НЕОРГАНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ, 2008, том 44, № 2, с. 135-136
УДК 541.13:621.315.592
ДИФФУЗИЯ AS ИЗ АНОДНЫХ АРСЕНАТНЫХ ОКСИДНЫХ ПЛЕНОК В Si
© 2008 г. Л. П. Милешко
Таганрогский технологический институт Южного федерального университета
Поступила в редакцию 22.02.2007 г.
Изучены зависимости электрофизических параметров р-я-переходов в кремнии р-типа от содержания H3AsO4 в этиленгликоле, позволяющие выбирать концентрацию ортомышьяковой кислоты для формирования диффузионных слоев с заданными глубиной залегания, поверхностным сопротивлением и концентрацией As. Предполагается, что более низкое максимальное значение Ns As ~ 4.1 х 1019 см-3 по сравнению с поверхностной концентрацией фосфора Ns P ~ 2 х 1020 см3 обусловлено интенсивным испарением из анодных оксидных пленок мышьяка, а также тем, что концентрация примеси в арсенат-ных анодных оксидных пленках меньше, чем в фосфатных, поскольку сорбционная емкость монослоя в 2.7 раза меньше, чем в случае фосфатных электролитов.
ВВЕДЕНИЕ
Легированные анодные оксидные пленки (АОП) кремния являются перспективным материалом для создания различных элементов кремниевых приборов и интегральных микросхем [1, 2]. Диффузия фосфора и бора из АОП подробно изучена [3, 4]. Однако сведения о формировании диффузионных слоев мышьяка в кремнии с применением АОП в качестве диффузанта практически отсутствуют [5, с. 83].
Цель настоящей работы - исследование влияния концентрации ортомышьяковой кислоты в электролите на параметры р-я-переходов.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Анодное окисление пластин кремния марки КДБ-15 размерами 10 х 10 мм с кристаллографической ориентацией (111) проводили на установке с вакуумной присоской, в которой использовано подъемное устройство от микроскопа МБС-1, а электролизная ванна выполнена из особо чистого кварцевого стекла; объем электролита - 150 мл, расстояние анод-платиновый катод (5.0 х 5.0 см) -2 см. Подготовку поверхности подложек проводили по типовому процессу обработки кремния так же, как перед термическим окислением в планар-ной технологии кремниевых приборов и интегральных микросхем [5]. Следует отметить, что хотя мышьяк очень легко ввести в оксид из водного раствора Н3Ав04, его потери при диффузии очень велики, что резко ограничивает применимость этого способа [5, с. 283]. Поэтому электролиты на основе этиленгликоля готовили согласно [6].
Анодирование осуществляли при плотности тока 10 мА/см2 до конечного напряжения формирования 250 В.
Диффузию Ав из АОП в кремний проводили в потоке азота с расходом 1.1 х 10-2 л/с в диффузионной печи СДО-125/4 при температуре 1200°С в течение 60 мин. Поверхностное сопротивление (Я,.) легированных слоев кремния измеряли четы-рехзондовым методом на установке УИС-2, а глубину залегания р-я-переходов (Ху) определяли после окрашивания сферических шлифов в плавиковой кислоте с добавкой азотной кислоты при освещении [5]. Поверхностную концентрацию электрически активного мышьяка А8) в диффузионных слоях находили по графикам Ирвина N. (а = 1/ЯДу) [7] как среднее арифметическое для случаев вг/е- и Гауссова распределений. Погрешность измерений Я. и Ху не превышала 20%.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Как следует из таблицы, с увеличением содержания ортомышьяковой кислоты в электролите от 1.82 х 10-3 до 16.53 мас. %, т.е. почти на 4 порядка, Я. уменьшается на ~2.5 порядка, Xу увеличивается в 4.5 раза, а N. А возрастает более чем на 3 порядка.
Как известно, поверхностная концентрация N. связана с поверхностным сопротивлением Я. и глубиной залегания р-я-перехода Ху следующими соотношениями [8]:
Rs = (8.15 х 10-23 fiN.jD^t)-1,
Xj = 2jD^t arg erfc
■No N
(1)
(2)
где ц - средняя подвижность носителей заряда, а постоянная 8.15 х 10-23 содержит заряд электрона и коэффициент растекания четырехзондового
136 МИЛЕШКО
Зависимость параметров р-и-переходов от содержания H3AsO4 в этиленгликоле с добавкой 0.17 мае. % HNO3
H3AsO4, мас. % 1.82 х 10-3 1.82 х 10-2 0.184 1.8 16.53
Rs, Ом/D 18000 4290 547 139 98
Xj, мкм 0.54 1.2 2.02 2.34 2.45
Ns a^ см-3 1.8 х 1016 4.8 х 1016 3.3 х 1017 4.3 х 1018 4.1 х 1019
метода; 02 - коэффициент диффузии примеси в кремнии; £ - время диффузии; N - концентрация примеси в оксидной пленке.
Согласно выражениям (1), (2), действительно должно наблюдаться более сильное влияние изменения величины N на значение чем на X
Относительно низкое максимальное значение N А по сравнению с поверхностной концентрацией фосфора N Р ~ 2 х 1020 см3 [4], вероятно, обусловлено интенсивным испарением из АОП мышьяка, образующегося вследствие реакции
581 + 2Ав205 = 5БЮ2 + 4Ав.
Кроме того, концентрация примеси в арсенат-ных АОП меньше, чем в фосфатных, поскольку сорбционная емкость монослоя (1.13 х 1020 см-3) [9] в 2.7 раза меньше, чем в случае фосфатных электролитов [10].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Получены экспериментальные зависимости поверхностного сопротив-ления, глубины залегания р-я-переходов и поверхностной концентрации электрически активного мышьяка в кремнии р-типа от содержания Н3Ав04 в этиленгликоле с добавкой 0.17 мас. % НК03, которые позволяют выбирать концентрацию ортомышьяковой кислоты для формирования диффузионных слоев Ав в с требуемыми электрофизическими характеристиками.
Предполагается, что более низкое максимальное значение N А по сравнению с поверхностной концентрацией фосфора вызвано как интенсивным испарением из АОП мышьяка, так и тем, что концентрация примеси в мышьяксодержащих АОП меньше, чем в фосфорсодержащих, так как сорбционная емкость монослоя в случае фосфатных электролитов в 2.7 раза больше.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Милешко Л.П. Достижения и перспективы применения легированных оксидных пленок в технологии изготовления полупроводниковых приборов и интегральных микросхем // Материалы XLVIII на-уч.-техн. конф. ТРТУ. № 1 (30). Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2003. С. 210.
2. Милешко Л.П. Применение легированных анодных оксидных пленок в технологии кремниевых приборов и интегральных микросхем // Электрон. пром-ть. 2004. № 4. С. 160-161.
3. Милешко Л.П., Авдеев С П. Диффузия фосфора и бора в кремний из анодных оксидных пленок // ФХОМ. 2003. № 6. С. 67-72.
4. Милешко Л.П., Авдеев СП. Влияние процесса анодного окисления кремния на параметры диффузии примесей бора и фосфора из легированных оксидных пленок // Изв. вузов. Электроника. 2004. № 5. С. 25-32.
5. Основы технологии кремниевых интегральных схем. Окисление, диффузия, эпитаксия / Пер. с англ. под ред. Бургера Р., Донована Р. М.: Мир, 1969. 451 с.
6. Бредихин И.С., Ломакина Т,П, Милешко Л.П., Чистяков Ю.Д. Электролит для легирования оксидных пленок кремния мышьяком: А. с. 682055 СССР, 2001. № 10.С. 335.
7. Интегральные схемы, принципы конструирования и производства / Пер. с англ. под ред. Колосова А.А.. М.: Сов. радио, 1968. 264 с.
8. Бакун A.B., Щеглова ВВ. Легированные пленки двуокиси кремния в производстве полупроводниковых приборов // Обзоры по электрон. технике. Сер. Полупроводниковые приборы. 1974. Вып. 5 (203). 67 с.
9. Милешко Л.П., Варзарев Ю Н. Анодное окисление кремния в арсенатных электролитах на основе этиленгликоля // ФХОМ. 2004. № 6. С. 43-47.
10. Милешко Л.П. Анодное окисление кремния в легирующих электролитах // ФХОМ. 2004. № 3. С. 81-92.
НЕОРГАНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ том 44 < 2 2008
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.