Определение режимов базовой диффузии

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 Е_И = 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]; N_П = N_ЭС [см^-3]. Согласно соотношению (5.3) положим, что N_0Б = 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 x_jКБ = 3 мкм,

2)  заданного в задании значения ширины активной базы W_a = 0,7 мкм.

Глубина залегания p-n-перехода эмиттер–база определяется выражением:

, (7.1)

где x_jЭБ = x_jКБ - W_a = 2,3 мкм.

Определяем параметры второй стадии эмиттерной диффузии. Согласно соотношению (5.3) положим, что N_0Э = 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 N_0Э = 10³N_П = 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; N_П – 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; D_cct_cc - 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.