Физика полупроводниковых приборов Книга 1 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
поверхности кремния, и р-ft-переходы образуются только в местах окон в
окисле. Этот процесс, получивший название планарного [8J, является
основой технологии изготовления полупроводниковых приборов и интегральных
схем1).
Эпитаксиальные структуры типа показанного на рис. 1,в (9] обычно
используются в планарной технологии для уменьше-
*) В планарном процессе используются такие давно известные
технологические методы, как окисная защита при диффузии. Принципиальная
особенность планарного процесса заключается в сочетании методов,
позволяющем получить большую точность контроля размеров, формы электродов
и диффузионных областей приборов. Однако в этом случае требуется, чтобы
поверхность Пластины была гладкой без рельефа, в противном случае слой
фоторезиста не будет ровным и появятся дефекты.
72
Глава 2
ния последовательного сопротивления. Слово "эпитаксия" имеет греческое
происхождение: "эпи" означает "на" и "таксис" - "расположено в порядке".
Эпитаксией называют метод выращивания путем химической реакции на
поверхности кристалла тонких слоев полупроводниковых материалов с
сохранением кристаллической структуры исходного кристалла. Таким методом
на поверхности сильнолегированной низкоомной подложки выращивают
высокоомные эпитаксиальные слои, добиваясь желаемых электрических свойств
и механической прочности.
На рис. 1, г показан р-"-переход, полученный с помощью ионной имплантации
[10]. В настоящее время этот метод позволяет наиболее точно
контролировать распределение примесей. Ионную имплантацию можно
производить при комнатной температуре, а возникающие в процессе
имплантации дефекты кристаллической решетки устраняют путем последующего
отжига при температуре 700 °С и ниже. Следовательно, ионная имплантация
является относительно низкотемпературным процессом по сравнению с
диффузией, которая обычно проводится при температуре 1000 °С и выше.
Рассмотрим кратко четыре основных процесса планарной технологии:
эпитаксиальное выращивание, окисление, диффузию примесей и ионную
имплантацию.
Эпитаксиальные слои можно получать методом выращивания из газовой фазы
[4]. Основная реакция, в результате которой на подложке наращиваются
кремниевые слои, состоит в восстановлении тетрахлорсилана в водороде:
SiCI4 + 2Н2 Si (твердый) ~\-
-f- 4НС1 (газ). Обычно кремниевые слои выращивают со скоростью ~1 мкм/мин
при температуре 1200 °С и выше. Молярная концентрация SiCl4, т. е.
отношение числа молекул SiCl4 к общему числу молекул газовой смеси,
составляет 0,01 %. Эпитаксиальные слои также получают выращиванием из
жидкой фазы [11 ], что широко используется при работе со сложными
полупроводниками. При молекулярно-лучевой эпитаксии удается
контролировать с большой точностью состав полупроводниковой пленки в
слоях толщиной порядка атомных размеров [12, 13].
Для создания пленок двуокиси кремния наиболее часто используют метод
термического окисления [14] кремния, сопровождающийся химической реакцией
Si (твердый) 02 (сухой кислород) -> Si02 (твердый) или Si (твердый) -j-
2НаО (пар) Si03 (твердый) + 2Н2. Можно показать, что в начале реакции
толщина слоя окисла растет линейно со временем, а при длительном
окислении - как квадратный корень из длительности [15]. При образовании
слоя двуокиси кремния толщиной d расходуется слой кремния толщиной 0,45d.
Экспериментальные зависимости толщины окисла от времени и температуры
реакции при выращиваний в сухом кислороде и в парах воды приведены на
рис. 2.
Плоскостные диоды
73
I
"а
§
1
1
§
!
&
0,1
0,01
Г-ГП ITT п -
гттгп 3=:
- <10( s 44 Лч с ии
.1100Х-
-
... i i 1000% т
fr' - i Л
у
? * • * f г \\ N
' t V- * * 71
-"А т-
и -У-
/ < >
* * У
/ $ 0, ?°с к / ? ''
700°С ^
>У800 °С
0,1
1,0 10 Время окисления, ч
100
I
!
<=>
!
§
I
?
время окисления, ч <Г
Рис. 2. Экспериментальные зависимости толщины окисла от времени окисления
и температуры для двух ориентаций подложки [16]:
а. - окисление в сухом кислороде; б - окисление в парах воды.
Для заданной температуры скорость окисления в парах воды в 5-10 раз выше,
чем в сухом кислороде. Кроме того, при низких температурах скорость
окисления зависит от ориентации кристалла
Простой одномерный диффузионный процесс описывается законом Фи ка [17]
дС(х, t) _ nd2C(x, t) /n
dt ~ dx2 ' 1 '
где С - концентрация примеси, D - коэффициент диффузии. Это уравнение
аналогично уравнению (96а) (гл. 1), но в нем от-
74
Глава 2
x/2\flt x/ZjfDt
Рис. 3. Нормированные распределения концентрации для функции Гаусса и
дополнительной функции ошибок (erfc) в полулогарифмическом и линейном
масштабах [17].
сутствуют члены, связанные с генерацией, рекомбинацией и электрическим
полем. При выполнении условий диффузии из "ограниченного источника",
содержащего общее количество примеси S, решением уравнения (1) является
