- •3. Введение примесей в кремний или легирование полупроводниковых материалов
- •3.1. Диффузия примесей в полупроводник
- •Механизмы диффузии примесей
- •Диффузия по вакансиям. Коэффициент диффузии
- •Распределение примесей при диффузии
- •Диффузия из бесконечного источника
- •Предельная растворимость примесей в кремнии
- •Диффузия из ограниченного источника
- •Первый этап диффузии
- •Источники примесей
- •Источники донорной примеси
- •Характеристики источников фосфора для легирования кремния
- •Источники акцепторной примеси
- •Основные характеристики источников бора
- •Поверхностный источник примеси
- •Второй этап диффузии
- •Перераспределение примеси при диффузии в окисляющей среде
- •Контроль параметров диффузионных слоев
- •3.2. Эпитаксия
Контроль параметров диффузионных слоев
К параметрам диффузионного слоя относят глубину залегания p - n-перехода xj, поверхностное сопротивление слоя Rs (поверхностную концентрацию примеси Ns) и зависимость концентрации примеси от глубины N(x).
Обычно xj измеряют с помощью сферического шлифа. Для этого вращающимся металлическим шаром диаметром 20 - 150 мм, на поверхность которого нанесена алмазная паста, вышлифовывают лунку на поверхности пластины. Образовавшаяся лунка должна быть глубже уровня залегания p - n-перехода (рис.3.8).
Для четкого выявления p - n-перехода (границ областей) применяют химическое окрашивание. Например, при обработке шлифа в растворе, состоящем из HF (20 вес.ч.) и CuSO4 (100 вес.ч.), покрывается медью n-область. При обработке в плавиковой кислоте с добавкой 0,1%-ной HNO3 темнеют p-области.
После окрашивания в поле инструментального микроскопа должны быть четко видны две концентрические окружности. Измерив с помощью микроскопа длину хорды внешней окружности, касательную к внутренней окружности, можно рассчитать глубину залегания p - n- перехода:
г
Рис.3.8.
Принцип
измерения глубины залегания р - n-перехода
Погрешность определения xj в этом случае составляет около 2 %.
Для
определения удельной электрической
проводимости
тонких диффузионных слоев измеряется
xj
и поверхностное сопротивление слоя Rs
четырехзондовым методом. Для измерения
Rs
на поверхности кремния по прямой линии
располагают четыре зонда на равных
расстояниях друг от друга (обычно 1 нм).
Через внешние зонды про-пускают ток I,
внутренние зонды служат для измерения
падения напряжения U компенсационным
м
Рис.3.9.
Схема измерения
поверхностного сопротивления
диффузионного слоя
Удельное сопротивление слоя, или поверхностное сопротивление (Ом/) определяется по формуле
где k - геометрический коэффициент.
В случае образцов, диаметр которых много больше расстояния между зондами S, коэффициент
Удельное объемное сопротив-ление (Омсм) слоя связано с Rs:
где - удельная проводимость слоя.
С помощью четырехзондового метода можно построить график зависимости распределения концентрации примеси по глубине слоя. С этой целью измерения Rs чередуют со снятием тонких поверхностных слоев кремния (анодное окисление кремния с последующим стравливанием SiO2).
Между средней проводимостью слоя и поверхностной концентрацией примеси в слое существует связь, для определения которой необходимо знать закон распределения примеси и исходную концентрацию ее в подложке Nn. Для двух функций распределения (exp и erfc) этот расчет приводится в специальной литературе.
3.2. Эпитаксия
Процесс эпитаксиального наращивания полупроводниковых слоев является важным этапом технологии изготовления ИМС. Он позволяет создавать монокристаллические пленки полупроводников с заданной кристаллографической ориентацией плоскости поверхности и равномерным распределением примесей в пленке.