Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ИГОБЛЕШ. Достижении науки о твердофазной диффузии во многом связаїш с мснокристаллическим кремнием -основным материалом производства микроэлектронных приборов. Твердотельные диффузионные зоны (ТДБ), формируемые в монокристаллах кремния, доведены в настоящее время до високого уровня совершенства. Характерные размеры отдельных деталей их геометрии близки к микрометру. Созданы микротехнологнческие процессы с субмикронньш разрешением, такие как наращивание тонких пленок, формирование топографии рисунков на поверхности и др. Это не просто качественно новый этап развития, а переход на новые методы формирования активных областей в полупроводниковой подложке, отход от традициошшх технологических схем, и поиск новых более совершенных технологических процессов.
Развитие новых технологий накладывает особые требования к однородности и резкости диффузионного профиля легируюших примесей. Поэтому стало недостаточным знание усредненного значения глубины диффузии. Учет локальных отклонений, сравнимых с элементарными атомными скачками,'притворился в инженерную необходимость. Проблема получения бездефектных ТДЗ кремния обусловливает подробного исследования механизма диффузии. Для расчета и разработки полупроводниковых приборов играет важную роль оценка рассеяния экспериментальных данных вокруг их истинных значений. Решение этах вопросов непосредственно связано с решением фундаментальных проблем физики явления диффузии и подбором наиболее подходящих методов статистической математики для обработки экспериментальных данных.
Однако, существующие теоретические соотношения и экспериментальные методы, которые применяются для описания профиля распределения не учитывают и не раскрыпают составные спектральные значения локальной концентрации для заданной плоскости.
3 связи с этим возникает задача экспериментального исследования профиля диффузионного распределения концентрации для различных примесей в кремнии в целях изучения причины и характера изменения числовых значений диффузионных параметров
A-
(0,,(2, Ca , У ) и их дисперсий ( (\ , , <УСо , 6И- ). ЦЁДЫи ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ является экспериментальное определение профиля диффузионного распределения кадмия и ртути в кремнии при различных постоянных значениях температуры диффузии и концентрации третьего компонента для изучения следующих задач:
справедливость теоретической концепции о взаимной независимости коэффициента диффузии 0 и приповерхностной концентрации С при описании профиля распределения концентрации;
роль третьего компонента в изменении числовых значений параметров (**о, (I ) диффузии, ( С0 , W ) растворимости и их дисперсий ( (.1 , б\ , б , б\ );
справедливость теоретической концепции о взаимной независимости параметров ( л)« , Q ), описывающих температурную зависимость коэффициента 0 , а также параметров ( Се , W ), описывающих температурную зависимость коэффициента Со ;
связь между энергетическими параметрами Q для диффузии и W для растворимости.
ЗАЩЗДАЕШЕ НАУЧШЕ ПОЛОЖЕНИЯ. На основе проведенных экспериментальных исследований можно сформулировать следующие научные положения:
1. Изменение коэффициентов ( <0 , С ) для профиля рас
пределения Ц-1.* fc t [t, ir^-г- происходит по взаимосвязанном виде,
описываемом в первом приближении линейным соотношением {,цЛ* -
= cl'~i>!5 гДе <^ и J> постоянные справочного характера.
2. Изменение дисперсий ( %„ , 6q , G"f„ , 6"w ), ха-
рактериэуюших рассеяние числовых значений параметров ( Ъа ,
0. , Со , IV ), происходит во взаимосвязанном виде, удовлетворительно описываемом линейным соотношениями (э^й - CL&n и 6j»Co ~ 0 бі/ , где OL-- О постоянная величина справочного характера, не зависшая от того, чем вызвано изменение самих стандратных отклонений (биоо > 6"а > Gin С о > <5v ).
3. Изменение параметров С ідо , Q. ) дчл температурной
зависимости 0- tjcp ( А ) , а также параметров ( Со , W )
для температурной зависимости Г. -С05.Х /1 {; Н) происходит по
взаимосвязанном виде, списываемом линейными соотношениями:
L Я)о -- Jo 8a й і in По -- Po ft, W С постоянными
С Jo, бо , P0 , /P„ ) справочного характера.
4. Коэффициент диффузии $ и растворимость С характеризуют две стороны единого процесса и взаимосвязаны через энергетические параметри ( Ц и Vl/ ). Растворимость определяет конечное состояние диффузионного процесса, а коэффициент диффузии Я) - скорость перехода от начального состояния до конечного.
ЗНАЧИМОСТЬ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ДНЯ ПРОИЗВОДСТВА состоит в том, что совокупность сформулированных нами научных положений и формулы, приведенные на их основе, могут бить применены для разработки и получения воспроизводимой технологии изготовления микроэлектронных полупроводниковых приборов на основе кремния.
НОВИЗНА ИССЛЕДОВАНИЯ состоит:
-
Экспериментальная задача определения профиля диффузионного распределения кадмия и ртути в ТДЗ кремния для изучения рассеяния числовых значений макрохарактеристик диффузии сформулирована и рассмотрена впервые.
-
Впервые предложено рассмотреть коэффициенты Я) и Cs как взаимосвязанные случайные величины, распределение которых однозначно определено распределением вероятности числа диффундирующих частиц и задает распределение случайных параметров (й)0,- Q. , tD , її/ ) для температурной зависимости этих коэффициентов. Предложена методика анализа твердофазной диффузии, которая состоит в том, что после традиционной дифференцации измеренной локальной концентрации 0 до уровня параметров с соответствующими им дисперсиями ( % , й , С , [*/ , ( , (1 , 6с, ,
6w ) анализ переориентируется в сторону интеграции диффузионных величин до уровня связи локальной концентрации С с энергией активации Ч посредством универсальных постоянных.
3. Впервыз произведена систематизация веществ по число
вым значениям новых диффузионных величин Jo , fio , Po , іРо
справочного характера.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты исследовании докладывались и обсуждались на 11 и У1 - Всесоюзных конференциях по легированию полупроводниковых материалов, :J , ІУМ и IVUO годах, на
І;.'іУЧ1!!!>: !;ОнЬ>[!ЄМіиМ.<- Та'ІІІІЛ В IV//1 -J: :'.; ГГ.. на CO:.rj:ii:H'."iHf"l
минаре кафедры: "Физическая электроника", "Полупроводники и диэлектрики", "Экспериментальная и теоретическая физика" ТазНИ.
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертационной работы опубликовано 18 статей.
ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы (106 наименований), 22 рисунков, таблиц и приложения; Общий объем 126 страниц машинописного текста.
