Реферат: Диффузия при производстве ИМС
Эрозионные ямки образуются при проведении диффузии в атмосфере сухого азота за счет возникновения нарушений поверхности, связанных с испаренеием некоторых химических соединений, которые синтезируются на ней при некоторых условиях. Для предотвращения эрозии в парогазовую смесь добавляют кислород.
Скопление диффузанта в отдельных участках поверхности может привести к появлению сильно легированных "трубок ", имеющих аномально высокую проводимость. «Трубки» образуются также из-за ускоренной диффузии в областях структурных дефектов кремния, например, по дислокациям.
При длительном нагреве с высокими температурами возникают термические ямки травления из-за роста одних кристаллографических поверхностей за счет других.
Образование второй фазы происходит из-за выпадения скоплений атомов металлов, таких, как медь, золото, железо или их твердых растворов в полупроводниковом материале и на дефектах типа дислокаций.
Скопление дислокаций в приповерхностном слое может вызвать и неравномерность диффузионного фронта по глубине : в местах нарушений кристаллической решетки уменьшается энергия активации и возрастает коэффициент диффузии примесей, вследствие чего глубина диффузии оказывается больше, чем в ненарушенных областях:
D = D0 exp (-Ea / kT).
Линии скольжения при диффузии образуются по тем же причинам, что и при окислении, и для уменьшения их генерации необходимо использовать "мягкие" режимы нагрева и охлаждения пластин.
К микродефектам относят дислокации и дефекты упа ковки .
Основной причиной возникновения дислокаций является внедрение в решетку полупроводникового материала примесей, размеры атомов которых отличаются от размеров атомов решетки (см. табл.).
Это приводит к появлению механических напряжений растяжения или сжатия (см. рис.).
Если уровень напряжений превышает предел текучести материала, то при высоких температурах произойдет релаксация (сброс) напряжений, сопровождающаяся пластической деформацией (искажением кристаллической решетки) и образованием краевых и винтовых дислокаций (см. рис.).
Дефекты упаковки образуются из-за нарушения чередования плоскостей кристаллической решетки при высокотемпературном нагреве и взаимодействии полупроводникового материала с кислородом. Дислокации и дефекты упаковки могут привести к ухудшению параметров ИМС.
Микродефекты и линии скольжения выявляют селективным травлением в соответствующих травителях в зависимости от кристаллографической ориентации поверхности пластин (см..табл.).
После травления и химической обработки пластины просматривают под микроскопом при увеличении 200х и подсчитывают число микродефектов в нескольких полях зрения. В поле зрения микроскопа дислокации и дефекты упаковки имеют вид, показанный на рисунке ниже.
Затем рассчитывают среднюю плотность дислокаций и дефектов упаковки:
NД = (SNi ) / nS ; i= от 1 до n
где Nд — плотность дислокаций или дефектов упаковки соответственно на 1 см2 ; Ni — число дефектов в поле зрения микроскопа; n — число просмотренных полей зрения; S — площадь поля зрения, см2 .
Заполнение линиями скольжения поверхности кремниевых пластин оценивают по значению коэффициента заполнения, равного отношению площади заполненной линиями скольжения, ко всей площади пластин.
Площадь, заполненную линиями скольжения, определяют под пучком осветителя с помощью шаблона-сетки по суммарному числу ячеек этой сетки, в которые попадают линии скольжения. Площадь одной ячейки 25 мм2 . Макродефекты анализируют под микроскопом без травления.
Поверхность после диффузии считается качественной, если плотность дислокаций и дефектов упаковки находится в пределах 101 -102 см-2 , коэффициент заполнения линиями скольжения не более 0,05; эрозии и термических ямок травления нет, неравномерность диффузионного фронта (по глубине) находится в пределах 5 - 10 % от средней толщины слоя.
Контроль диффузионных слоев проводят по следующим пара метрам:
· глубина залегания p-n-перехода,
· удельное поверхностное сопротивление,
· поверхностная концентрация примесии
· профиль распределения примеси.