Поверхностную концентрацию

При получении транзисторных поверхностно-барьерных структур для вытравливания эмиттерных и коллекторных лу-

ляются в зависимости от того, на какую часть (узкозонную или широкозонную) нанесен металл, образующий выпрямляющий барьер, а также с какой стороны производится освещение. Большое значение имеет соотношение толщины варизонной структуры и суммы ширины слоя объемного заряда на контакте с металлом и диффузионно-дрейфовой длины носителей заряда. Спектр фототока поверхностно-барьерных варизонных структур может быть как широкополосным, так и узкополосным (селективным).

Спектральная характеристика фотодиода подобна аналогичной характеристике фоторезистора ( 4.5). Длинноволновая граница фоточувствительности определяется значением Eg, а спад в коротковолновой области спектра объясняется тем, что коэффициент поглощения растет и большая часть излучения поглощается в приповерхностном слое базы, где тЭф мало и меньшая часть генерированных светом носителей доходит до р — n-перехода. Следовательно, положение коротковолновой границы фоточувствительности зависит от ширины базы и скорости поверхностной рекомбинации. Уменьшая sew, можно существенно сдвигать коротковолновую границу фоточувствительности в сторону меньших X. Вид спектральной характеристики реального фотодиода определяется в основном зависимостью коэффициента собирания х от длины волны. Значение к определяется структурой фотодиода, диффузионной длиной неосновных носителей, коэффициентом поглощения света, шириной запрещенной зоны полупроводника. Для повышения чувствительности в длинноволновой области сйектра необходимо увеличивать диффузионную длину неосновных носителей в исходном материале. Повышение коротковолновой чувствительности можно обеспечить созданием тянущих полей в базе фотодиода. Другим способом повышения коротковолновой чувствительности является создание объемного заряда вблизи поверхности фотоприемника, как это имеет место, например, в поверхностно-барьерных структурах. Изменение чувствительности и сдвиг максимума спектральной характеристики происходят при переходе от вентильного режима работы к фотодиодному за счет расширения области объемного заряда и увеличения эффективности собирания носителей. Применение специальных покрытий дает возможность уменьшить коэффициент отражения до 5... 10%, а следовательно, увеличить чувствительность.

- Известно много типов фотодиодов: сплавные, диффузионные, лавинные, р— i—п- и гетеродиоды, диоды на основе поверхностно-барьерных структур (диоды Шотки). Известны также микроплазменные диоды, ин-жекционные фотодиоды и др. [30]. Некоторые из них подробно будут рассмотрены в последующих главах.

Фотодиоды с барьером Шотки обладают рядом преимуществ по сравнению с фотодиодами, у которых потенциальный барьер, разделяющий носители тока, находится в объеме полупроводника. Повышенная УФ чувствительность" в данном случае связана с тем, что возбуждаемые светом носители тока разделяются электрическим полем у самой поверхности, т. е. непосредственно в области поглощения квантов высоких энергий. Для создания поверхностно-барьерных структур не требуется проводить нагрев полупроводника до высоких температур. Это означает, что свойства исходного материала остаются практически неизменными.

Большое значение для фотодиодов Шотки имеет качество границы раздела металл — полупроводник. Высота потенциального барьера в значительной степени определяет эффективность поверхностно-барьерных структур и зависит от плотности поверхностных электронных состояний. В табл. 6.1 приведены значения ,<рь для структур, полученных термическим напылением металла на

Одним из типов УФ фотоприемников на основе GaP являются приборы, созданные с использованием поверхностно-барьерных структур "металл — фосфид галлия. В качестве исходного материала используются как объ-

ны путем варьирования содержания фосфора, а также развитие методов создания поверхностно-барьерных структур позволяют относительно легко повышать чувствительность в УФ области спектра.

12. Беркелиев А., Гольдберг Ю. А., Именков А. Н., Мелёбаев Д., Царенков Б. В. Фотоэлектрический эффект в варизонных поверхностно-барьерных структурах. — ФТП, il978, т. 12, № 1, с. 96— 101.

74. Гольдберг Ю. А., Царенков Б. В. Современное состояние разработок и исследования поверхностно-барьерных структур металл — полупроводник А3В5, создаваемых методом химического осаждения металла. — Полупроводниковая техника и микроэлектроника. — Киев: Наукова думка, 1978, вып. 27, с. 33—43.

76. Гуткин А. А., Дмитриев М. В., Хаит В. Ю. Фоточувствительность поверхностно-барьерных диодов Au — n-Si в спектральном диапазоне 1 ... 6 эВ.—ФТП, 1977, т. 3, № 3, с. 502—505.

Полученное выражение хорошо описывает действительный примесный профиль, если толщина диффузионного слоя после стадии разгонки намного превышает соответствующую толщину после стадии загонки, т. е. для больших значений длительности разгонки t. Для малых значений / оно оказывается неверным, так как не учитывает конечной протяженности слоя, полученного на стадии загонки. Это нетрудно показать, определив из выражения (2.11) поверхностную концентрацию на стадии разгонки:

нее. Во время проведения процесса практически всегда выполняется условие, при котором количество атомов примеси в газовой фазе намного превышает количество атомов, диффундирующих в полупроводниковую пластину. Поверхностную концентрацию примесей в этом случае можно считать постоянной величиной, равной пределу растворимости при Гта„ а распределение примесей в полупроводниковой пластине описывается дополнением функции ошибок Гаусса (5.25).

Борный ангидрид используют при диффузионных процессах в замкнутом объеме и в открытой трубе. При проведении диффузии в кремний за счет изменения температуры источника от 1000 до 1600 К удается менять поверхностную концентрацию бора в пределах от 1024 до 1027 м~3. Аппаратура при проведении процесса диффузии из В2О3 аналогична применяемой в случае диффузии из Р2О5. В проточных системах в качестве газа-носителя используют сухой азот.

Режимы химико-механической полировки элементарных полупроводников абразивными суспензиями следующие: удельное давление полировального круга ~ 10~2 МПа, скорость его вращения ~100 об/мин, температура 300 °С, расход суспензии 120 капель/мин; с использованием безабразивных суспензий (табл. 10) удельное давление полировального круга ~10~2 МПа, скорость его вращения 60— 100 об/мин, температура 20±2°С. При обработке пластин кремния безабразивной суспензией, содержащей Си(МОзЬ в концентрации 1—1,6 моль/л и NH4F в концентрации 6— 7 моль/л, с рН = 5,5-т-6,5 высота неровностей Rz==3- 10~2мкм, поверхность пластины имеет практически бездефектную структуру и остаточную поверхностную концентрацию меди менее 1-1015 атом/см2.

выдерживать необходимую поверхностную концентрацию примесей и глубину диффузии с высокой точностью. Различные этапы фотолитографического процесса, несмотря на совершенство применяемого оборудования, вносят в абсолютное значение сопротивления диффузионного резистора существенную ошибку, особенно для резисторов с узкой шириной резистивной диффузионной полоски.

Диффузия из неограниченного источника является реальным случаем в производстве ИС и представляет собой первый этап диффузии, задачей которого является введение в кристалл определенного количества примеси. Для уменьшения температурного воздействия (уменьшения фактора DI) поверхностную концентрацию выбирают максимально .возможной, т. е. соответствующей предельной растворимости примеси при выбранной температуре диффузии ( 1.13). Для фосфора при 1000° С она составляет Ю21 см~3, что соответствует 2% (атомным). В результате образуется тонкий приповерхностный слой, насыщенный примесью. В производстве этот этап нередко называют загонкой п р и м е с и.

Далее, задаваясь температурой загонки в пределах 800—1000° С и принимая поверхностную концентрацию при загонке, равной пределу растворимости примеси или несколько меньшей ( 1.13), находим фактор Dt из (1.5) и далее время загонки. Во избежание жесткого .контроля времени загонки его следует принимать не менее 20 мин, снижая соответственно температуру процесса.

p-tt-перехода Хту, поверхностное сопротивление слоя Ren, поверхностную концентрацию примеси Л^ и зависимость концентрации примеси от глубины.

Физические основы диффузии. Диффузионная, планарная и пла-нарно-эпитаксиальная технология изготовления интегральных полупроводниковых микросхем основаны на диффузионном методе создания р—n-переходов. Этот метод применим для групповой технологии и позволяет получать качественные р—п-переходы различной площади. В процессе диффузии можно с большой точностью контролировать и регулировать такие важнейшие параметры, как глубину залегания р—п-перехода, поверхностную концентрацию и распределение примесей в полупроводнике, получая структуры с параметрами, очень близкими к расчетным.

Методы диффузии. В качестве диффузантов для германия и кремния чаще всего используют элементы III и IV групп таблицы Д. И. Менделеева. Для получения n-областей применяют материалы, содержащие фосфор, сурьму, мышьяк. Основной донорной примесью для кремния является фосфор, который по сравнению с мышьяком и сурьмой имеет более высокую растворимость. Это позволяет изменять поверхностную концентрацию диффузионных слоев в широком диапазоне. Из элементов V группы фосфор обладает наиболее высоким коэффициентом диффузии, соединения фосфора менее токсичны. Фосфор широко используют для локальной диффузии при планарной технологии изготовления кремниевых структур, так как коэффициент диффузии фосфора в окисле значительно меньше, чем в кремнии или германии. В качестве акцепторных примесей применяют алюминий, галлий, индий, бор. При планарной технологии для создания р-областей используют только бор, который имеет те же преимущества, что и фосфор.

В диффузионных структурах обычно контролируют глубину залегания р—n-перехода, поверхностную концентрацию и характер распределения диффундирующей примеси.