Расчет распределения примесей в кремнии при кристаллизационной очистке и диффузионном легировании (стр. 6 из 6)
1.4.2 Диффузия из бесконечного источника примеси на поверхности пластины при Т=9500 С=1223 К, и времени диффузии 30 мин.=1800 с.
Коэффициент диффузии галлия в кремнии при Т=9500 С, N0=3×1019см-3.
Диффузия проходит согласно выражению (18).Дальнейший ход работы идет аналогично пункту 1.4.1. Заполняем расчетную таблицу.
Таблица 5 - Результаты расчета распределения галлия в кремнии
| x, мкм |  | erfc(z) | N(x), см-3 | x, мкм | | erfc(z) | N(x), см-3 |
| 0 | 0 | 1 | 3×1019 | 0,1 | 2,05 | 0,003742 | 1,123×1017 |
| 0,02 | 0,41 | 0,562031 | 1,6861×1019 | 0,12 | 2,46 | 0,000503 | 1,5091016 |
| 0,04 | 0,82 | 0,246189 | 7,386×1018 | 0,14 | 2,87 | 0,000049 | 1,47×1015 |
| 0,06 | 1,23 | 0,08195 | 2,4585×1018 | 0,16 | 3,28 | 0,0000035 | 1,05×1014 |
| 0,08 | 1,64 | 0,020378 | 6,1134×1017 | 0,18 | 3,69 | 0,00000018 | 5,4×1012 |
Полученные результаты используются для построения графика N = f(x) - примесного профиля. При построении профиля, как правило, используют полулогарифмический масштаб.
 |
1.4.3 Распределение примеси после перераспределения примеси накопленной в приповерхностном слое полупроводника при Т=950ОС=1223 К и времени диффузии 30мин=1800с. Условие перераспределения полностью отражающая граница. Т=1150ОС=1423 К, время 2 часа=7200с.
Произведение D1t1 для процесса загонки равно: D1t1 = 3,31×10-15×1800=5,958×10-12 см2
Коэффициент диффузии для процесса перераспределения примеси (Do=0,374 см2/с , DE = 3,41 эВ, T = 1423 K) равен D = 3,128 × 10-13 см2/с. Произведение D2t2 = 3,128×10-13×7200=2,25×10-9 см2. D2t2 > D1t1(в 377 раз), т.е. условия быстрой истощаемости источника, следовательно, пользуемся для расчета распределения примеси выражением (27).
В первый столбец таблицы (6) заносим значения x, во второй значения exp(-x2/4D2t2), рассчитанные значения Ns заносим в третий столбец.
Таблица 6 - Результаты расчета распределения галлия в кремнии при диффузии из приповерхностного слоя.
| x, мкм |  | Ns , см-3 | x, мкм | | Ns , см-3 |
| 0 | 1,0 | 9,823×1017 | 1,8 | 0,02742 | 2,693×1016 |
| 0,36 | 0,866 | 8,507×1017 | 2,16 | 0,005633 | 5,534×1015 |
| 0,72 | 0,5624 | 5,525×1017 | 2,52 | 0,0008681 | 8,527×1014 |
| 1,08 | 0,274 | 2,69×1017 | 2,88 | 0,0001 | 9,854×1013 |
| 1,44 | 0,1 | 9,831×1016 | 3,24 | 0,0000087 | 8,541×1012 |
Полученные результаты используются для построения графика N = f(x) - примесного профиля.Заключение.
В данном курсовом проекте были рассмотрены процесс очистки полупроводникового вещества – зонная плавка и способ введения примеси в полупроводник – диффузия примеси.
Для процесса зонной плавки произведен расчет для трех очищаемых примесей: фосфор, галлий, сурьма. Результаты расчета представлены в виде таблиц и графиков: распределение удельного сопротивления и распределения каждой примеси вдоль слитка кремния после очистки зонной плавкой (один проход расплавленной зоной).
Эффективность очистки зависит от скорости кристаллизации: чем меньше скорость кристаллизации в донной примеси, тем лучше она очищается, таким образом при Vкр®0 kэфф®k0;Vкр®¥ kэфф®1. Но это не означает, что если мы уменьшим скорость кристаллизации до нуля, то получим исходное вещество в чистом виде – это лишь одно из условий очистки вещества. Определяющим является также равновесный коэффициент сегрегации (К0) , который отражает эффективность перераспределения между жидкой и твердой фазой, он должен отличаться от еденицы в большую или меньшую сторону. В нашем случае k0 Sb<k0 Ga<k0 P<1, соответственно сурьма лучше подвергается очистки по сравнению с галлием, а галлий лучше по сравнению с фосфором. Это все подтверждается результатами расчета – распределением концентраций каждой примеси вдоль слитка кремния после очистки зонной плавкой.
Анализ второй части расчета – метод введения и перераспределения примеси – диффузии показывает, что при условии бесконечного источника примеси на поверхности пластины и одинаковом времени диффузии профиль распределения примеси в полупроводнике будет различен при нескольких температурах. Таким образом изменяя температурный режим можно изменить профиль распределения примеси в глубину полупроводника.
Литература.
1. Готра З.Ю. Технология микроэлектронных устройств. Справочник. - М.: Радио и связь, 1991. -528 с.
2. Шишлянников Б.М. Физико-химические основы технологии микроэлектроники. Методические указания к курсовому проектированию для студентов направления 550700. Новгород, 1998. – 41с.
3. Нашельский А.Я. Технология полупроводниковых материалов. - М.: Металлургия, 1972. - 432 с.
4. Реньян В.Р. Технология полупроводникового кремния / Пер. с англ. - М.: Металлургия, 1969. - 336 с.
5. МОП СБИС. Моделирование элементов и технологических процессов /Под ред. П. Антонетти и др.; Пер. с англ. - М.: Радио и связь. 1988. - 496 с.
