Расчет параметров структуры интегрального n-p-n транзистора и определение технологических режимов его изготовления (стр. 2 из 3)
Положим, что N0 = 103NП = 103NЭС = 5*1019 см-3. Из выражения (5.2) определяем D2t2:
.Задаем температуру второй стадии диффузии: Т2=1220 0С. Определим D2. Пользуясь рис. 9.5, а [1] находим, что для Т2 = 1220 0С коэффициент диффузии бора D2(1220) = 3,5*10-12 см2/c.
Рассчитываем значение t2:
Определяем параметры первой стадии разделительной диффузии. Распределение примеси после второй стадии диффузии описывает выражение:
, (5.4)где Q – количество примеси, введенное в полупроводник на первой стадии диффузии. Оно определяется через параметры первой стадии диффузии выражением:
, (5.5)где N01 – величина предельной растворимости. Определяется по графику (рис.9.5, а) [1].
Подставим выражение (5.5) в (5.4), и выразим N0:
, (5.6)где N0, согласно (5.3), принимаем равным N0 = 103NЭС = 5*1019 см-3.
Из (5.6) выражаем D1t1:
. (5.7)Зададим температуру первой стадии диффузии: Т1=1150 0С. По графику зависимости рис. 9.5, а [1] находим: D1(1150 0C) = 7*10-13 см2/c.
С помощью рис. 5.2 [1] находим предельную растворимость бора в кремнии N01(T1) = N01(1150 0C) = 5,4*1020 см-3.
Определяем t1 из выражения (5.7):
В результате получаем следующее распределение примеси в разделительных дорожках:
.6. Определение режимов базовой диффузии
Формирование базовой области проведем методом имплантации ионов бора В с последующей термической диффузией имплантированных ионов.
Выбираем дозу имплантированных ионов бора Ф = 10 мкКл/см2 и энергию имплантированных ионов ЕИ = 20 кэВ. Профиль распределения примеси после термической диффузии имплантированных ионов описывается следующим выражением:
, (6.1)глубина залегания p-n-перехода коллектор-база:
, (6.2)где
[см-3]; NП = NЭС [см-3]. Согласно соотношению (5.3) положим, что N0Б = 5*1019 см-3.Температуру базовой диффузии выбираем равной 1150 0С. При этом D(1150 0C) = 7*10-13 см2/c.
Определяем время базовой диффузии из выражения (6.2):
Определяем параметры ионной имплантации:
см-2,С помощью формулы (1.2) найдем дозу облучения
мкКл/см2.Профиль распределения примеси в базовом слое описывается следующим выражением:
.7. Определение режимов эмиттерной диффузии
Эмиттерные области формируются путем диффузии фосфора P. Глубина перехода эмиттер–база определяется на основании следующих значений:
1) выбранного нами значения глубины залегания xjКБ = 3 мкм,
2) заданного в задании значения ширины активной базы Wa = 0,7 мкм.
Глубина залегания p-n-перехода эмиттер–база определяется выражением:
, (7.1)где xjЭБ = xjКБ - Wa = 2,3 мкм.
Определяем параметры второй стадии эмиттерной диффузии. Согласно соотношению (5.3) положим, что N0Э = 5*1019 см-3. Зададим температуру второй стадии диффузии Т2 = 1100 0С. Определяем D2(T2) = 1,7*10-13 см2/с.
С помощью выражения (7.1) определяем длительность второй стадии t2:
Определяем параметры первой стадии диффузии.
Находим
Принимаем N0Э = 103NП = 8,59*1020 см-3.
Известно, что
. (7.2)Из (7.2) выразим:
Также известно, что
. Отсюда находим
. (7.3)Задаем температуру первой стадии диффузии Т1 = 1100 0С. При заданной температуре по графикам зависимостей рис. 9.5. и рис. 5.2. [1] определяем
значения коэффициента диффузии и предельной растворимости для фосфора P. Соответственно D1 = 1,7*10-13 см2/с и N01 = 2*1021 см-3.
Из выражения (7.3) найдем длительность первой стадии диффузии t1:
Выражение описывающее профиль распределения фосфора Р в эмиттере имеет следующий вид:
8. Проверка величины размывания скрытого слоя в процессе последующих диффузий
Фактическая глубина диффузии примеси из скрытого слоя в эпитаксиальный слой определяется следующим выражением:
(8.1)где
- сумма произведений всех значений коэффициента диффузии сурьмы при температурах: эпитаксии, разделительной, базовой и эмиттерной диффузии (см. табл. 8.1), и времени; N0 – поверхностная концентрация в скрытом слое; NП – концентрация примеси в ЭС; i – индекс, соответствующий процессу термической обработки структур, начиная с эпитаксиального наращивания.Концентрация N0 определяется по следующей формуле:
, (8.2)где Q - количество ионов сурьмы Sb+ имплантированных в подложку; Dcctcc - произведение коэффициента диффузии сурьмы и времени, соответствующее формированию СС.
Табл. 8.1
Зависимость коэффициента диффузии сурьмы в кремнии от температуры
| Т, 0C | 1100 | 1150 | 1220 |
| D, см2/c | 3,8*10-14 | 9,8*10-14 | 4,5*10-13 |
Рассчитаем величину расплывания скрытого слоя. Для рассчитанных нами технологических режимов величина
С помощью выражения (8.2) найдем поверхностную концентрацию в СС:
.По формуле (8.1) найдем
Так как полученное нами значение cc < 3 мкм, значит оставляем толщину эпитаксиального слоя без изменений.
9. Последовательность процессов при производстве ИМС
1) Составление партии пластин. Количество пластин в партии 15 – 20 штук. Используются пластины марки ЭКДБ–10 диаметром 100 мм.
Исходный вид структуры
Рис. 9.1.
2) Химическая обработка пластин.
3) Термическое окисление Si.
Пластина после термического окисления
Рис. 9.2.
4) Фотолитография по окислу кремния.
Вид структуры после фотолитографии
Рис. 9.3.
5) Имплантация ионов сурьмы. Она выполняется по режимам: Ф = 500 мкКл/см2; Е = 50 кэВ.
Имплантация ионов Sb+
Рис. 9.4.
6) Термическая диффузия имплантированных ионов сурьмы Sb+. Проводится при температуре Т = 1220 0С и времени t = 12 ч.
Структура после термической диффузии
Рис. 9.5.
7) Травление окисла и химическая обработка пластины.
Травления окисла
Рис. 9.6.
8) Наращивание эпитаксиального слоя.
ТЭ = 1150 0С, tЭ = 30,312 мин. Толщина ЭС hЭС
6мкм. Удельное сопротивление ЭС = 0,4 Ом*см.Структура после эпитаксиального наращивания
Рис. 9.7.
9) Химическая обработка.
10) Термическое окисление.
11) Фотолитография по окислу Si под разделительные дорожки.
Фотолитография под РД
