Файл: Курносов, А. И. Технология производства полупроводниковых приборов учеб. пособие.pdf

162

Присутствие воды значительно увеличивает скорость испарения В20 3, что обусловливает хорошее распределение диффузанта вдоль рабочей зоны вследствие образования летучих борных кислот, осо­ бенно метаборной кислоты — НВ02.

Недостатком В2Нб являются токсичность, легкая воспламеняе­ мость на воздухе при концентрации более 0 ,8 %, взрыв при сопри­ косновении с хлором.

В табл. 5.3 приведены источники примесей, употребляемые для диффузии бора и фосфора в кремний.

§5.7. Аномалии распределения примесей и дефекты

вдиффузионных слоях

Реально получаемые диффузионные слои могут иметь электро­ физические свойства, значительно отличающиеся от ожидаемых. Это несоответствие обусловлено с одной стороны упрощенным тео­

ны для теллура. Это позволяет сделать вывод, что в германии для любых примесей могут одновременно действовать два механизма диффузии: по вакансиям — медленная и по междоузлиям — быст­ рая. Результирующее распределение примеси при этом имеет вид, показанный на рис. 5.19.

При осуществлении двухстадийной диффузии в кремний было найдено, что полученные кривые распределения примесей облада­ ют большей кривизной, чем интеграл вероятности или кривая Гаус­ са. Существованиё таких аномальных распределений указывает на то, что полученные из опытных данных значения коэффициентов диффузии не являются истинными. Более точно их следует

163

называть эффективными, ибо они в значительной степени зависят от условий проведения процесса.

На рис. 5.20, 5.21 представлены экспериментальные данные зна­ чений эффективных коэффициентов диффузии бора и фосфора в кремний в зависимости от температуры, уровня легирования об­ разца и поверхностной концентрации. Возрастание этих трех фак­

На рис. 5.22 показана кривая экспериментально определенного распределения концентрации фосфора в кремнии. Для сравнения дана кривая распределения, построенная на основании измеренной

Рис. 5.21. Зависимость коэффициента диффузии бора от температуры при Св = 2-1015 см~3 (а) и от концентрации при 1250°С и С0 = 2 • 1021 см~3 (б)

глубины р-я-перехода и табличного значения коэффициента диф­ фузии. Хотя суммарное количество атомов под обеими кривыми совпадает, поверхностная концентрация для расчетного распреде-

164

ления значительно больше истинного значения. Кроме того, ано­ малии этого рода могут быть связаны с тем, что при больших кон­ центрациях примеси не вся она является электрически активной, т. е. не все примесные центры ионизованы при комнатной темпера­ туре. Это подтверждает рис. 5.23, где приведены кривые распреде-

ления полной и электрически активной концентраций атомов фос­ фора в кремнии, полученные экспериментально.

При проведении диффузии из тонкого слоя с фиксированным количеством при­ меси при высокой температуре или в- те­

его возникают эрозионные ямки, которые могут пересекать неглу­ бокие диффузионные слои и шунтировать р-л-переход. Ямки не образуются, если увлажнить азот или смешать его с кислородом Для окисления кремния

165

проводящие металлические микромостики. Это приводит к возра­ станию обратного тока и появлению так называемых «мягких» вольт-амперных характеристик. Обратный ток возрастает в этом

при охлаждении обусловлено их большой подвижностью при сравнительно низких температурах, позволяющей атомам этих эле­ ментов перемещаться в области с большой концентрацией дефек­ тов и образовывать в них скопления. Такое осаждение определяет­ ся в основном скоростью охлаждения и очень слабо зависит от температуры и времени обработки.

Помимо этого, в объеме полупроводника при определенных условиях могут образовываться осаждения медленно диффундиру­ ющих элементов, обладающих к тому же достаточной раствори­ мостью. В частности, это относится к алюминию в кремнии. Осаж­ дение также происходит в основном на дислокациях и иных де­ фектах структуры. Обычно слитки кремния содержат кислород с концентрацией до 1018 см~3. Как известно, сила связи комплекса А1—О превышает силу связи Si—О, что и обусловливает возник­ новение скопления алюминия. Этот процесс определяется в основ­ ном температурой и почти не зависит от скорости охлаждения. Найдено, что при Г>1350°С осаждения не образуются, так как связи А1—О разорваны, при 1200—1300° С атомы алюминия за­ полняют дислокации, а при 1100—1200° С образуют дополнитель­ ные скопления вокруг дислокаций. Ниже 1000° С эффект осажде­ ния 'значительно ослабляется и при 700° С почти не обнаружива­ ется.

Осаждение алюминия может приводить к возникновению донор­ ных уровней. Если концентрация кислорода достигает 1018 см~3, то при легировании кремния атомами алюминия до 4-1017 см~ъ на­ грев в диапазоне 450—900° С вызывает конверсию типа электро­ проводности. Если концентрация А1 менее 1017 см~ъ, то максималь­ ное образование доноров соответствует примерно одному на каж­ дый атом алюминия при температуре 450—500° С и менее одного донора при более высокой температуре. Нагрев до 700—900° С при­ водит к образованию полупроводникового материала, имеющего проводимость, почти равную собственной. Нагрев выше 1000° С вы­ зывает восстановление акцепторных свойств, однако часть акцеп­ торов необратимо исчезает, образуя нейтральные соединения алю­ миния с кислородом. Термообработка при 1325° С в течение 10мин вызывает полное восстановление акцепторных свойств.

Аналогичные эффекты образования доноров, но в меньшей сте­ пени наблюдаются при легировании кремния галлием и бором. Образующиеся доноры нестабильны и полностью исчезают во вре­ мя высокотемпературной обработки. Концентрация доноров, соз­ данных в образцах, легированных В и Ga, невелика. В то же вре­ мя для образцов, легированных алюминием, она достигает 2/3.от концентрации основной примеси.

168