Главная страница  Транзисторные схемы 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 [ 85 ] 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223

Диффузия. Внедрение примесей в исходную пластину (или в эпитаксиальный слой) путем диффузии при высокой температуре является в настоящее время основным способом создания диодных и транзисторных структур.

Диффузия может быть локальной и общей. В первом случае она осуществляется на определенных участках пластины через специальные маски (рис. 4-47, а, б), во втором - по всей поверхности (рис. 4-47, в) *.

Диффузию можно проводить и однократно, и многократно (двойная, тройная диффузия). Например, в исходную пластину п-типа можно во время 1-й диффузии внедрить акцепторную примесь и получить р-слой, а затем, во время 2-й диффузии, внедрить в полученный слой (на меньшую глубину) донорную примесь и тем самым обеспечить трехслойную структуру (рис. 4-47, г).



Рис. 4-47. Примеры использования процесса диффузии примесей.

а - локальная диффузия в пластину; б - локальная диффузия в эпитаксиальный слой; в - общая диффузия иа одной из поверхностей пластины; г - двойная диффузия - общая (р-слой) и локальная (П+-СЛОЙ).

Источником примеси - диффузанта может быть либо жидкость, либо газ (пар). В первом случае поверхность пластины контактирует с расплавом, содержащим в качестве компонента необходимую примесь, во втором случае - с парами примеси или с потоком инертного газа-носителя, содержащего пары примеси. Второй метод имеет большее распространение.

На рис. 4-48 иллюстрируется так называемый метод открытой трубы для получения диффузионных слоев. Вдоль трубы с небольшой скоростью непрерывно проходит поток нейтрального газа-носителя, например аргона. В 1-й высокотемпературной зоне к этому потоку примешиваются пары диффузанта, полученные сублимацией из твердого источника. Попадая во 2-ю высокотемпературную зону, где расположены пластины полупроводника, молекулы диффузанта (например, PCI3) диссоциируют. Атомы полезной примеси (в нашем примере - фосфор) адсорбируются и диффундируют в пластины на определенную глубину, а другие составляющие диффузанта (в нашем примере - хлор) уносятся

* Общая диффузия приводит к образованию тонкого диффузионного слоя, который отличается от эпитаксиального неоднородным (по глубине) Распределением примеси (см. рис. 4-37, кривая д). . .



газом-носителем из зоны. Нагрев источника диффузанта и пластин осуществляется локальным высокочастотным полем с помощью внешних катушек.

Диффузия примесей имеет под собой ту же теоретическую базу, что и диффузия подвижных носителей заряда. Существенное отличие состоит, конечно, в отсутствии рекомбинации, а с количественной стороны - в несравненно меньших коэффициентах диффузии, а значит, и скоростях движения .


1 5

Рис. 4-48. Схема двухзонной диффузионной печи.

/ - кварцевая труба; 2 - поток газа-иосителя; 3 - источник диффузанта; 4 - пары диффузанта; 6 - лодочка (челночный тигель); 6 - пластина полупроводиика, поставленная на ребро; 7 - 1-я высокотемпературная зона; 8 - 2-я высокотемпературная зои?,

В отсутствие рекомбинации (т = со) любое из уравнений диффузии (1-79) применительно к концентрации примеси n запишется в виде 2-го закона фика:

D dt

(4-143а)

где n = n(x; f) - распределение концентрации примеси.

В начальный момент времени можно считать концентрацию вводимой примеси в пластине равной нулю; тогда изображением производной dN/dt будет просто sN, а уравнение (4-143а) в операторной форме будет следующим:

дх D

(4-1436)

Общим решением этого уравнения является функция

n{x-, s) = aie--a.. (4-144)

Если глубина диффузии невелика по сравнению с толщиной пластины (или эпитаксиального слоя), то в качестве 1-го граничного условия можно принять:

Л(со, s) = 0. (4-145)

* Например, в кремнии коэффициенты диффузии бора и фосфора составляют при Т= 1250 °С около 10 см/с. С изменением температуры коэффициенты диффузии резко меняются (для указанных примесей они удваиваются при AT = = 30° С). Это обстоятельство заставляет контролировать температуру в диффузионных печах с точностью до ± ГС и менее.



Тогда Ла = О и вместо (4-144) получаем:

N{x, s) = Aie- . (4-146)

Второе граничное условие может иметь два варианта в зависимости от типа источника примеси. Различают неограниченный и ограниченный источники. Рассмотрим оба варианта поочередно.

В случае неограниченного источника прим.еси в качестве 2-го граничного условия принимают:

Л(0; S) = Ло = const. (4-147) Тогда Ах = No и, следовательно,

N(x\ S) = Лоб-. (4-148)

Оригиналом такого изображения является дополнительная функция ошибок (см. сноску на с. 84)

N{x, 0 = AoCerff-). (4-149)

Эта зависимость проиллюстрирована на рис. 4-49,а. Дифференцируя (4-149) по х, получаем градиент концентрации:

No -iiDt (4-150)

dx YnDt

В начальной точке л; = О этот

градиент выражается формулой


Л(0) = -

VnDf

(4-151)

Рис. 4-49. Распределение примеси в пластине для двух моментов времени при диффузии из неограниченного (о) и ограниченного (б) источников.

Поделив Ло иа N{Q), получим некоторую условную глубину диффузии Lpj (рис. 4-49,а), которая

является аналогом длины Lv, свойственной экспоненциальному распределению (4-120). В данном случае

= VDt 1,77VDt.

(4-152)

Как видим, глубина диффузии примеси находится в прямой зависимости от коэффициента диффузии и времени, в течение которого ведется процесс.

В случае ограниченного источника примеси в качестве 2-го граничного условия принимают:

5 N{x)dx==N = const.

(4-153)

Где полное количество атомов примеси (иа единицу



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 [ 85 ] 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223

© 2000 - 2021 ULTRASONEX-AMFODENT.RU.
Копирование материалов разрешено исключительно при условии цититирования.