рис. 3.21). Фактически диффузия бора под эмиттерным переходом идет быстрее, ЭП как бы вытесняет КП.

Самым простым механизмом, способным объяснить этот эффект, является образование дислокаций. При легировании эмиттерной области As, эффект вытеснения КП не наблюдается, т.к. тетраэдрические радиусы As и Si практически одинаковы и в системе нет механических напряжений.

Источники диффузанта для легирования As и Sb сходны с диффузантами для легирования фосфором. Элементарные As и Sb тоже могут использоваться при легировании из газовой фазы. При легировании Sb атмосфера должна быть весьма чистой по О₂, поскольку уже весьма тонкие пленки SiО₂ служат эффективной маской, защищающей поверхность Si от проникновения этой примеси.

Все перечисленные элементы V группы в SiО₂ диффундируют существенно более медленно, чем в Si, и поэтому широко используются в планарной технологии.

3.14.5 Другие диффузанты

Для легирования Si используют также Au и некоторые другие элементы, вводимые для снижения времени жизни неосновных носителей заряда. Au обычно вводится из пленки, наносимой термическим испарением металла или каким либо иным методом.

3.15. Выбор легирующей примеси

Ниже перечислены наиболее важные параметры.

1. Система энергетических уровней, создаваемых данной группой примесей в запрещенной зоне полупроводника. Примеси, уровни которых расположены у краев ЗЗ, выполняют роль доноров или акцепторов. Чем ближе к краю ЗЗ расположен энергетический уровень примеси, тем при более низких температурах она будет полностью ионизована. Все основные донорные и акцепторные примеси в кремнии (элементы V и III групп) имеют Е_а≈ 0.06 эВ. Исключением является In: Е_а≈0.16 эВ от Е_v. Jн используется при создании фотоприемных устройств.

Примеси, имеющие энергетические уровни, расположенные вблизи середины ЗЗ, например, Au, применяются для снижения времени жизни ННЗ.

2. Предельная растворимость примеси. Максимальную растворимость имеет Р (более 10²¹ см^-3). Незначительно ниже растворимость у As, а у Sb она составляет около 10¹⁹ см^-3. Из акцепторных примесей наибольшую растворимость имеет B (10²¹ см^-3) а наименьшую – Al (несколько более 10¹⁹ см^-3).

3. Величина коэффициента диффузии. Наибольший коэффициент диффузии D имеет Al. Заметно уступают ему B и P. У остальных донорных и акцепторных примесей D уже заметно ниже. Очень велики D у Au и О₂.

4. Технологичность. В первую очередь следует выделить отношение D в Si и SiО₂. Если D_Si>D_SiО2, то оказывается возможным использование пленок SiО₂ в качестве масок при проведении процессов локального диффузионного легирования. Это имеет место для B и всех элементов V группы. У остальных элементов III группы это условие не выполняется, и поэтому их использование в планарной технологии оказывается более сложным. Важными показателями технологичности являются также наличие (или отсутствие) удобных для практического применения источников диффузанта, сложность обеспечения требуемой воспроизводимости параметров диффузионных слоев, производительность, токсичность материалов и т.п.

Заключение

Диффузня – наиболее распространенный в настоящее время метод формирования рп–переходов в полупроводниках. Диффузионная технология в производстве изделий электронной техники обладает комплексом критериев прогрессивности: высокой производительностью, достигающейся за счет одновременной групповой обработки большого количества изделий; универсальностью, т. е. возможностью проведения процесса диффузии различных примесей с помощью однотипных технологических операций, выполняющихся на однотипном оборудовании; адаптивностью т. е. возможностью быстрой, не требующей больших затрат перестройки оборудования и изменения параметров технологических операций для изготовления новых видов изделий.