Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Szilárdfázisú diffúzió A diffúzió megkerülhetetlen jelenség a félvezető technológiában Szándékos – adalékolási célból Akkor is van, ha nem akarjuk A diffúzió.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Szilárdfázisú diffúzió A diffúzió megkerülhetetlen jelenség a félvezető technológiában Szándékos – adalékolási célból Akkor is van, ha nem akarjuk A diffúzió."— Előadás másolata:

1 Szilárdfázisú diffúzió A diffúzió megkerülhetetlen jelenség a félvezető technológiában Szándékos – adalékolási célból Akkor is van, ha nem akarjuk A diffúzió hajtóereje a koncentráció gradiens: kiegyenlítődési folyamat, a nagyobb koncentrációjú hely felől a kisebb irányába Monolit technológiai alkalmazásában rendszerint két lépésben történik: elődiffúzió és behajtás

2 Diffúziós mechanizmus Az adalékanyag mozgása Si-ban két mechanizmussal történhet: rácsközi (intersticiális) és rácsponti (szubsztitúciós) módon InterstíciálisSzubsztitúciós Si Adalék atom vakancia Si adalék atom

3 Diffúziós mechanizmus Valamennyi adalékatom (P, As, Sb, B, stb.) szubsztitúciós mechanizmussal diffundál a Si-ban. Au és egyes fém atomok jellemzően interstíciális mechanizmussal diffundálnak (igen gyors diffúzió!) Szubsztitúciós diffúzió vakanciák megléte esetén mehet végbe Vannak olyan diffúziós mechanizmusok is, melyek folyamán szubsztitúciós adalékok mind a vakanciákat, mind az interstíciákat kihasználják

4 Diffúziós állandó A vakancia model szerint a diffúziós állandó: Ugyanígy megadható az interstíciális diff. állandó is, ekkor más konstansok kerülnek be. Az eredő diff. állandó ezekből tevődik össze.

5 A diffúziós állandó hőfüggése Feltételezzük, hogy a diffúziós állandó NEM függ az adalékkoncentrációtól és nem lépnek fel elektromos térerő által elősegített effektusok (az atomok nem lesznek ionok) A diffúzió hőmérsékletfüggése exponenciális, a diffúziós állandón keresztül jellemezhető

6 A diffúziós állandók Si-ban

7 A diffúzió matematikája A diffúzió olyan mechanizmus, melyben az atomok véletlenszerű (Brown) mozgással haladnak keresztül egy testen.Az 1800-as évek közepén Fick két differenciál egyenletet adott meg vékony membránon keresztüli anyagáramlás jellemzésére Fick I. egyenlete:

8 A diffúzió matematikája Fick II. törvénye: kimondja, hogy a membránon keresztül a koncentráció időbeli megváltozása arányos az ugyanitt fellépő koncentráció gradiens megváltozásának sebességével: A koncentráció hely szerinti függésének (N(x)) meghatározásához megadott határfeltételek mellett kell megoldani, de D nem helyfüggő feltételezéssel (a valóság bonyolultabb!)

9 Az állandó felületi forrás adalékprofilja Határfeltételek: N(0, t) = N 0 = állandó (szilárd oldékonyság szabja meg az adott hőfokon) N(∞,t) = 0 Kezdeti feltétel: N(x,0) = 0 Állandó felületi koncentráció biztosításának esete, anyagfelvitel a felületre

10 Állandó felületi koncentrációjú diffúzió A határfeltételek behelyettesítésével megkapjuk a profil- egyenletet, amely egy erfc függvény: Az erf és erfc függvény menete

11 Állandó felületi koncentrációjú diffúzió X, μm N0N0 lgN N o = constant x 1 x 2 x 3 t 1 t 2 t 3 t 2 > t 1 t 3 > t 2 Q a bevitt anyagmennyiség, vagyis a görbe alatti terület

12 1. Diffúzió: elődiffúzió ismertetése Állandó felületi koncentráció biztosítása: leggyakrabban kemencében, ºC közötti hőmérsékleten, állandó diffúziós forrásból választjuk le N 2 -ben (nincs védőréteg a felületen!) Időtartama perc A forrás lehet szilárd, folyadék vagy gáz halmazállapotú. x j ≤ 0.5 (többnyire tized μm) SiO 2 Adalékolt Si tartomány Si xjxj

13 Diffúziós források Szilárd: B 2 O 3 ; P 2 O 5 ; As 2 O 3 Folyadék:BBr 3 ; POCl 3 ; PCl 3 ; AsCl 3 Gáz:B 2 H 6 ; PH 3 ; AsH 3 Legjobban kezelhetők a technológia szempontjából a gáz halmazállapotú források, inert vivőgázba keverve (0,1-1%), de: mérgezőek vagy robbanásveszélyesek A gyakorlatban alkalmazott adalékanyagok: p: B (Ga, In, Al) n: P,(nagy szilárd oldékonyság, anomáliák) As (kis D), Sb

14 Szilárd oldékonyság

15 2. diffúzió: behajtás ismertetése Termikus úton a megkívánt x j mélységig hajtjuk a diffundáltatandó anyagot Q ≈ állandó, állandó anyagmennyiséget diffundáltatunk Általában kemencében ºC tartományban végzik Idő: - 30 perctől akár 10 óra Oxigén áramban végezhető, ekkor SiO 2 nő további maszkolás céljából xjxj SiO 2 Si SiO 2

16 Behajtás: az adalékatomokat a felület közeléből a megkívánt mélységbe juttatjuk. A behajtás profilja A megfelelő határfeltételek ekkor: ∂N/∂x| x = 0 = 0azaz nem vész el adalékatom az oxidba N(∞,t) = 0 Q= állandó Kiindulási feltétel: már van felvitt anyag a felület közelében

17 A behajtás rendszerint oxidációval együtt történik (további maszkolás céljából), ezért a ∂N/∂x| x = 0 feltétel NEM IGAZ, adalékanyag mindig átkerül az oxidba, részben a befelé növekedő oxid miatt, részben az adalékatomok szegregációja miatt. Továbbá: annak feltétele, hogy a határfeltétel szerint x=0 helyről számíthassuk a profilt az, hogy az ott lévő anyag valóban végtelenül kis mélységben legyen. A behajtás profilja A behajtás profilja:

18 Állandó anyagmennyiségű diffúzió X, μm lgN Q = állandó (görbe alatti terület) x 1 x 2 x 3 t 1 t 2 t 3 t 2 > t 1 t 3 > t 2 A kialakult profil tehát Gauss eloszlást mutat

19 Diffúziós eloszlások

20 Kétlépéses diffúzió Ennek feltétele:

21 Példa diffúzió alkalmazására a monolit technikában npn bipoláris tranzisztor n p n+n+ B E C X, μm lgN 1 2 x jBE 3 x jBC 4 5

22 Diffúziós kemence: nyitott csöves Ellenállásfűtésű kemence nedvesO 2 Kvarc cső Kvarc csónak Si szeletek körfűtés Kifagyasztó csapda Oxidációs-diffúziós kemence felépítése

23 Diffúziós kemence: nyitott csöves

24 A diffúziós rétegek minősítése A diffundáltatott terület két vége közötti ellenállás: W l t

25 A diffúziós réteg minősítése: négytűs mérés Kimutatható, hogy A szelet S S S I V A Négy tű

26 A diffúzió minősítési eljárásai ρ s négyzetes ellenállás mérése a négytűs méréssel x j mérése átmenet előhívással vagy terjedési ellenállás méréssel (SRT)- csiszolás szerepe átlagos fajlagos ellenállás vagy vezetőképesség számítása az előző kettőből N s felületi koncentráció meghatározása Irvin görbéi segítségével..

27 2D diffúzió, laterális diffúzió Kísérletileg megfigyelhető, hogy x 2 ≠ x 1 általában kisebb, mint x 1. Pontos számításokkal kimutatható, hogy mind az erfc, mind a Gauss eloszlás esetére: Si SiO 2 x1x1 x2x2


Letölteni ppt "Szilárdfázisú diffúzió A diffúzió megkerülhetetlen jelenség a félvezető technológiában Szándékos – adalékolási célból Akkor is van, ha nem akarjuk A diffúzió."

Hasonló előadás


Google Hirdetések