Расчет распределения примесей в кремнии при кристаллизационной очистке - Курсовая работа

В современной твердотельной электронике используется большое количество различных материалов, как простых, так и сложных, состоящих из многих компонентов. Возрастают требования к получению материала с точно заданным составом, когда изменение в содержании компонента в пределах одного грамма на тонну материала (%) может резко повлиять на его свойства. Наличие дефектов в пластине полупроводника при изготовлении на ней интегральной схемы может вызвать брак, когда размер дефекта сопоставим с размером элементов схемы.Распределение примесей после одного прохода расплавленной зоной при зонной плавке вдоль слитка представляется уравнением [1]: , (1) где - концентрация примеси в закристаллизовавшейся фазе на расстоянии от начала слитка; Приведенные уравнения (1) и (2), являющиеся математическим описанием процесса зонной плавки, выведены при определенных допущениях, сформулированных автором метода зонной очистки В.Пфанном при выводе этих уравнений. Эти допущения в литературе принято называть пфанновскими, их суть в следующем: а) процессами диффузионного перераспределения компонентов системы в объеме слитка можно пренебречь, т.е. коэффициенты диффузии компонентов в твердой фазе принимаются равными нулю (Dтв = 0); Другими словами, в системе нет летучих и диссоциирующих компонентов, отсутствует поглощение примесей расплавом из атмосферы, материал контейнера не растворяется в жидкой фазе. Уравнения (1) и (2) справедливы только на участках слитка, на которых зона имеет две границы раздела фаз (постоянный объем).Первое уравнение (первый закон Фика) записывается следующим образом: , (6) где - плотность потока диффундирующего вещества, то есть количество вещества, проходящего за единицу времени через единичную площадь поверхности, перпендикулярной направлению переноса вещества; Знак минус в правой части (6) указывает на то, что диффузия происходит в направлении убывания концентрации. Уравнение (6) описывает стационарный (установившийся) процесс - процесс, параметры которого не зависят от времени. В макроскопическом представлении коэффициент диффузии определяет плотность потока вещества при единичном градиенте концентрации и является, таким образом, мерой скорости выравнивания градиента концентрации. Когда концентрация вещества изменяется только в одном направлении (одномерная диффузия) и при диффузии в изотропной среде (коэффициент диффузии - скаляр) первое уравнения Фика имеет следующий вид: .Диффузант поступает в полубесконечное тело через плоскость из источника, обеспечивающего постоянную концентрацию примеси на поверхности раздела, твердое тело - источник в течение любого времени. Такой источник называют бесконечным или источником бесконечной мощности. Начальное распределение концентраций и граничные условия для этого случая задаются в виде для для . Коэффициент диффузии при температуре диффузии можно найти, используя выражение в форме уравнения Аррениуса: ,(14) где - постоянная диффузии, ; Если в объеме полупроводникового материала до диффузии имелась примесь противоположного типа по отношению к диффундирующей, эта примесь распределена по объему равномерно и ее концентрация равна , то в этом случае в полупроводнике образуется электронно-дырочный переход.Диффундирующая примесь поступает в полубесконечное тело из источника, который представляет собой примыкающий к границе тела слой толщиной , примесь в котором распределена равномерно. При абсолютно непроницаемой для диффузанта (отражающей) границе поток примеси через поверхность должен обращаться в нуль при всех Граничным условием является, определяемое условием (20), постоянство количества примеси в источнике и полупроводнике Для реализации начального распределения такого типа диффундирующая примесь должна быть введена в твердое тело до начала диффузии.Решение диффузионного уравнения при этих условиях находится из (21) при и условии, что количество диффузанта в источнике . Тонкий слой на поверхности полупроводниковой пластины является источником, который очень быстро истощается. Эту особенность данного процесса используют в полупроводниковой технологии для получения контролируемых значений низкой поверхностной концентрации примеси, например, для создания базовых областей кремниевых транзисторных структур дискретных приборов или ИМС. На первом этапе процесса проводится кратковременная диффузия (при пониженных температурах) из постоянного источника, распределение примеси после которой описывается выражением (20). Значение при этом велико и определяется либо пределом растворимости данной примеси в полупроводниковом материале, либо концентрацией примеси в стеклообразном слое на поверхности полупроводника.2.1.1 Для расчета распределения бора вдоль слитка исходную концентрацию бора в слитке возьмем из таблицы А.1, N0= 2.597*1019 см-3 Распределение примеси вдоль слитка определяется уравнением (5) на длине слитка , т.е. при . Заполняем расчетные таблицы 1 - 2, меняя с выбранным шагом расстояние от начала слитка в длинах зоны (на участке зонной плавки). Последний участок слитка, н

Содержание

Введение

1. Физико-химические основы процессов микроэлектроники (теоретическая часть)

1.1 Распределение примесей после зонной плавки

1.2 Уравнение диффузии

1.3 Распределение примеси при диффузии из постоянного источника в полубесконечное тело

1.4 Распределение примеси при диффузии из слоя конечной толщины в полубесконечное тело с отражающей границей

1.5 Распределение примеси при диффузии из бесконечно тонкого слоя в полубесконечное тело с отражающей границей

2. Расчет распределения примесей в кремнии при кристаллизационной очистке и диффузионном легировании

2.1 Расчет распределения примесей после зонной плавки

2.2 Анализ бинарной диаграммы состояния SIAS

2.3 Расчет распределения примеси в полупроводнике после диффузионного отжига при различных условиях диффузии

2.4 Расчет распределения мышьяка в кремнии после ионной имплантации и высокотемпературного отжига

2.4.1 Расчет распределения в кремнии мышьяка при энергии внедрения 30 КЭВ

2.4.2 Расчет распределения в кремнии фосфора при энергии внедрения 130 КЭВ

2.4.3 Нахождение положения электронно-дырочного перехода

Заключение

Приложение А. Перевод единиц концентраций

Приложение Б. Определение значений удельного сопротивления

Список литературы

В современной твердотельной электронике используется большое количество различных материалов, как простых, так и сложных, состоящих из многих компонентов. Возрастают требования к получению материала с точно заданным составом, когда изменение в содержании компонента в пределах одного грамма на тонну материала ( %) может резко повлиять на его свойства. Большие требования предъявляются к структурному совершенству монокристаллов. Наличие дефектов в пластине полупроводника при изготовлении на ней интегральной схемы может вызвать брак, когда размер дефекта сопоставим с размером элементов схемы. Переход к субмикронным размерам элементов ужесточает требование к структурному совершенству материала. Все это определяет высокие требования к технологии материалов электронной техники. Развитие микроэлектроники, когда необходимый материал получают в процессе создания микросхемы, накладывает на технологию дополнительные требования.

Повышенные требования к технологии материалов и компонентов электронной техники требуют глубокого изучения закономерностей протекания отдельных процессов, включая их математическое описание. Как правило, в основе технологических процессов находятся термодинамические законы, определяющие конечное состояние системы в зависимости от выбранных условий проведения процессов, и кинетические зависимости, характеризующие скорость протекания процессов.

Важнейшие процессы, используемые в технологии микроэлектроники- нанесение пленок и эпитаксиальных слоев, удаление (в растворах и парогазовых средах) вещества с поверхности твердой фазы, легирование и диффузионное перераспределение, - по существу являются физико-химическими и имеют определенную особенность, связанную с протеканием их на поверхности или в объеме твердой фазы.

1. Физико-химические основы технологии микроэлектроники