ЛЕГИРОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ЛЕГИРОВАНИЯ высокотемпературная

ЛЕГИРОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ЛЕГИРОВАНИЯ • высокотемпературная диффузия; • ионная имплантация

Высокотемпературная диффузия • Диффузия представляет собой обусловленное тепловым движением перемещение частиц в направлении убывания их концентрации.

ОСНОВНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ДИФФУЗИИ • вакансионный; • прямое перемещение по междоузлиям;

• Вакансионный механизм • Вакансионный - это такой механизм, когда мигрирующий атом (примесный или собственный) мигрирует на место вакансии, освобождая свое место в узле кристаллической решетки. • Диффузия по междоузлиям • Данный механизм сопровождается переходом мигрирующего атома (как правило, примесного) из одного положения в другое, без его локализации в узлах кристаллической решетки.

Первый закон Фика J= –D ΔN или • где J — вектор плотности потока атомов вещества; D — коэффициент пропорциональности, или коэффициент диффузии; ΔN— вектор градиента концентрации примеси.

• Коэффициент диффузии определяет плотность потока атомов вещества при заданном градиенте концентрации. Коэффициент D (см 2/с) является мерой скорости, с которой система способна при заданных условиях выровнять разность концентраций.

Второй закон Фика Определяет скорость накопления растворенной примеси в любой плоскости, перпендикулярной направлению диффузии.

Распределение примесей • Диффузия из бесконечного (постоянного) источника. • Под бесконечным (постоянным) источником понимают такое состояние системы, когда количество примеси, уходящей из приповерхностного слоя полупроводника в его объем, равно количеству примеси, поступающей в приповерхностный слой.

• Начальное и граничное условия N(x, t) в этом случае записывают таким образом: • N(x, 0) = 0 при x>0, t = 0, • N(0, t) = Ns при х=0, t≥ 0, • N(∞, t)=0 при x→∞, t≥ 0

График распределения примеси

Общее количество примеси

Диффузия из конечного (ограниченного) источника • При этом начальные условия для примесного распределения таковы:

• При этих условиях решение уравнения второго закона Фика имеет вид

График распределения примеси

Факторы, влияющие на процесс диффузии • Предельная растворимость в твердой фазе • Наличие на поверхности пластины посторонних частиц или нарушение структуры • Время диффузии • Температура процесса (коэффициент диффузии зависит от температуры)

Технология диффузии • В зависимости от источников примеси, которые могут быть твердыми, жидкими и газообразными, существуют разные способы введения примеси в систему.

Виды и источники примесей • Вид примеси Р Твердые Жидкие Р 2 О 5 РОСl 3 В В 2 О 5 ВВг 3 As As 2 O 3 Газообраз ные РН 3 ВСl 3 BF 3 BJ 3 и В 2 Н 6 Аs. Нз

Двухзонная установка

Однозонная установка

• Главная принципиальная проблема диффузионного легирования — необходимость высокотемпературного проведения процесса, что накладывает определенные ограничения на последовательность формирования ИМС из-за перераспределения примесей, ранее введенных в пластину.