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

танного полупроводника может быть достигнуто при использовании

геттерирования.

Найдено, что покрытие германия перед термообработкой тон­ кими пленками Au, Ag, Sb, In, Pb, Sn защищает кристалл от про­ никновения меди и, таким образом, устраняет возможные послед­ ствия термообработки.

Более того, если уже термообработанный без защиты кристалл германия покрыть пленкой из этих металлов и нагреть до образо­ вания жидкой фазы, то можно восстановить время жизни неравно­ весных носителей заряда и проводимость почти до значений, пред­ шествовавших термообработке.

Этот эффект извлечения нежелательных примесей из объема полупроводника с помощью жидкой фазы, созданной на его поверх­ ности или в объеме, называют геттерированием. Извлечение ста­ новится возможным потому, что коэффициент распределения меди в тройных системах, образованных германием, медью и указанны­ ми металлами, значительно меньше единицы. Благодаря этому соз­ дается значительный градиент концентрации атомов меди, вслед­ ствие чего жидкая фаза будет активно извлекать медь из объема германия.

Кроме способа геттерирования с помощью жидких фаз метал­ лов, экстракция меди из германия может быть осуществлена на* гревом германия в контакте с расплавами солей KCN и NaCN. Медь экстрагируется и тогда, когда поверхность германия покрыта слоем железа или родия.

При изучении влияния обработки поверхности образцов на тер­ мообработку германия было замечено, что термоакцепторы не образуются внутри тех кристаллов, поверхность которых была гру­ бо отшлифована. Это объясняется осаждением атомов меди во вре­ мя охлаждения на поверхностных дефектах, образованных в про­ цессе шлифовки. Для удаления термоакцепторов этим способом германий шлифуется и отжигается при 650° С в атмосфере очищен­ ного аргона, после чего медь удаляется с поверхности образцов растворением в азотной кислоте. Повторив эти операции несколько раз, можно получить полное восстановление q и х .

В качестве геттеров для удаления золота из кремния могут быть применены с равным успехом Ni и Си, наносимые на поверхность пластин в виде тонких пленок. Процесс обра­ ботки ведется при температурах эвтектик или немного более высоких.

Такие металлы, как Си, Fe и Au, могут быть удалены из крем­ ния с помощью стеклообразных окисных слоев, образующихся на поверхности кремния при осаждении паров борного или фосфорно­ го ангидридов.

В результате взаимодействия кремния или всегда присутствую­ щей на нем пленки двуокиси кремния с ангидридом возникают жидкие стеклообразные расплавы. Осажденные металлы Au, Си, Fe

169

Измерение поверхностной концентрации и распределения диф­ фундирующей примеси. Диффузионный слой можно аппроксимиро­ вать последовательностью элементарных слоев с различной, но по­

Подвижность ц является функцией концентрации примеси, по­

г 6, — -

62—

63—

6О —

Рис. 5.29. Модель диффузионного слоя:

о — слоевая проводимость; б — распределение концентрации примеси

171

произведения рС, и значение Cj вычислять по кривой Ci=/(pC ,), легко рассчитываемой для кремния и германия.

Если пластину нельзя разрушать, то для определения С0 ис­ пользуют другие способы. Пренебрегая компенсирующим действи­ ем исходной примеси, находящейся в полупроводнике, можно вы­ числить среднюю проводимость вдоль диффузионного слоя

Так как в основном проводимость диффузионного слоя (80— 90%) зависит от поверхностного слоя, то для упрощения вычисле­ ний можно принять р = const. В этом случае также удобно вести расчет относительно произведения рС.

рС0 —

где рв = — поверхностное сопротивление слоя. Если

Сх = С0 ехр ( - ~ ^ г ) ,

то

РС0 = ------ .

eps у %Dt

Таким образом, этот способ требует знания режима диффузии (D, t) и измерения поверхностного сопротивления ps.

На основе предыдущего метода были выполнены точные расче­ ты зависимости С0 от средней проводимости диффузионного слоя с учетом зависимости подвижности от концентрации и влияния при­ меси в исходном полупроводнике. В приложении приведены кри­ вые, рассчитанные на ЭВМ, для определения поверхностной кон­ центрации диффузионных слоев на германии и кремнии.

Определение градиента,концентрации примеси в р-п-переходе.

Если известен закон распределения примеси, то можно вычислить наклон кривой распределения в любой плоскости диффузионного

172

ГЛАВА ШЕСТАЯ

МЕТОД ЭПИТАКСИИ

§ 6.1. Основные сведения об эпитаксии

При создании большинства типов полупроводниковых приборов к полупроводниковому материалу предъявляются противоречивые требования. Например, в импульсных диодах для получения более высокого пробивного напряжения необходимо применять материал с большим удельным сопротивлением, а выполнение этого требо­ вания приводит к увеличению импульсного сопротивления. В диф­ фузионных транзисторах базовую и эмиттерную области распола­ гают у поверхности кристалла полупроводника. Коллекторная область с высоким удельным сопротивлением обеспечивает высо­ кие рабочие напряжения, но ограничивает максимальную выход­ ную мощность вследствие значительного последовательного сопро­ тивления. Так как объем коллектора велик, то велик и накоплен­ ный заряд, и транзистор имеет ограниченное быстродействие.

Эти противоречия в значительной степени разрешила эпитак­ сиальная технология, позволяющая выращивать на сильно легиро­ ванной полупроводниковой подложке тонкие пленки полупроводни­ ка с небольшим содержанием легирующей примеси, служащие ба­ зой диодов или коллекторной областью транзисторов, а также раз­ личные другие структуры.

Термин «эпитаксия» (от греческих «эпи» — на-, поверх-, и «так­ сис»— расположенный в порядке) предложен для описания про­ цесса ориентированного нарастания кристаллов.

Эпитаксиальный слой—это тонкий слой материала, осажденно­ го на монокристаллическую подложку, сохраняющий морфологию этой подложки.

В зависимости от характера переноса атомов от источника осаждаемого вещества к подложке, на которой происходит их кристаллизация, процессы эпитаксии делятся на прямые и непрямые.

В прямых процессах атомы полупроводника непосредственно переносятся от исходного кристалла (источника) к подложке без промежуточных взаимодействий; к ним относятся процессы испа­ рения, сублимации, распыления в разряде. Миграция осевших ато­ мов по поверхности приводит к возникновению устойчивых заро­ дышей кристаллизации. Вследствие тепловых колебаний некоторые атомы могут оторваться от зародышей. Вероятность отрыва тем

174