Легирование полупроводников методом ядерных реакций - Смирнов Л.С.
Скачать (прямая ссылка):
л^‘Фипт // С(\
и ~ Туг’ (4.3)
—
Где к — высота рабочей зоны реактора; финт интегральная плотность потока медленных нейтронов, определяемая как поток медленных нейтронов, который получает бесконечно тонкий образец при прохождении им рабочей зоны реактора за единицу времени; п% — концентрация носителей тока, которая определяет номинал удельпого сопротивления после легирования; N.— средняя величина концентрации примесей в исходном слитке р-типа (-{-) или «-типа ( ); А т& же кон“|
стантаг что и в (2.38).
133
Таблица 4.1
Условия получения ядерно - яегиров аиног о кремния (ЯЛК) в различных реакторах
Тип' реактора Заме- дли- тель Плотность потока нейтронов, СМ-"2, с“1 Отношение потока тепловых и быстрых нейтронов . Максимальные размеры облучаемых слитков, мм Неравномерность облучения по длине 6г и радиусу бг Характер или объем производства ЯЛК Литера- тура
Реактор ESSOR объединенного исследовательского центра в Испре (Италия) d2o (2,7-3) -10*5 >400 Ф ДО 77 1 до 500 Ы=± 4% Серийное производст- во [4]
Исследовательский реактор MURR университета Миссури (США) н2о 6-Ю14, а. з. 1013—1014, г. о. 8 : 1, а. з. 20 : 1—10 :1, г. о. та до 86 1 до 250 o/±4% or±l% 15 т/год в расчете на р=50 Ом-см I51
Исследовательские реакторы DID О и PLUTO в Харуэлле (Англия) Реактор Национального бюро стандартов (США) d2o d2o ~1013, расч. ~1014, реализ. До 1014 1000: 1 расч. 100 : 1, реализ. Си—Cd-отношение 46—3400, а. з. Ф до 100 1 до 550 ^ до 115 1 до 600 §1до 100 oZ<5% or<4% ? 15 т/год 20 т/год Опытные партии 1:9] ' [Ю]
Испытательный реактор GETR компании «Дженерал Электрик» (США) н2о До 1,5-1014 -10 :1 Ча ДО 82 61=-h 5% 6r=±l—3% Планируется сотни килограммов в месяц [И]
Исследовательский реактор ВВР-ц (СССР) Н20 ~1014, а. в. -10 :1 і ча до 80 1 до 200 (статический режим), 1 до 500 мм (режим протяжки) o;<5-7°/o or<4% Серийное производство . Данные авторов
Примечание: а. в.« ? активная зона; г. о.^графитовой отражатель; расч.—расчетные параметры;реализ.—реализованные параметры.
¦ . ' ¦ ’ ¦¦ ¦
' • • • •. • ¦ • • . .
• ’ ' • Ж
• ' ' ¦ . . .• • ' • ' ••
После перемещения через зону облучения е заданной скоростью ампулы со слитками попадают на транспортер-отстойник, который переносит их в перегрузочную камеру, откуда начинается описанная выше последовательность операций с облученным материалом. -
Достаточно очевидно, что с помощью настоящего метода можно эффективно обеспечить непрерывный процесс легирования кремния даже в реакторах с большой неравномерностью потока нейтронов по длине легируемых слитков (см. рис, 4.4).
Все рассмотренные приемы устранения или учета неравномерности облучения легируемых слитков позволяют только подойти расчетным путем к получению заданной концентрации и неоднородности распределения легирующих примесей по объему протяженных слитков. Для соблюдения заданных условий облучения в течение значительного времени необходимо оборудовать реактор либо штатной системой стабилизации нейтронного потока, исключающей неконтролируемые колебания мощности реактора и состава излучения в месте легирования, либо достаточно точной и чувствительной системой непрерывного измерения фактической плотности потока и регулирования на этой основе фактического времени облучения.
При организации процесса ядериого легирования в качестве датчиков нейтронного потока в настоящее время используют родиевые, ванадиевые или другие детекторы прямой зарядки, предварительно калиброванные по данным легирования эталонных кремниевых образцов и размещенные непосредственно в местах облучения. ^
В результате разработки соответствующей электронной аппаратуры, которая интегрирует во времени ток детекторов, пропорциональный <р, и сравнивает фактический интегральный поток нейтронов с заданным, удается точно установить момент достижения заданной концентрации легирующих примесей. Применение такой независимой системы слежения и регуди-рования, в которую может входит электронная вычислительная машина, позволяет полностью автоматизировать операцию об-' лучения [4] и достигнуть заложенной в самом принципе легирования [8] высокой степени однородности й воспроизводимости заданных свойств кремния в широких пределах концентрации вводимого фосфора. :
Известные данные об условиях облучения, свойствах и; масштабах производства ядерно-легированного кремния на различных реакторах ряда стран мира приведены в табл. 4.1.
4.3. ОТЖИГ ;
Аппаратурное оформление операции отжига ядерно-леги->; рованного кремния стандартное. Используется обычпая про-) мышленная диффузиопная нечь того же типа, что и при изго-|
' ' ¦ . “Я
• - ¦ -I
140 . .1
товлении полупроводниковых приборов. В ней имеется достаточно протяженный участок с минимальными колебаниями температуры. Кроме того, печь оборудована вполпе подходящей для целей отжига системой стабилизации температуры.
Что касается самого процесса отжига, то в настоящее время в литературе нет единого подхода к его осуществлению. Режимы отжига, которые приводятся в ряде оригинальных работ,, существенно различаются. В частности, температура отжига колеблется от 500 [12, 131 до ИОО’С [14], время выдержки -от минут [4, 15] до нескольких десятков часов [13J. Кроме того, отжиги проводят в самой разнообразной атмосфере (воз^-дух, вакуум, нейтральные газы, нейтральные газы с добавкой НС1 и т. д.), в контейнерах из разного материала (кварц, кремний и дроч).
