Способ определения коэффициента диффузии в полупроводниках

(я) Н 01 Ь 2 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЬСТ ОРСК цы столбиделению со"вски опреотивлениеторца столФфициент . нарасали тактов, нанесенных ка, по измеренному противления графоа деляют электрическ приповерхностной о бика 0 и определ диффузии по формул ласют где к о диффузии) ьность отжига, 1, о т л и ч а ю" удаление лвгируюоверхностной оба производят пупроведением дифа торец столбика ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(54)(57) 1.СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ДИФФУЗИИ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ,основанный на измерении электрического .сопротивления полупроводника,о т л ич а ю щ и й с я твм,что,с целью уменьшения еготрудоемкости, измеряютудельное электрическое сопротивлениенелегированного полупроводника, за"тем производят легирование полупро-водника до концентрации примеси10-10 " см, вырезают из полупроводника столбик, удаляют диффузионнымотжигом примесь из приповерхностнойобласти торца столбика, измеряютраспределение сопротивления по обра-зующей боковой поверхности столбикас помощью скользящего зонда и конГФэлектрическое сопротивлениеприповерхностной областиторца столбика;)оудельное электрическое с противление полупроводника долвгирования 10 - коэфФициент- продолжител2. Способ по и.щ и,й с я тем, чтощей примеси из припласти торца столбиктвм нанесения передфузионного отжига нгеттерирующвго слоя,3. Способ по п, 1, о т л и ч а " ю щ и й с я тем, что удаление легирующей примеси из приповерхностной области торца столбика производят путем испарения в вакуум не менее 10 4 мм тр.ст.Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для контроля полупронодниковых материалов,Известен способ определения коэффициента диФфузии в полупроводниках,основанный на определении скоростиперемещения р-и перехода, образующегося в процессе диффузии примеси,путем изготовления косого шлифа,его окрашивания и измерения расстояния между границей шлифа и р-.п пере(1)Недостатком этого способа является высокая трудоемкость.Наиболее близким к предложенному 15является способ .определения коэффи циента диффузии в полупроводниках,основанный на измерении электрического сопротивления полупроводника(2),Недостаткам этого способа являет- щся высокая трудоемкость, обусловлен"ная необходимостью последовательногомногократного снятия слоев. Способне пригоден для определения коэффициента диффузии примесей, не образую- р 5щих в материале полупроводника р-и.переход.Цель изобретения - уменьшение трудоемкости способа.Это достигается тем, что согласно способу определения коэффициентадиффузии в полупроводниках, основанному на измерении электрического сопротивления полупроводника, измеряют удельное электрическое сопротивление нелегиронанного полупроводника,затем производят легирование полупроводника до концентрации примеси10"-10 смвырезают из полупронодника столбик, удаляют диффузионнымотжигом примесь из припонерхностной 40области торца столбика, измеряют распределение сопротивления па образую"щей боковой поверхности столбика спомощью скользящего зонда и контактов, нанесенных на торцЫ сталбика, 45по измеренному распределению сопротивления графоаналитическй определяют электрическое сопротивление при"поверхностной области торца столбикаи определяют коэффициент дифФузии по формуле(оф)оо " удельное электрическое со"противление полупроводникадо легирования) 60р - коэффициент диффузиипродолжительность отжига,Удаление легирующей примеси иэ приповерхностной области торца столбика производят путем нанесения пе ред проведением диффузионного атжига на торец столбика геттерирующего слоя,удаление легирующей примеси из приповерхностной области торца столбика производят путем испарения в вакуум не менее 10 4 мм рт,ст.На фиг. 1 приведен график распределения примеси по глубине приповерх" ностной области столбика на фиг,2 график эквивалентного распределения примеси по глубине приповерхностной области столбика.Сущность способа состоит в установлении Функциональной зависимости между коэффициентом диффузная легирующего элемента в полупроводник и электросопротинлением поверхностного диффузионного слоя грани столбика полупроводника в направлении градиента концентрации легирующего эле" мента (перпендикулярно плоскости грани), а затем в измерении величины этого электрического сопротивления и вычислении установленной функциональной зависимостью коэффициента диффузии.легирующего элемента в полупроводник.Диффузионный отжиг столбика равномерно легированного полупроводника, при условии, что в любой момент от" жига концентрация легирующего элемента на его поверхности равна нулю, т.е, диффундирананный из объема столбика полупроводника легирующий элемент не задерживается на ега иоверхности, полностью удаляется в среду, контактирующую с этой поверхностью (это условие достаточно хорошо выполняется, когда поверхность столбика полупронодника контактирует с геттером легирующего элемента илй с глубоким, не менее чем 10 4 мм рт.ст., вакуумом, обеспечинающнм безвозвратное испарение легирующего элемента), что приводит к его разлегированию. При этом н начальный момент диффузионного отжига разлегируется лишь приповерхностнаяобласть столбика полупроводника. Чем меньше продолжительность отжига и значение коэффици" ента диффузии легирующего элемента в полупроводник, тем меньше глубина разлегированной области. В случае когда глубина разлегированной припонерхностной области не превышает 1 линейных размерон столбика полупроводника, отношение его разлегированного объема к неразлегиронанному настолько мало (менее, чем 5), что кинетику удаления легирующего элемента через любую его грайь можно рас". смотреть как диффузию примеси из полуограниченного тела со снязынающей границей. Если прикладывать к торцам такого столбика полупроводника металлические электроды и измерить со стороны боковой грани распределениеэлектрического сопротивления по еедлине (от одного до другого электро"да), на полученной кривой электросопротивления разлегированных поверхностных областей торцов столбика полупроводника проявляются контактныезлектросопротивлення между столбикомполупроводника и прилегающими к немуэлектродами, При этом имеется в виду,что электрическое сопротивление стыка электрод-столбик полупроводникане превышает 2 Ъ электрического сопротивления столбика полупроводника(точность измерения электрическогосопротивления последнего) и удель" 15ное злектросопротивленив нелегированного полупроводника гораздо большелегированного, например н 10 -10раз, как в случае кремния, германия, и сплавов кремний-германий при ихлеировании до концентрации 1010 см фосФором, бором, мышьякоми сурьмой. Если величина контактногоэлектросопротивления составляет неменее чем 10 от общего электросопро" 15тивления столбика полупроводника,на полученной кривой его достаточноточно можно определить и с его помощью вычислить коэффициент диффузии,легирующего элемента в полупроводник,Учитывая зто и укаэанный выше интервал возможного изменения отношенийудельных злектросопротивлений нелегированного полупроводника к легированному, допустимая минимальная глубина разлегированной поверхностнойобласти торца столбика полупроводника, с помощью которой можно определить коэффициент. диффузии легирующего элемента в полупроводникфпри отношениу удельных электросопротивлений 10, составляет 0,1 длины столбика полупроводника, а при отношении10 составляет 0,0001%. На,практикетакие маленькие глубины разлегирова-ния достигаются при сравнительно ко-, 45ротких временах диффузионного отжига, что значительно ускоряет процессопределения коэффициента диффузиидегирукюего элемента в полупроводник.по теории диффузии кинетика удалерния примеси из полуограниченного те-:(ла х 0 со связывающей границы х О0.(О, В) 0 в случае ее равномерногораспределения МХ,О)=М=сопзй описывает-ся уравнением .55Х, Яз,Ц=Нзег 1где Б(х, С) - концентрация примеси внекоторой точке тела :,через время у : 60О - коэффициент диффузиипримеси в теле (приусловии, что О не За".висит от Б)ег - функция ошибок Гаусса, 1 Я Распределение примеси в глубь тела по этой зависимости изображено на фиг. 1.Количество примеси удаленной через границу хО сечением Б за время В математически можно записать сле" Дующим образом:ООб 3Й 5 йо МКЦ 1 дх=йоб(.В " Дц ЯГЯ :Н,ЬЫс " З:Н,Ь - БТ,овМИ И,толщину такого полностью разлегиро.- ванного приграничного слоя, которая по величине потери количества примеси эквивалента реальной разлегирован, ной приграничной области тела.Если обозначить эту толщину как.дМ= - ФТ4 у"и откладывать ее с поверхности (с границы) вглубь образца, тогда представляется возможным истинное распределение концентрации примеси (1) через время 1 заменить его эквивалентным распределениемх ЗЮ КМ:Ох дЦ йх,Ц=ЦРаспределение примеси с поверхнос. ти вглубь тела по этой зависимости изображено на Фиг. 2. Если твердым телом является примесной полупроводник, а примесью - легирующий элемент полупроводника, тогда электросопротивление разлегированной поверхностной области полупроводника сечением 1 см 2 и толщиной д(Ч при приведенных выше условиях представляет удельное электросопротивлвние контакта и определяется соотношениемгдето удельное электросопротивление нелегированного полупроводника.С помощью этой формулы сравнительно легко и быстро определяют коэффициент диффузии легирующего элемента в,полупроводник. )1 ля этого через определенное время диффузионного отжига измеряют распределение электросопротивления с поверхности, вглубь образца (измерение проводят со скользящим зондом в течение 1-2 мин) и из полученной кривой оп, 1053189 Техр едактор А.Козо абинец то роши Тираж 703ПИ Государственного комиделам изобретений и отк35, Москва, Ж, Раушск Заказ 8884/51 Подписита СССРтийнаб., д. 4/ ПП Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4 лиал ределяют электросопротиаление 0 между столбиком полупроводника и йриле гающего к нему электроду, Зная авличину удельного электросопротиаления нелегироаанного полупроводникас помощью формулы (5) определяют О.П р и м е р. Определение коэффициента диффуэии лвгирующего элемента - Фосфора в кремнегерманиеаый сплав состава 81 45 нес.е +Се 55 10 вес.% проводят следующим образом.Нелвгироаанный силан указанного состава с удельным электросопротинле" вием=0,45-0,50 Ом см легируют фосФором до концентрацки 0,8-1,0 (5 10 фф см. Затем иэ полученного слитка вырезают столбик сечением 0,5 см" 0,5 см и длиной 1 см, припаивают на его торцы вольфрамовые пластины толщиной по 0,5-1 мм (вольфрам выше температуры 650 С является геттером для фосфора, саязыаает фосфор и образует ЭР) и проводят диффузионный отжиг а эвакуированной до 104 мм рт,.ст, запаянной кварцевой ампуле. После отжига при 750 фС а .течен,)е 1=100 ч; авличина4,8 5,0 10 Ом см.Подстааляют эти параметры а формулу (5) и значение коэФФициента диффузии фосфора в кремнегерманиевый сплав состава 81 45 вес.е+Ое 55 вес.е при 750 С получают равным Р=2,0 2,7 з 10 фсм/с, что достаточно хорошо совпадает с литературными данными Реф 2-3.10 4 см 9 с.В результате использования предлагаемого способа ускоряется и упрощается процесс определения коэффициента диффузии легирующего элемента в полупроводник и снижается трудоемкость способа.