Контроль толщины диффузионного слоя

На практике существенно проще измерить х и у, где x=a—b

y=a+b ,a xy =a2-b2 При всем этом d0=(1/2R)xy=xy/D Считается, что этот метод позволяет поточнее найти край и получить наилучшее окрашивание, а как следует, более точно измерить глубину перехода.

К характеристикам диффузионного слоя Контроль толщины диффузионного слоя относят глубину залегания p-n - перехода xJ , поверхностное сопротивление слоя RS (поверхностную концентрацию примеси NS) и зависимость концентрации примеси от глубины N(х).

Обычно xJ определяют при помощи сферического шлифа. Для этого вращающимся железным шаром поперечником 20 - 150 мм, на поверхность которого нанесена алмазная паста, вышлифовывают лунку на поверхности пластинки. Образовавшаяся лунка Контроль толщины диффузионного слоя должна быть поглубже уровня залегания p-n - перехода (рис.3.8).

Для точного выявления p-n - перехода (границ областей) используют хим окрашивание. К примеру, при обработке шлифа в растворе, состоящем из НБ (20 вес.ч.) и СuSО4 (100 вес.ч.), покрывается медью n-область. При обработке в плавиковой кислоте с добавкой 0,1%-ной HNOз Контроль толщины диффузионного слоя темнеют p- области.

После окрашивания в поле инструментального микроскопа должны быть верно видны две концентрические окружности. Измерив при помощи микроскопа длину хорды наружной окружности, касательную к внутренней окружности, можно высчитать глубину залегания p-n - перехода:

xJ = l2 / 4d Ø ,

где l - длина хорды; d Ø - поперечник железного шара.

Погрешность определения Контроль толщины диффузионного слоя xJ в данном случае составляет около 2 %. Рис.3.8Принцип измерения глубины залегания p-n перехода

Контроль концентрации легирующей примеси в диффузионном слое.

Для определения удельной электронной проводимости тонких диффузионных слоев измеряется xJ и поверхностное сопротивление слоя RS четырехзондовым способом. Для измерения RS на поверхности кремния по прямой полосы располагают Контроль толщины диффузионного слоя четыре зонда на равных расстояниях друг от друга (обычно 1 нм). Через наружные зонды пропускают ток I, внутренние зонды служат для измерения падения напряжения U компенсационным способом. Схема измерения представлена на рис.3.9.

Рис. 3.9 Схема измерения поверхностного сопротивления диффузионного


cлоя

Удельное сопротивление слоя, либо поверхностное сопротивление (Ом/кв) определяется по формуле

где k - геометрический коэффициент Контроль толщины диффузионного слоя.

В случае образцов, поперечник которых много больше расстояния меж зондами S, коэффициент k ≈π/ln2 ≈ 4,54.


Удельное объемное сопротивление (Ом*см) слоя связано с RS:

При помощи четырехзондового способа можно выстроить график за­висимости рассредотачивания концентрации примеси по глубине слоя. С этой целью измерения RS перемешивают со снятием тонких поверхностных Контроль толщины диффузионного слоя слоев кремния (анодное окисление кремния с следующим стравливанием SiO2).

Меж средней проводимостью слоя и поверхностной концентрацией примеси в слое существует связь, для определения которой следует знать закон рассредотачивания примеси и начальную концентрацию ее в подложке Nn. Для 2-ух функций рассредотачивания (exp и еrfc) этот расчет приводится в специальной литературе.

Ионное Контроль толщины диффузионного слоя лигирование

Эффект каналирования

В этом случае, когда кристалл нацелен точно по направлению с низкими кристаллографическими индексами, для передвигающегося иона ряды атомов кристалла образуют вроде бы канал (рис.3.15,а), а линия движения иона совпадает с осью канала (рис,3.15,б).

Движение частиц строго по центру канала маловероятно, но полностью может существовать линия движения, осциллирующая около Контроль толщины диффузионного слоя оси канала, из-за поочередных легких соударений иона с рядами атомов, образующих стены канала.

Рис. 3.15 Эффект каналирования: а- размещение атомов в кремнии в плоскости, перпендикулярной направлению [110]; б - движение внедрённого иона повдоль канала 1, образованного атомами мишени 2.

Наибольший угол р, при котором исчезает направляющее действие ряда атомов, именуется критичным углом Контроль толщины диффузионного слоя каналирования pK .

Значения критичного угла зависимо от энергии неких бомбардирующих ионов, представляющих практический энтузиазм, приведены в табл.3.5 для 3-х главных ориентации кремниевой мишени.

Таблица 3.5

Если падающий пучок нацелен повдоль кристаллографической оси в границах угла каналирования, то значимая часть падающих ионов будет ориентирована по каналам; в неприятном случае кристаллическая мишень окажется Контроль толщины диффузионного слоя по существу неотличимой от бесформенной.

Часть ионов может в итоге столкновений выйти из канала - такие ионы принято именовать деканалированными.

Каптированные ионы образуют время от времени очевидно выраженный пик. Отменно теория ЛШШ представляет окончательное рассредотачивание ионов в виде суперпозиции 2-ух гауссовых рассредотачиваний, владеющих 2-мя максимумами (рис.3.16).

Рис. 3.16 Рассредотачивание Контроль толщины диффузионного слоя примеси при каналировании: I - основное рассредотачивание, II - деканалированные ионы, III - каналированные ионы

(3,16)

.

2. Атомное и электрическое торможение имплантированных ионов.Боковое рассеяние.

Для расчета зависимости пробега от энергии частички в случае ионного внедрения рассматриваются два главных вида утрат энергии: в итоге взаимодействия с электронами твердого тела (как связанными, так и свободными) и при Контроль толщины диффузионного слоя столкновении с ядрами мишени.


Считается, что эти два вида утрат энергии не зависят друг от друга. Такое допущение позволяет выразить среднюю величину удельных утрат энергии для одной бомбардирующей частички в виде суммы:

где Е - энергия частички в точке х, расположенной на ее пути; SN (E)- ядерная тормозная способность; SE Контроль толщины диффузионного слоя (E) - электрическая тормозная способность; N - среднее число атомов в единице объема мишени.

Ядерная тормозная способность SN (E)- это энергия, теряемая дви­жущимся ионом с энергией Е на интервале пути Дх при столкновении с ядрами мишени, плотность которой равна единице.

Электрическая тормозная SE (E)- это энергия, теряемая передвигающимся ионом Контроль толщины диффузионного слоя с энергией Е при столкновении с электронами.

При узнаваемых SN(E) и SE(E) интегрирование (3.20) дает общее рас­стояние R, пройденное передвигающимся ионом с исходной энергией Е0 до его остановки,


Было показано, что в первом приближении ядерная тормозная спо­собность SN (E) может не зависеть от энергии передвигающегося иона Контроль толщины диффузионного слоя и равна

где

Z1/3 = (Z2/3 + Z22/3)1/2

Тут Z1 и Z2 - атомные номера передвигающейся частички и атома мишени соответственно, а M1 и M2 - их массы.

В предположении, что все электроны твердого тела образуют свободный электрический газ, электрическая тормозная способность пропорциональна скорости V передвигающегося иона, если только V меньше скорости электрона, соответственной энергии Ферми Контроль толщины диффузионного слоя EF свободного электрического газа. Тогда

SE(E) = kE1/2. (3.22)

Коэффициент пропорциональности k определяется природой как передвигающегося иона, так и материала подложки, Но в приближенных расчетах для бесформенной подложки следует считать, что величина к практически не находится в зависимости от параметров передвигающейся частички. Для бесформенного кремния она составляет

k ≅ 0,2 -10-15уА1,2 • ni 2

Если величины SE Контроль толщины диффузионного слоя и SN определяются выражениями (3.21) и (3.22), то SE с повышением Е увеличивается, а EN , изменяется не много. Тогда существует некая критичная энергия EK при которой S0N и SE будут равны:

Величина EK для бомбардирующих ионов бора (Z1= 5, M1= 10) состав­ляет около 10 кэВ, в случае ионов фосфора (Z1= 15, M Контроль толщины диффузионного слоя1 = 30) она равна примерно 200 кэВ.


Если исходная энергия бомбардирующего атома существенно меньше ЕЬ то преобладающим механизмом утрат энергии будет ядерное торможение. В данном случае соотношение (3.20) можно поменять на последующее:


Оценка соответственного пробега для кремниевой мишени (N = 5 -1022ni -3) дает

где Е0 - исходная энергия, выраженная в электрон-вольтах. Если взять более четкие значения S Контроль толщины диффузионного слоя0N , то для Е0«EK пробег будет все еще примерно пропорционален энергии, но коэффициент пропорциональности станет еще более сложным.

Значения R для легких ионов (бор, углерод и азот) в кремниевой мишени, отысканные при помощи (3.23), приблизительно вдвое выше экспериментальных; но для более томных бомбардирующих ионов это соотношение Контроль толщины диффузионного слоя позволяет найти значения R. в границах 10 % (германий, мышьяк).

Если исходная энергия передвигающегося иона еще больше EK , то электрическое торможение преобладает над ядерным и соответственный пробег для кремниевой мишени равен


Радиационные нарушения мишени создаются в большей степени в той области энергии бомбардирующих ионов, где SN«SE. При внедрении ионов малых энергий Контроль толщины диффузионного слоя радиационные недостатки образуются повдоль всей линии движения частички, а в случае бомбардировки ионами высочайшей энергии - исключительно в конце пробега. При ориентации кристалла в случайном направлении иону тяжело избегать близких ядерных столкновений. Соответственно передвигающийся атом, влетая в решетку, теряет в итоге огромного числа ядерных столкновений значительную часть собственной энергии (выбивая атомы Контроль толщины диффузионного слоя из узлов решетки), так что кристалл стает в виде практически бесформенной мишени. В данном случае для оценки рассредотачиваний пробегов можно использовать изложенную теорию.

3. Структурная схема и механизм работы установки ионного легирования

Развитие способов ионного легирования и внедрение его в промышленное создание зависят от наличия специального технологического оборудования. Имеющиеся типы Контроль толщины диффузионного слоя ионных ускорителей созданы для работы в спектре энергий от 10 кэВ до нескольких мегаэлектрон-вольт, но в большинстве случаев энергия ионов лежит в интервале от 20 до 500 кэВ, а ионный ток - от нескольких микроампер до 10-ов миллиампер. Причина ограничения энергии ионов несколькими сотками килоэлектронвольт состоит в том, что цена аппаратуры повсевременно Контроль толщины диффузионного слоя увеличивается, а способы генерации и анализа ионов усложняются.

Установки ионного легирования содержат последующие главные части: ионный источник, анализатор ионов по массам, сканирующее устройство и коллектор ионов. На рис.3.20 приведена схема установки для ионного легирования.

Рис.3.20. Схема установки для ионного легирования: 1 - источник ионов; 2 - вытягивающий электрод; 3 - фокусирующие линзы; 4 - ускоритель; 5 - устройство корректировки пучка Контроль толщины диффузионного слоя ионов; 6 - диафрагмы; 7 - электрический масс- сепаратор; 8 - система отличия (сканирования) пучка; 9- заслонки; 10 - коллектор; 11 - облучаемые мишени.

Для каждого типа примесей употребляется от­дельный ионный источник, а конструкция установки предугадывает его свободную подмену. В ионном источнике ионизируются газообразные, водянистые либо твердые начальные вещества и ускоряются в электронном поле. Ускоренный ионный пучок для удаления многозарядных ионов Контроль толщины диффузионного слоя и загрязняющих его ионов примесей поступает в систему, чувствительную к массе ионов (анализатор по массам).

Для равномерного облучения поверхности эталона используют два разных способа. 1-ый состоит в последующем: поперечник ионного пучка, облучающего поверхность эталона, больше поперечника самого эталона, при этом рассредотачивание плотности ионного тока по эталону равномерное. Потому Контроль толщины диффузионного слоя заместо фокусирующей линзы употребляют дефокусирующую. Во 2-м способе поперечник пучка делают малым, а потом сканируют его по поверхности эталона. Для этого после анализатора ионов по массам употребляют систему фокусирующих линз. Система сканирования нужна не только лишь для равномерной обработки пластинки, да и для направления пучка в подходящую Контроль толщины диффузионного слоя ее часть. Потому что при легировании появляется необходимость свободно изменять температуру и угол легирования, пластинка устанавливается в камере для образцов, где можно проводить все эти регулировки. Дозу легирования определяют при помощи интегратора тока.


kontrolnaya-rabota-2-1-semestr.html
kontrolnaya-rabota-2-otchet-k-laboratornim-rabotam-i-kontrolnoj-rabote-2-dolzhen-soderzhat-tekst-zadachi.html
kontrolnaya-rabota-2-razdel-iii-tema-33-34.html