在氧化气氛下硅中的磷扩散.pdf

在 氧 化 气 氛 下 硅 中 的 磷 扩 散、 等要时 于 在 硅 平 面 技 术 中 通 常 采 用 的 掺 杂 浓 度 , 磷 在 硅 中 的 扩 敬 是 既在 不 活 波 气 氛 氮 气 又 在 载 化 气 氛 肠 氮 气 加 肠 氧 、 干 衷 、 水落 汽 中 , 在 很 宽 的 温 度 范 围 内 , 分 两 步 完 成 的 实 脸 数 据 是 根 据 和 理 论 模 型 来 解 释 的 , 这 个 模 型 考 虑 了 在移 动 着 的 二 氧 化 硅 — 硅 界 面 处 的 再 分 步 现 象 , 说 明 磷 的 扩 散 系 数 受完 成 扩 散 的 环 境 气 氛 性 质 的 强 烈 影 响 还 发 现 了 扩 散 过 程 中 的 两 种 不同 动 能 位 时 于 不 活 泼 气 氛 , 二 电 子 伏 甘 于 羲 化 气 氛 , 二电 子 伏 , 逞 些 值 似 乎 证 明 了 甘 不 活 泼 气 氛 是 基 于 中 心 的 碑 扩 散 机理 , 时 于 羲 化 气 氛 则 认 为 是 另 外 一 种 扩 散 机 构 引 言研 究 了 在 不 活 泼 气 氛 、 水 汽 气 氛 中 磷 向 硅 中 的 异 常 快 速 扩 散 他 认 为 这是 由 于 氧 化 引 起 硅 晶 体 内 性 质 改 变 所 致 〔 ‘ 〕 。

近 来 报 导 了 一 些 有 关 磷 扩 散系 数 受 气 氛 影 响 的 实 验 结 果 , 这 些 实 验 是 在 本 征 条 件 下 也 就 是 掺 杂 浓 度 低 于 半 导 体 本征 载 流 子 浓 度 实 现 的 〔 〕本 文 的 目 的 是 报 道 气 氛 对 磷 在 硅 中 扩 散 的 影 响 的 更 完 整 研 究 实 验 是 在 不 活 泼 气 氛和 氧 化 气 氛 中 , 在 很 宽 的 温 度 范 围 内 , 以 硅 平 面 工 艺 通 常 采 用 的 掺 杂 浓 度 条 件 进 行 的实 验 证 明 , 不 管 在 哪 种 气 氛 中 完 成 扩 散 , 磷 的 扩 散 率 都 强 烈 地 受 周 围 气 氛 的 影 响 , 并 且发 现 对 于 不 活 拨 气 氛 和 氧 化 气 氛 中 的 两 种 扩 散 过 程 , 其 动 能 值 不 同 实 验 说 明 和 实 验 结 果实 验 采 用 的 是 晶 面 、 硼 掺 杂 的 切 克 劳 斯 基 法 控 制 的 硅 单 晶 , 其 标 称 电 阻 率为 欧 姆 · 厘 米 这 个 电 阻 率 相 当 于 体 浓 度 , ‘ “ 原 子 厘 米 “ , 所 有 薄 片 的 一侧 表 面 光 洁 度 如 同 镜 面 , 其 位 错 密 度 低 于 厘 米 “ 片 子 经 适 当 清 洁 后 用 磷 的 氯 氧 化物 作 源 , 在 下 做 磷 预 沉 积 分 钟 , 预 沉 积 过 程 生 长 的 磷 玻 璃 和 热 氧 化 物 用 腐蚀 掉 , 然 后 用 磨 角 染 色 法 测 得 结 果 为 微 米 。

在 不 活 泼 气 氛 氮 和 氧 化 气 氛 〔 加 肠 体 积 比 的 氧 、 干 氧 、 水 汽 〕 中 完 成 再 扩散 , 其 温 度 范 围 是 一 ’ 对 于 不 活 泼 气 氛 来 说 , 为 了 得 到 相 同 的 最 终 分 布 图形 , 对 每 一 温 度 选 择 一 个 不 同 的 再 扩 散 时 间 在 此 方 法 中 , 掺 杂 浓 度 对 扩 散 系 数 的 影 响有 赖 于 各 次 实 验 安 排 的 同 一 性 , 并 且 对 它 们 做 了 比 较 , 表 概 括 了 所 得 到 的 结 果 用 上面 引 用 的 方 法 来 测 量 结 深 , 其 准 确 度 小 于 微 米 表 磷 扩 散 与 再 扩 散 气 氛 的 关 系在 所 有 情 况 下 , 薄 层 电 阻 值 均 约 为 · 欧 只钾 井 爪 二 …云 卜 一‘ “ · ‘ · 一 … · 、 · … · · , 一 … · , · … · , · 一 … · · , · , 一一 三 夕 竺 土 少 少 竺 竺 塑 · · ,州 恻 巨 巨 竺 二 迎 卫 。

些 旦 不 三 经, , · · · · · , · · · · , 一 · · ’ 工 · 理 · , 一少 , · · , · ” · , , · , · , · , 一 … · , 竺 丝 二 里 竺 些 卫 些 少 · 巴 卫 吮 ·月 、 “ · 于 ’弓 · ‘ · ‘ , 户 · , “ · 于 王 · , 二 “ … · 「“ · ‘ 一 ’ · 几 · …住 · ‘ 工 一再 扩 散 之 前 , 所 有 硅 片 都 用 溅 射 方 法 复 盖 一 层 微 米 厚 的 氧 化 物 , 以 免 磷 向 外 扩 散 二 干 氧 通 过 “ 的 去 离 子 水 起 饱 在 氧 化 气 氛 再 扩 散 过 程 中 , 硅 表 面 上 生 长 的 氧 化 物 厚 度 是 用 来 测 量 的 对 每 一 个 片 上 的 不 同 位 置 和 每 批 再 扩 散 实 验 的 几 个 片 子 进 行 了 测 量 , 在 表 中 列 出 的 是上 述 各 项 测 量 结 果 的 平 均 值 最 后 , 用测 量 结 深 获 得 的 扩 散 系 数 与 根 据 众 所周 知 的 和 模 型 〔 〕 计 算 的理 论 值 相 符 合 。

这 个 模 型 由 于 考 虑 了 在生 长 的 二 氧 化 硅 一 硅 界 面 处 杂 质 的 再 分布 , 因 此 可 以 用 于 研 究 在 不 活 泼 气 氛 和氧 化 气 氛 两 种 情 况 下 的 磷 扩 散 , 在 我 们的 情 况 下 , 在 不 活 泼 气 氛 和 氧 化 气 氛中 , 于 ’ 下 再 扩 散 和 理 论 的 杂 质分 布 图 比 较 , 这 个 模 型 的 准 确 性 就 显 得不 够 了 用 众 所 周 知 的 阳 极 氧 化 剥 离 和电 阻 率 测 量 技 术 得 到 的 结 深 和 计 算 值 相符 , 资 料 〔 〕 说 明 了 迁 移 率 对 磷 浓 度 的依 赖 关 系 采 用 的 分 凝 系 数 和 表所 列 的 扩 散 值 , 对 于 所 有 的 再 扩 散 气‘ ‘ 衣 ‘ 飞 ’ 尸 ’ 卜· 叨 ’ 尸 ’ 卜万 德 眯图 在 不 活 泼 气 氛 和 干 氧 氧 化 气 氛 中 , 在“ 下 再 扩 散 小 时 的 实 验 和 理论 的 磷 掺 杂 曲 线氛 , 理 论 和 实 验 曲 线 的 一 致 性 都 是 非 常 令 人 满 意 的 。

图 给 出 的 是 在 不 活 泼 气 氛 和 氧 化气 氛 中 , 在 下 完 成 再 扩 散 的 一 个 典 型 例 子 图 中 存 在 的 微 小 误 差 是 由 于 在 我 们的 情 况 下 最 终 的 磷 表 面 浓 度 约 为 ‘ ” 厘 米 不 能 完 全 忽 略 掉 扩 散 系 数 对 浓 度 的依 赖 关 系 〔 〕 因 此 应 该 把 表 所 列 的 恒 定 扩 散 系 数 看 成 是 有 效 值 在 我 们 的 实 验 中 ,对 所 有 的 再 扩 散 气 氛 , 图 示 出 了 扩 散 系 数 与 绝 对 温 度 倒 数 的 函 数 关 系 讨 论图 清 楚 地 表 明 , 从 不 活 泼 气 氛 向 氧 化 气 氛 变 化 时 , 磷 扩 散 系 数 增 加 , 而 且 再 扩 散温 度 越 低 , 它 增 加 越 多 此 外 , 在 氧 化 气 氛 情 况 下 , 磷 的 扩 散 率 和 硅 的 氧 化 速 率 一 起 增加 图 所 示 的 在 硅 中 磷 扩 散 过 程 的 两 种 不 同 动 能 值 是 由 实 验 数 据 换 算 而 来 的 。

第 一 项 ,士 电 子 伏 对 应 于 用 不 活 泼 气 氛 的 磷 再 扩 散 第 二 项 , 土 电 子伏 对 应 于 用 氧 化 气 氛 的 磷 再 扩 散二 祖 拍 一 五 吐 一 一 一 目 一 一 鱼叼 厂 丈 甲 一 一 , 一 一 丫 一 一筛叼 十 、只万卜气气 衬 , 仇头 附‘ 妈 盯 公 以分 劝 山节了 下 , ,图 在 不 活 泼 气 氛 和 氧 化 气 氛 中 进 行 再 扩散 时 , 磷 扩 散 系 数 与 绝 对 温 度 倒 数 的关 系引 起 动 能 值 误 差 的 主 要 因 素 与 结 深 测 量的 不 准 确 性 有 关 我 们 着 重 指 出 , 动 能是 和 最 近 由 〔 〕 发 现 的在 本 征 条 件 下 磷 扩 散 的 值 非 常 一 致 这似 乎 支 持 了 基 于 中 心 的 机 理 资 料 〔 〕以 这 种 机 理 对 在 不 活 泼 气 氛 中 磷 向 硅 中的 扩 散 进 行 了 讨 论 动 能 的 较 低 值 ,为 在 氧 化 气 氛 情 况 下 存 在 一 种 另 外 的 磷扩 散 机 构 的 假 设 提 供 了 依 据 , 至 少 在 很低 温 度 下 是 这 样 。

而 在 很 高 温 度 下 , 基于 中 心 的 机 理 似 乎 是 对 的 在 近 期 工作 中 , 提 出 扩 散 系 数 的 增 加 是由 于 在 硅 氧 化 层 生 长 时 可 能 发 生 的 物 质流 引 起 的 然 而 , 关 于 近 表 面 的 点 缺 陷浓 度 和 磷 扩 散 过 程 中 硅 氧 化 的 定 量 影响 , 必 须 从 以 前 报 导 的 现 象 中 很 好 地了 解 , 在 那 里 可 能 作 了 仔 细 的 分 析 参 考 资 料〔 〕 , 《 一 》 , 二 ,〔 〕 , 《 》 , · ,〔 〕 · · , 《 · · · · 》 · , ·,〔 〕 · , 《 》,〔 〕 , 《 一 》 , ,〔 〕 · , 《 》 , , 一〔 〕 · · , 《 》 , ,译 自 稼 一 矛 , , ,校丛有保川。