Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
Для кремния реакция трансмутации реализуется для всех его природных изотопов: 28Si (92,18 %), 29Si (4,70 %) и 30Si (3,12 %) и может быть записана следующим образом:
где б = Ю-24 см2; бс - поперечное сечение реакции; 2,62 - период полураспада изотопа31 Si, ч.
Как видно, только реакция на 30Si ведет к образованию фосфора. Концентрацию 31 Si рассчитывают из соотношения
28Si (л, 7) 29Si,
29Si (п, 7) 30Si,
30Si (л, 7) 31Si -^-31P,
2,о2
6С = 0,086; бс = 0,286;
бс-0,116,
329
Np = N30^cPf,
(42)
где N30si - количество ядер 30Si в 1 см3; P- плотность потока тепловых
нейтронов; t- время облучения.
Из (42) видно, что ошибка в определении концентрации атомов фосфора, трансмутационно вводимых в кристаллы кремния при их облучении тепловыми нейтронами, определяется точностью измерения потока тепловых нейтронов, а однородность легирования кремния обусловлена равномерностью потока тепловых нейтронов по высоте и диаметру слитка. В результате мы должны получить предельно однородное распределение 31P, отражающее распределение 30SI в облучаемом кремнии.
Между распределением УЭС в монокристаллах кремния, подвергнутых HTJI, его однородностью в исходных монокристаллах и условиями и степенью легирования существует тесная взаимосвязь [254, 257]. Проанализируем это положение. При этом примем следующие обозначения: Nh и N - разностная концентрация примеси в заданной точке кристалла до и после легирования; Щ - концентрация фосфора, ,введенного легированием, в той же точке; N0 - средняя разностная концентрация примеси в исходном кристалле; Nmax, Nmin - максимальная и минимальная разностные концентрации примеси в кристалле после легирования; N1, N2 - разностные концентрации примеси в кристалле после легирования соответственно в области, где N1J1 - максимальна и минимальна; а, Д, V - разброс УЭС в монокристалле до и после легирования и только после HTJI соответственно; К' = N^fN0 - степень легирования.
Так как легирование методом нейтронной трансмутации целесообразно применять при производстве кристаллов с уровнем УЭС > 5 OmX Xcm [258], можно с достаточной степенью точности считать, что разброс УЭС в1 кристалле равен разбросу разностной концентрации донорной и акцепторной примесей в нем (принимая, что каждый атом Примеси дает один носитель заряда), В этом случае при монотонном изменении УЭС А может быть определен из выражения: A = (Nmsx-Nmn)ZiNmax + + Nmin)-
В зависимости от характера распределения Nh и N1J1 и величины К’, Nmax (Nmin) может соответствовать как область кристалла, где N,}, имеет максимальное значение, так и область кристалла, где N имеет минимальное значение. Поэтому А = | (N1 - NJftNl + N2) |.
Для определения одновременно с А характера распределения УЭС в кристалле после HTJI проанализируем зависимость
? = (N1 - NJftN1 + N2).
(43)
330
і
Величина ? будет положительна, если характер распределения NhN^ совпадает, и отрицательна, если он противоположен.
При легировании монокристаллов п-типа с аналогичным характером распределения Nk и имеем: N1 = ЛГ0(1 + а + К' + у К’); N2 = N„(1 - а +
+ К'-у К').
Подставив NiHN2B (43), получим: ? = (7/С" + а)/{К' + 1).
Аналогично можно получить выражения, определяющие ? для случаев легирования исходных монокристаллов также п-типа электропроводности, но когда характер распределения Nfl и ЛГф противоположен (не совпадает), и исходных монокристаллов дырочного типа электропроводности, когда характер распределения ЛГИ и ЛГф совпадает или противоположен. Приведенные в табл. 10 данные могут быть использованы как для определения требований к исходному монокристаллу по величине и однородности УЭС, так и для выбора условий легирования.
Как показала практика, легированию можно подвергать исходные монокристаллы, имеющие как п- или p-тип, гак и смешанный тип электропроводности. В промышленных условиях оценку пригодности монокристаллов для HTJI в заданный номинал УЭС проводят для монокристаллов:
A =
п-типа
PmaxPmin
A =
0 - V)Pmax — 0 + VjPmin р-типа
1 PmaxPmin
3 (I + V)Pmax ~ (I V)Pmjn смешанного типа
A =
о ¦ P^ • HminKmm
где Pmin и Pmax - минимальное и максимальное УЭС монокристаллов, Ом • см- р bin и Pmin ~ минимальное УЭС для областей монокристалла п- и p-типа электропроводности, Ом • см; у - неоднородность процесса нейтронно-трансмутационного легирования (обычно 0,05-0,07).
Монокристалл считается годным для нейтронно-трансмутационного легирования, если
Ph
А > -----------,
2(6 рн/100 - у)
333
где Ph - номинальное УЭС после легирования, Ом • см; 6рн - относительное отклонение УЭС от номинального значения после легирования, %.
Приведенные выражения учитывают в том числе самые неблагоприятные ситуации распространения примеси в исходном монокристалле, т.е. когда характер распределения Nh и N^ противоположен (см. табл. 10) и получение монокристалла после HTJI с однородным распределением УЭС затруднено.
После HTJI монокристаллы подвергают дезактивации (удалению путем химического травления с поверхности монокристалла активных веществ и продуктов распыления материала реактора).
