|
| |||||
|
№ образца |
Температура,°С |
Время диффузии, мин |
Li, мкм |
xji, мкм |
Среднее значение xj, мкм |
|
1 |
950 |
20 |
190 |
0,340 |
0,35 |
|
195 |
0,359 |
||||
|
200 |
0,377 |
||||
|
190 |
0,340 |
||||
|
195 |
0,359 |
||||
|
2 |
40 |
240 |
0,543 |
0,55 |
|
|
240 |
0,543 |
||||
|
240 |
0,543 |
||||
|
245 |
0,566 |
||||
|
245 |
0,566 |
||||
|
3 |
60 |
270 |
0,688 |
0,69 |
|
|
265 |
0,663 |
||||
|
270 |
0,688 |
||||
|
275 |
0,713 |
||||
|
270 |
0,688 |
||||
|
4 |
80 |
295 |
0,820 |
0,83 |
|
|
295 |
0,820 |
||||
|
295 |
0,820 |
||||
|
300 |
0,849 |
||||
|
295 |
0,820 |
По результатам, приведенным в таблице 3.2, можно построить график зависимости xj от времени диффузии.
Рис. 3.2. Зависимость глубины залегания p – n перехода от времени проведения диффузии (Т=950°С).
3.3. Исследование твердого планарного источника на основе нитрида бора
Диффузия с использованием твердого планарного источника носит также название диффузии из параллельного источника, так как полупроводниковые пластины кремния и твердый источник размещаются параллельно друг другу.
Для исследований был взят кремний n-типа (111) с удельным сопротивлением ρ = 2 Ом∙см.
Особенностью твердого планарного источника на основе BN является то, что перед проведением процесса диффузии его необходимо окислить, чтобы на поверхности образовался тонкий слой B2O3. Во время проведения процесса диффузии пары B2O3 переходят в газовую фазу, реагируют с кремнием с образованием слоя боросиликатного стекла, из которого уже и идет диффузия бора в кремний.
Окисление твердого планарного источника на основе нитрида бора проводилось в диффузионной печи в атмосфере воздуха при температуре 950°С в течение 40 – 60 мин.
Расстояние между пластинами кремния и твердым источником нитрида бора выбиралось равным 1 –1,5 мм.
Диффузия проводилась в диффузионной печи в атмосфере воздуха, где пластины с источником выдерживались заданное время. Для исследований было взято двенадцать образцов, чтобы выявить зависимость глубины залегания p – n перехода не только от времени проведения, а также и от температуры проведения процесса.
Результаты по испытанию твердого планарного источника на основе нитрида бора приведены в таблице 3.3.
Таблица 3.3.
Зависимость глубины залегания p – n перехода от времени проведения диффузии для ТПИ на основе нитрида бора
№ образца
Температура,°С
Время диффузии, мин
Li, мкм
xji, мкм
Среднее значение xj, мкм
1
920
20
145
0,198
0,2
145
0,198
150
0,212
145
0,198
150
0,212
2
40
180
0,396
0,32
185
0,323
190
0,345
180
0,306
180
0,306
Продолжение таблицы 3.3.
№ образца
Температура,°С
Время диффузии, мин
Li, мкм
xji, мкм
Среднее значение xj, мкм
3
920
60
240
0,543
0,54
240
0,543
235
0,520
240
0,543
240
0,543
4
80
275
0,713
0,7
275
0,713
275
0,713
270
0,687
275
0,713
5
950
20
205
0,396
0,40
210
0,416
210
0,416
205
0,396
205
0,396
6
40
260
0,638
0,63
260
0,638
255
0,613
255
0,613
260
0,638
7
60
300
0,849
0,85
300
0,849
300
0,849
295
0,821
305
0,878
Продолжение таблицы 3.3.
№ образца
Температура,°С
Время диффузии, мин
Li, мкм
xji, мкм
Среднее значение xj, мкм
8
950
80
335
1,058
1,06
335
1,058
335
1,058
340
1,09
335
1,058
9
980
20
260
0,638
0,62
250
0,590
260
0,638
255
0,613
255
0,613
10
40
305
0,878
0,90
310
0,907
310
0,907
315
0,936
310
0,907
11
60
350
1,156
1,16
355
1,189
350
1,156
350
1,156
350
1,156
12
80
390
1,435
1,45
390
1,435
395
1,472
395
1,472
390
1,435
Результаты, приведенные в таблице 3.3 можно представить на графике (рис. 3.3).
|
|
|
|
Следует заметить, что дифузию с использованием твердого планарного источника на основе нитрида бора необходимо проводить в окислительной среде, для чего необходима газовая система. Это объясняется тем, что в процессе испытаний данного источника (при диффузии в атмосфере воздуха) после диффузии на поверхности полупроводниковых пластин кремния можно было наблюдать темные пленки, которые не удаляются химической обработкой. Эти пленки аналогичны приведенным в пункте 3.1 для диффузии с использованием поверхностного источника на основе спиртового раствора борной кислоты.
3.4. Разработка и испытание источника на основе легированного окисла
Для устранения недостатков диффузии с применением простых неорганических соединений их смешивают с SiO2, используя метод совместного осаждения из тетраэтоксисилана (ТЭС) – Si(OC2H5)4.
Здесь будет рассмотрен метод диффузии из легированного окисла при использовании в качестве исходного легирующего соединения ортофосфорной кислоты.
Исследование этого метода диффузии показало, что исключительно важное значение имеет технология приготовления пленкообразующего раствора. В исходный раствор на основе смеси этилового спирта, ортофосфорной кислоты, воды и нескольких капель сильно разбавленной соляной кислоты добавляется ТЭС. Количества взятых C2H5OH, H3PO4, H2O и Si(OC2H5)4 были взяты в соотношении соответственно 4 : 10 : 5 : 1.
Данный раствор обладает пленкообразующей способностью и применение его следует после некоторого времени, которое называется временем созревания раствора. В нашем случае раствор наносился на полупроводниковую пластину кремния после 1 – 2 минут отстаивания. Опыт показал, что после приготовления раствора в нем происходят изменения, которые приводят к существенному увеличению вязкости раствора.
В качестве исходной пластины кремния была взята пластина p-типа (100) с удельным сопротивлением 10 Ом∙см. Раствор наносился на пластину методом центрифугирования при скорости вращения центрифуги 2750 об/мин.
Далее проводился процесс термодеструкции, в результате которого на пластине кремния должен образоваться слой фосфоросиликатного стекла. Для этого пластины кремния помещались в диффузионную печь при температуре 600 – 700°С и выдерживались в ней 1 – 2 мин.
Затем проводился диффузионный отжиг в атмосфере воздуха при температуре 950°С в течение 30 минут. После извлечения пластины кремния из печи ее необходимо обработать в водном растворе плавиковой кислоты. В результате химической обработки удаляется пленка фосфоросиликатного стекла, из которой шла диффузия фосфора в кремний.
Контроль параметров осуществлялся путем измерения глубины залегания p – n перехода методом сферического шлифа. В таблице 3.4 приведены результаты измерений.
Таблица 3.4.
Значение глубины залегания p – n перехода при диффузии из легированного окисла (Т = 950°С, t = 30 мин)
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
При использовании материалов активная ссылка на источник обязательна.