Файл: Кремниевые планарные транзисторы..pdf

ций. При определении коэффициента диффузии фосфора D из про­

стает и тем более резко, чем выше концентрация диффундирующего фосфора (рис. 2.3). Значительные отклонения от результатов Фуллера и Дитценбергера для диффузии бора обнаружили Курц и Йи [14]. В их опытах поверхностная концентрация Ns не превышала 5 • 1018 с м - 3 (т. е. была на два порядка меньше, чем в опытах Фуллера и Дитценбергера), что и привело к уменьшению коэффициента диффузии бора в два раза.

ным и растет, что приводит к появлению участка с почти постоянной концентрацией на кривых N = N(x), как видно из рис. 2.4. При уве­ личении концентрации окиси бора В 2 0 3 в диффузионном источнике

47

установил, что при диффузии бора и фосфора распределение приме­

несколько порядков превышает истинную поверхностную концент­

Такое поле возникает за счет ионов диффундирующей примеси, когда концентрация примеси N превосходит концентрацию носи­ телей в собственном кремнии nt при температуре диффузии. При этом согласно [15] коэффициент диффузии увеличивается в два раза. В действительности же эффективный коэффициент диффузии фосфо­ ра может возрастать почти на порядок (рис. 2.3).

Маекава и Осида [15] предположили, что вследствие различия атомных радиусов кремния и бора (ковалентный радиус для В равен 1,17 А, а ионный радиус для Si — 0,98 А) диффундирующий бор деформирует решетку кремния, замещая в узлах атомы крем­ ния. Напряжения сжатия приводят к появлению большего числа дефектов-вакансий, дислокаций, по которым идет диффузия с боль­ шой скоростью. Дислокации являются также местами скопления бора.

В работе [17] методами дифракционной электронной микроско­ пии было установлено, что при диффузии фосфора с большой по­

стине кремния перед диффузией). Кроме того, наблюдались преци­ питации фосфора в виде кристалликов неизвестного состава с раз­ мерами от 0,1 до 1 мкм. Кремниевые пластины из тянутого кристал­

ций необходима не просто высокая концентрация фосфора, а боль­ шой градиент концентрации. При диффузии мышьяка с поверхно­ стной концентрацией Ns = 5 • 1020 с м - 3 также не наблюдалось за­ метного увеличения плотности дислокаций по сравнению с плот­ ностью в исходной пластине. Авторы работы [17] объяснили этот факт тем, что ионный радиус мышьяка As в отличие от фосфора точно равен ковалентному радиусу кремния (1,17 А). Следователь­ но, при замещении атомов в узлах решетки ионами As не возникают

48

механические напряжения решетки, приводящие к образованию дислокаций.

В работе [18] предполагается, что причиной отклонения реаль­ ных диффузионных профилей фосфора от закона по дополнительной функции ошибок (erfc) является осаждение примеси на дислокациях, создаваемых фосфором в процессе диффузии.

концентрации ионизированного фосфора ІѴ+ и полная концентра­ ция фосфора совпадают, плотность дислокаций становится не­ значительной, преципитации фосфора отсутствуют и распределение фосфора происходит точно по закону erfc (рис. 2.5, в).

Однако в практике производства кремниевых п-р-п планарных транзисторов диффузия фосфора проводится для создания эмиттерной области обычно при условии достижения почти предельной ра­

49

Рис. 2.6. Диффузионный профиль фосфора в мо­ дели [20].

включает три области. Первая состоит из смеси кремния, насыщен­ ного ионизированным фосфором, и фосфида кремния, а ширина х0 ее линейно растет со временем: х0 = t,t.

Вторая область — переходная, состоит из медленно диффун­ дирующего фосфида кремния с коэффициентом диффузии DА и бы­ стро диффундирующего ионизированного фосфора с коэффициентом диффузии DB (рис. 2.6). Наконец, третья область состоит из одного быстро диффундирующего фосфора с тем же коэффициентом диффу­

50