Контроль параметров диффузионных слоев

К параметрам диффузионного слоя относят глубину залегания
p - n-перехода x_j, поверхностное сопротивление слоя R_s (поверхностную концентрацию примеси N_s) и зависимость концентрации примеси от глубины N(x).

Обычно x_j измеряют с помощью сферического шлифа. Для этого вращающимся металлическим шаром диаметром 20 - 150 мм, на поверхность которого нанесена алмазная паста, вышлифовывают лунку на поверхности пластины. Образовавшаяся лунка должна быть глубже уровня залегания p - n-перехода (рис.3.8).

Для четкого выявления p - n-перехода (границ областей) применяют химическое окрашивание. Например, при обработке шлифа в растворе, состоящем из HF (20 вес.ч.) и CuSO₄ (100 вес.ч.), покрывается медью n-область. При обработке в плавиковой кислоте с добавкой
0,1%-ной HNO₃ темнеют p-области.

После окрашивания в поле инструментального микроскопа должны быть четко видны две концентрические окружности. Измерив с помощью микроскопа длину хорды внешней окружности, касательную к внутренней окружности, можно рассчитать глубину залегания p - n-
перехода:

где l - длина хорды; d_ш - диаметр металлического шара.

Погрешность определения x_j в этом случае составляет около 2 %.

Для определения удельной электрической проводимости тонких диффузионных слоев измеряется x_j и поверхностное сопротивление слоя R_s четырехзондовым методом. Для измерения R_s на поверхности кремния по прямой линии располагают четыре зонда на равных расстояниях друг от друга (обычно 1 нм). Через внешние зонды пропускают ток I, внутренние зонды служат для измерения падения напряжения U компенсационным
методом.

Удельное сопротивление слоя, или поверхностное сопротивление (Ом/V) определяется по формуле

где k - геометрический коэффициент.

В случае образцов, диаметр которых много больше расстояния между зондами S, коэффициент

Удельное объемное сопротив-ление (Ом×см) слоя связано с R_s:

где s - удельная проводимость слоя.

С помощью четырехзондового метода можно построить график зависимости распределения концентрации примеси по глубине слоя.
С этой целью измерения R_s чередуют со снятием тонких поверхностных слоев кремния (анодное окисление кремния с последующим стравливанием SiO₂).

Между средней проводимостью слоя и поверхностной концентрацией примеси в слое существует связь, для определения которой необходимо знать закон распределения примеси и исходную концентрацию ее в подложке N_n. Для двух функций распределения (exp и erfc) этот расчет приводится в специальной литературе.

 

 

Литература к лекциям 6-7.

1.М.А. Королев, Т.Ю. Крупкина, М.А. Ревелева. Технология, конструкции и методы моделирования кремниевых интегральных микросхем. Часть 1. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний. 2007. 397с.

Дополнительная литература

Черняев В.Н. Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров.М.: Радио и связь, 1987.

2. Броудай И., Мерей Д. Физические основы микротехнологии. - М.: Мир, 1985.

4. Ефимов И.Е., Козырь И.Я., Горбунов Ю.И. Микроэлектроника. Физические и технологические основы, надежность: Учеб. пособие для прибостроит. спец. вузов / М.; Высш. шк., 1986 г.

5. Коледов Л.А. Технология и конструкции микросхем, микропрорцессоров и микросборок: Учебник для вузов / М.: Радио и связь, 1989 г