Степаненко И. Основы теории транзисторов и транзисторных схем (1977) (1086783), страница 57
Текст из файла (страница 57)
4-37, кривая й(л). газом-носителем из зоны. Нагрев источника днффузанта и пластшг осуществляется локальным высокочастотным полем с помощью внешних катушек. Диффузия примесей имеет под собой ту же теоретическую базу, что и диффузия подвижных носителей заряда. Существенное отличие состоит, конечно, в отсутствии реиомбинации„а с количественной стороны — в несравненно меньших коэффициентах диффузии, а значит, и скоростях движения '.
Рис. 4-48. Схеме двухзонной диффузионной печи. / — кнарцеваи труба; 2 — поток гааа-носители: 8 — источник диффузанта; б — пара днффуаанта; б — лодочка 1челночныэ тигель); б — пластвна полупроводника„ цосгаиленнак на ребро; У вЂ” Ьа аысокотонпературнак зона; 8 — 2-н зысокотенпературнаи зоил В отсутствие рекомбинации (т = со) любое из уравнений диффузии (1-70) применительно и концентрации примеси !у' запишется в виде у-го залома Фида: д'.И 1 дИ д„н Р дгз (4-! 43а) где Ж = !у'(х; 1) — распределение концентрации примеси.
В начальный момент времени можно считать концентрацию вводимой примеси в пластине равной нулю; тогда изображением производной дтьг/д1 будет просто зЛ', а уравнение (4-143а) в операторной фор:ле будет следующим: даИ з — — — т'т' = О. дха Р (4-143б) Общим решением этого уравнения является функция !у(х- в) 4 и-хУаую 1 АзетУал> (4 144) Если глубина диффузии невелика по сравнению с толщиной пластины (или эпитаксиального слоя), то в качестве 1-го граничного условия можно принять: (4-145) !у(со, з)=0. т Нзпригае!г, в кремнии коэффициенты диффузии бора и фосфорз составляют при Т= 1хбо С около 10" сма/с. С изменением температуры коэффициенты диф.
фузии уезде меняются (для указанных примесей онн удваиваются при ЬТ =- = 30 С). Это обстоятельсчво заставляет контролировать тенперзтуру в диффузионных печах с точностью до ~ 1'С н менее. Тогда А, =- О и вместо (4-144) получаем: У (х, з) = А,е — "т" /б. (4-146) Второе граничное условие может иметь два варианта в зависимости от типа источника примеси. Различают неограннченный и ограниченный источники. Рассмотрим оба варианта поочередно. В случае неограниченного источника примеси в качестве 2-га граничного условия принимают: Н У (О; з) = Уа = сопз1. (4-147) Тогда А, = Уе и, следовательно, й/ (х; з) = У е — "г е/ю. (4-148) бтг Оригиналам такого изображения Еа ', '~ является дополнительная функция ошибок (см. сноску на с.
84) ж О ов У (х, 1) = Уе сег11 —.1 (4-149) «3 12$/ Еч/ Эта зависимость проиллюстрирована на рис. 4-49,а. Дифференцируя (4-149) по х, получаем градиент концентрации: 3 У е и — в ног (4 1«О) Йх )ГЫЯ ! ъ В начальной точке х = — О этот й ем Ев градиент выражается формулой б/ у (О) ~о (4 1а1) Рис. 4-49. Распределение при~Гп/и' меси в ппастине дни двух мо- ментов времени при диффузии Поделив Уе на Л'(О), получим нв неогрвниченного (о) и огрвнекоторую условную глубину ли,ь ниченного (б) нсточнииов. Фйзни Ен (рис. 4-49,а), которая является аналогом длины Лн, свойственной экспоненциапьному Распределению (4-120).
В данном случае /. =)'пт,/И=1,77)/'//1. (4-152) Как видим, глубина диффузии примеси находится в прямой зависимости от коэффициента диффузии и времени, в течение кота- Рога ведется процесс. В случае ограниченного источника примеси в качестве 2-го граничного условия принимают: ~ У(х) г(х= /1/= сопз1, о где /(/ — полное коли че ство атомов примеси (на единицу площади), которое остается постоянным в процессе диффузии'. Подставляя (4-!46) в (4-153) и выполняя интегрирование, получаем: А,= У")/ь/О» тогда изображение (4-146) принимает вид: (4-154) Оригиналом этого изображения будет 4(»уисция Гаусса: (4-155) у(х; г) ==а — 'дог, которая проиллюстрирована на рис.
4-49,б. Начальная производная функции (4-155) равна нулю. Следовательно, глубину диффузии нельзя определить по аналогии с (4-152). Поэтому определим глубину диффузии иначе, в более общем виде. Л именно, найдем координату х , прн которой производная Л«'(х ) максимальна, и будем считать глубиной диффузии сумму отрезков хм и )у(х„)/~(И'(х )! (см, рис. 4-49,б), При таком определении Е,у = 2)/2 )/й — 2,82)/ й.
(4-156) Форма полученного выражения совпадает с формой (4-152), а различие оказывается чисто количественным и не очень существенным. Скорость распространения примеси в процессе диффузии можно оценить, дифференцируя (4-152) или (4-156) по й В обоих случаях получается примерно одинаковый результат: (4-157) Как видим, скорость распространения примеси убывает с течением времени, т. е. диффузия примеси идет наиболее интенсивно в начальном интервале.
При заданной (желательной) глубине диффузии соответствующее время процесса оценивается из формул (4-152) и (4-156): (4-158) «аиф з Практически величина Л обеспечивается путем предварительной диф. фузии («вагонки») примеси на небольшую глубину из н е о г р а н и ч е н н о г о внешнего источника, после чего исючник отключаегся и следует автономная «разгонка» накопленных атомов. Позтоиу величину И можно оценить с помошью распределения (4-149). Она оказывается равной (з/)' н) «««г' «)Г««где 1«вЂ” время «за«анки».
Например, если 1.н — — 2 мкм и В = 1О" см'/с, то 1«„в — — 1000 с. Такое время считается приемлемым '. Основные технологические циклы. Технология полупроводниковых приборов быстро прогрессируег. Еще 15 — 17 лет назад господствовала сплавная технология. Затем появились диффувионносялавная и близкая к ней мезатехнологня. В конце 50-х годов была „редложена планарная технология, которая в сочетании с впитаксиалвной технологией, разработанной около 15 лет назад, стала и остается основой производства кремниевых приборов и интегральных схем. Таким образом, в настоящее время имеется несколько различных технологических циклов, сочетающих те или иные процессы н методы. Следует подчеркнуть, что современные диоды и транзисторы весьма редко изготовляются в индивидуальном порядке, как это было в эпоху сплавной технологии.
Основой современного производства полупроводниковых приборов является групповой метод изготовления, при котором на пластине в едином технологическом цикле создается сразу большое количество (200 †3 и более) однотипных структур, а затем уже пластина разрезается на отдельные крисгаллы н осуществляются <посадка на ножку», присоединение выводов и заключение каждого кристалла в корпус. Групповой метод дает не только экономические преимушества, но обеспечивает и улучшение технических параметров приборов, поскольку удается существенно уменьшить разброс параметров, размеры структур и т, д.
Одним из важных следствий внедрения группового метода явилось развитие техники масок '. Назначение маски — защитить основнуюповерхность пластины и обеспечнтьпроникновение примеси,травителя и других веществ тольковопределенные участки пластины, где расположены будущие структуры или их элементы.
Для этого в маске делаются отверстия («окна») той или иной формы в количестве, соответствующем намеченному числу структур. В случае кРемния роль маски с успехом играет слой его двуокиси, специально вырагциваемый на поверхности (термическое окисление в атмосфере кислорода или паров вод«я). Окна в слое ЯО» осуществляются методом фотолитографии (см. ниже). Окнсный слой германия получить трудно, к тому же он оказывается весьма нестойким и непрочным. Поэтому в случае германия приходится специально наносить на поверхность защитный слой другого вещества (обычно того же 510») Одиночные маски используются редко Чаше приходится а «, у р * г в Обычно выбирают такую температуру днффузвн, которая обеспечивает рм«я процесса не менее 10 — 20 мнн.
В атом случае можно получить заданную ~"~~щнву днффуанонного слоя с высокой точностью, поскольку прекращение нарым с погрещностью, составляющей несколько, даже десятки секунд, оказывав«пя малосущественным. завнснмостн от назначення н способа нзгоговлення маска называют »В глеагчтгкмгполи, и<«блевали, фотоикблолали. Сплавная технология. Рассмотрим сплавной метод на примере герчаниевого диода, у которого эмиттером является слой р-типа (рис.
4-50). В этом случае за основу берется пластинка германия л-типа. На нее наилалывают таблетку из аицепторного материала, обычно индия. После этого пластиниу с таблеткой помещают в вакуумную или водородную печь и нагревают до такой температуры, при которой таблетка и прилегающий и ней слой пластинки расплавляются и образуют сплав определенного состава. Для комбинации германий — индий темгература йй Перелаз (змигпшяр) л л-ве Гб ) бп Иъ уцбвягпкц 1п l Пластинка йа цу Рис.
4-60. Этапы изготовления сплавного диода. а — исисциые иаыиеиеиты: б — процесс силееиепия; в — ревуаьтируващес структура аиаии. нагрева составляю 450 — 650'С. '-!срез яе холмса минут вьщерисни нагрев пых.т~ачюот, и сплав начинает застывать. Прн этом на дне капли образуется тониий Геиристаллизованиый слой германия р-типа, а остальная часть застывшей иащ н состоит иэ почти чистого индия, который образует с р-слоем омичесиий контакт. К этому иоцтзиту припаивают внешний вывод, обычно в виде никелевой провалочяи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
