Оглавление
1. Теоретическая часть
1.1. Кинетика локального окисления кремния
1.2. Расчет параметров процесса ионной имплантации
1.3. Расчет технологических параметров процесса диффузии
1.3.1. Диффузия в полубесконечное тело из бесконечного источника
1.3.2. Диффузия в полубесконечное тело из ограниченного источника
2. Практическая часть
2.1. Расчет параметров биполярного транзистора
2.2. Маска
2.3. Ионное легирование
2.4. Диффузия и расчёт ступеньки
3. Список литературы
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
В нашем варианте курсовой работы рассматривается 1 этап создания планарного БПТ со скрытым слоем, который включает такие этапы как:
1. Маска для скрытого слоя:
· Окисление;
· Литография;
2. Диффузия скрытого слоя:
· Загонка;
· Разгонка.
· Ступенька.
Кинетика локального окисления кремния
Окисление полупроводника необходимо для создания на его поверхности защитных тонких и прочных окисных плёнок. В технологии кремниевых интегральных схем плёнки SiO2 получают искусственным путем. Окисление кремния – одна из самых часто повторяемых технологических операций при производстве современных интегральных схем. Полученная плёнка SiO2 имеет аморфную структуру. Искусственное окисление осуществляется в потоке сухого или увлажнённого кислорода, пропускаемого через кварцевую трубу, нагреваемую токами высокой частоты. Пластины кремния помещаются в специальной лодочке внутри трубы. Кинетика процесса окисления описывается моделью Дила-Гроува.
Среди известных математических моделей процесса термического окисления кремния модель Дила-Гроува отличается своей применимостью в широких пределах экспериментальных условий: она работает в диапазоне температур 700 – 1300 °С, в широком диапазоне парциальных давлений окислителя: 2×104 – 1×105 Па и толщин создаваемых пленок: 30 – 2000 нм.
Предложенная Дилом и Гроувом линейно-параболическая модель предполагает, что в процессе окисления происходит:
· адсорбция окислителя на поверхности подложки (без химического взаимодействия);
· диффузия окислителя по междоузлиям или вакансиям через сформированный оксид в глубь структуры;
· химическое взаимодействие окислителя с кремнием на границе раздела "оксид - кремний".
К поверхности подложки диффундируют компоненты газовой фазы (например, молекулы воды) (рис. 1.1), затем после их диссоциативной адсорбции через оксид к границе раздела Si - SiO2 диффундируют либо частицы ОН–, либо атомы кислорода, и на границе раздела фаз Si и SiO2 происходит их взаимодействие с кремнием.
Рис. 1.1.1 – Распределение окислителя в системе “газовая фаза – оксид – кремний”.
Предполагается, что потоки Ф 1 = Ф 2 = Ф 3 равны и по отношению к окислителю выполняются условия материального баланса. При этом в газовой фазе поток Ф 1 пропорционален градиенту концентраций окислителя в газовой фазе и на поверхности подложки:
,
где h1 - коэффициент массопереноса окислителя в газовой фазе.
Поток частиц, диффундирующий через оксид, описывается законом Фика:
или
,
где D - коэффициент диффузии частиц окислителя в оксиде; 
– градиент концентрации окислителя в оксиде.
На границе раздела фаз Si - SiO2 поток Ф 3 пропорционален константе скорости соответствующей реакции окисления и концентрации окислителя Сi:
.
Скорость роста оксида определяется как
, (1.1)
где xок – текущее значение толщины пленки оксида; t – время; А, В – коэффициенты, а именно
, 
,
здесь Е* – растворимость частиц окислителя (например, атомов кислорода) в оксиде; N1 - количество кислорода, приходящееся на образование единицы объема SiO2.
Решение уравнения (1.1) в общем случае имеет вид
, (1.2)
где t - величина, учитывающая наличие первоначального оксида на поверхности подложки и равная времени, необходимому на его образование. Часто принимается равной 0.
Для частных случаев решение уравнения (1.2) имеет более простой вид. Так, для процессов формирования тонких слоев SiO2 при небольших значениях t
.
Для продолжительных процессов окисления и создания толстых слоев диэлектрика
.
Константы В, А и В/А зависят от характера окислителя и его парциального давления, температуры процесса, кристаллографической ориентации подложек и табулированы.
1.2. Расчет параметров процесса ионной имплантации.
В основе ионного легирования полупроводников лежит процесс внедрения средне- и высокоэнергетичных ионов легирующих примесей в кристаллическую решетку полупроводника подложки.
Ион, имеющий высокую кинетическую энергию, по мере продвижения в кристаллической решетке полупроводника взаимодействует с атомами мишени подложки, растрачивая при этом свою энергию, пока его скорость не снизится до тепловых скоростей диффузии. Профиль распределения внедренных ионов по глубине называют профилем внедрения или профилем торможения.
Траектория движения иона в кристаллической решетке подложки оказывается сложной (рис. 2.1) вследствие его взаимодействий и упругих соударений с атомами кристаллической решетки.
Рис. 1.2.1 –Пробег внедренного иона.
В результате таких соударений возникает большое количество точечных дефектов (вакансий, междоузлий), образующих кластеры с нарушенной структурой.
Для описания процесса ионной имплантации (внедрения) наряду с полным пробегом 
(см. рис. 2.1) важны величины проекции полного пробега на первоначальное направление внедрения иона 
, соответствующие средней глубине проникновения ионов, и среднеквадратиченский разброс проецированных пробегов 
, величина которых носит вероятностный, статистический характер.
Ион, имеющий большую массу по сравнению с атомами мишени, на своем пути отклоняется слабо, и 
, тогда как для легкого иона 
.
Торможение заряженной частицы в твердом теле осуществляется двумя механизмами:
• ядерным торможением при упругом взаимодействии с заряженными ядрами, экранированными электронными оболочками;
• электронным торможением при неупругом взаимодействии с электронными оболочками.
Таким образом, потери энергии иона на единицу пути складываются из двух слагаемых:
. (2.1)
Метод решения уравнения (2.1), предложенный Линхардом, Шарффом и Шиоттом (сокращенно теория ЛШШ) в 1961-1963 гг., предполагает введение для упрощения расчетов безразмерных величин пробега l и энергии e:
;
,
где CR, СЕ - коэффициенты,
, [эВ-1];
, [см-1],
здесь а - величина радиуса экранирования в соответствии с моделью атома Томаса-Ферми, 
[см]; g - коэффициент передачи максимальной энергии при упругих столкновениях, 
; С i - собственная концентрация атомов в полупроводниковой мишени (5×1022 см-3); Z, A- порядковые номера и атомные массы элементов; индекс 1 относится к внедряемому иону, индекс 2 - к материалу мишени-подложки.
Используя введенные безразмерные l и e, представим уравнение (2.1) в виде
. (2.2)
Значения слагаемых этого уравнения могут быть аппроксимированы с точностью до 5 – 10 % выражениями:
- для ядерной составляющей
;
- для электронной составляющей,
,
где k - коэффициент торможения,
,
а значения коэффициентов с, d зависят от величины.
Общий вид кривых 
представлен на рис. 2.2, из которого следует, что при небольших значениях e (соответствующих энергиям порядка 10 кэВ) преобладают упругие соударения с ядрами, тогда как при высоких энергиях и больших значениях e преобладает электронная составляющая.
Рис. 1.2.2 –Влияние величины энергии на соотношение между составляющими ее потерь.
Аналитическое выражение для безразмерного пробега l может быть получено в виде
, (2.3)
при этом значение полного пробега определится как
.
С учетом поправочной функции f рассчитывают величину проецированного пробега,
.
Поправочная функция f обусловлена наличием упругого рассеяния.
В ряде случаев для определения величины 
можно использовать соотношение
.
Профиль распределения (профиль торможения) ионов, внедренных в подложку с концентрацией примесей СВ, при неориентированном внедрении ионов может быть описан гауссовой кривой:
, (2.4)
где N - доза легирования, ион/см2.
Максимум концентрации внедренной примеси на глубине 
составит
. (2.5)
Приведенное решение уравнения (2.1) в соответствии с теорией ЛШШ выполнено для аморфной мишени. В монокристаллической подложке полупроводника вдоль кристаллографических направлений с малыми индексами ион может продвигаться практически без соударений вдоль атомных рядов в более или менее широких каналах. При этом глубина проникновения иона в кристаллическую решетку возрастет до Rmax (рис. 2.3),
.
Это явление называют каналированием.
Рис. 1.2.3 – Распределение внедренных ионов без учета каналирования (1)и с учетом каналирования (2, 3): 1 - пик неканалированных ионов; 2 - пик "идеально" каналированных ионов; 3 - типичный профиль при каналировании.
Наибольший угол, при котором исчезает направляющее действие канала и ион покидает канал, называется критическим углом каналирования, величина которого определяется типом иона, его энергией, кристаллографической ориентацией подложки-мишени.
Тепловые колебания атомов, появление дефектов кристаллической структуры на пути иона в канале могут привести к деканалированию (см. рис. 2.3) или к преждевременному выходу иона из канала. Поскольку с увеличением дозы имплантации возрастает и плотность внесенных радиационных нарушении, при дозах выше 1015 см-2 эффект каналирования исчезает.
Внесенные радиационные нарушения могут оказаться настолько велики, что при некоторой дозе имплантации произойдет аморфизация структуры.