Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
трудно точно контролировать.
Метод диффузии в твердой фазе [Л. 6] 'был разработан позже с целью
точного контроля распределения примеси. На рис. 1,6 показан метод
получения диффузионного меза-перехода. Примесь р-типа
(например, бор в виде соединения
ВВг3) диффундирует в подложку "-типа. После диффузии участки поверхности
защищаются каким-либо способом (например, воском или металлическими
покрытиями), а остальные части кристаллов стравливаются, образуя меза-
структуры.
Более высокая степень контроля геометрии диффузионного перехода
достигается путем использования изолирующего слоя, препятствующего
диффузии большинства донорных и акцепторных примесей (Л. 7]. Типич-1 Z
3 4 5 Б ный пример показан на рис. 1,е. На
Толщина, мкм поверхности кремния термическим
способом выращивается тонкий слой Рис. 2. Типичное рас- Двуокиси кремния
(около 1 мкм).
пределение примеси в эпи- Используя методы фотолитографии
таксиальном слое. Исход- (например, технологию, основанную
ная концентрация приме- на применении фоторезиста "Кодак"),
си в подложке - около можно удалить определенные участки
2-1019 смгъ, концентрапия окисла и таким способом получить
примеси в эпитаксиальном окна или Другие фигуры в окисле,
слое - около 6,5 • 1014 с/с3. Диффузия примесей будет происхо-
дить только в открытых участках по-поверхности кремния, а в окнах будут
образовываться р-п переходы. Это и есть известный планарный метод [Л. 8,
54], который с 1960 г. стал основным методом изготовления
полупроводниковых приборов и интегральных схем.
Для уменьшения последовательного сопротивления в планарной технологии
обычно используется эпитаксиальная подложка [Л. 9] (рис. 1,е). Слово
"эпитаксия", происходящее от греческих слов "эпи" (что означает "на") и
"таксис" (что означает "упорядоченное расположение") используется для
обозначения метода выращивания путем химической реакции на поверхности
кристалла
а)
ас
Ъ
а
*
if
3*
6)
Рис. 3. Экспериментальные зависимости толщины окисла от времени
выращивания и температуры {Л. 14]. а - выращивание в сухом кислороде; б -
выращивание в водяном паре.
тонких слоев полупроводниковых материалов. Структура кристаллической
решетки этих слоев идентична структуре подложки. Таким способом на
поверхности сильнолегированной низкоомной подложки выращиваются
слаболегированные высокоомные эпитаксиальные слои, что обеспечивает как
желаемые электрические свойства, так и механическую прочность. Типичное
распределение примеси в эпитаксиальном слое показано на рис. 2.
Концентрация примеси в подложке я+-типа составляет около 1019 смг3.
Плавное изменение концентрации от я+-подложки к эпитаксиальному "-слою
(приблизительно 1015 см~3) связано главным образом с обратной диффузией
из "+-П0ДЛОЖКИ во время роста.
Теперь мы коротко остановимся на двух основных процессах планарной
технологии: образовании изолирующего слоя н диффузии примесей.
Самым важным изолятором для кремния является двуокись кремния, которая
может быть получена методом реакции в газовой
фазе [Л. 10], анодированием {Л. 11] или реакцией в плазме *[Л. 12].
Чаще всего, однако, используется метод термического окисления (Л. 13]
кремния с протеканием химических реакций: Si (твердая фа-
за) + 02 (сухой кислород)--*-Si02 (твердая фаза) или Si (твердая фаза)
+2Н20 (пар)-"Si02 (твердая фаза) +2Н2. Можно показать, что при малых
временах протекания реакции толщина окисла линейно растет со временем, а
при длительном окислении толщина меняется как корень квадратный из
времени по так называемому параболическому закону [Л. 14]. Если
образуется слой двуокиси кремния толщиной Wo, но при этом "потребляется"
слой кремния толщиной 0,45UV На рис. 3 показаны экспериментальные
зависимости толщины окисла от времени и температуры реакции при
выращивании в сухом кислороде и -в ларе В отличие от окисла кремния
окислы германия, образующиеся на германии, растворимы в воде. Для
изготовления планарных приборов как из германия, так и из арсенида галлия
в большинстве случаев используется окись кремния, нанесенная методом
термического разложения этилортосиликата (ЭОС) в атмосфере азота ;[Л.
15].
Для описания процесса простой одномерной диффузии можно использовать
закон Фнка '[Л. 16]
Рис. 4. Нормализованные распределения концентраций, описываемые функцией
Г аусса и дополнительной функцией ошибок ,(erfc), в . линейном и
полулогарифмическом масштабах [Л. 16].
SC {x, t)
-D
d2C(x, t) dx*
(1)
где С - концентрация примеси; D - коэффициент диффузии. Это выражение
аналогично выражению (96а) в гл. 2, если исключить в последнем члены,
учитывающие влияние генерации, рекомбинации и электрического поля.
Значения D показаны на рис. 13 гл. 2. Для условий диффузии "из
ограниченного источника", когда общее количество примеси равно S,
решением уравнения (1) является функция Гаусса
S
(х, t) =
Vn Dt
exp
( 4^)'
(2)
Для условий "постоянной поверхностной концентрации" при поверхностной
концентрации Cs решением уравнения (1) является дополнительная функция
