Разработка алгоритмов моделирования процесса формирования базовых областей мощных высоковольтных транзисторов путем одновременного легирования атомами отдачи и бомбардирующими

Шауцуков А.Г. fShAG07@yandex.ru) Кабардино-Балкарский государственный университет

Введение

В настоящее время одним из основных методов создания базовых областей мощных высоковольтных транзисторов является метод двойной односторонней диффузии, включающий последовательную диффузию в базу двух различных р - примесей алюминия и бора [1]. Сначала внедряют примеси с высоким коэффициентом диффузии и малой растворимостью в кремнии, затем примеси с относительно низким коэффициентом диффузии и высокой растворимостью в кремнии, далее проводят термическую разгонку примесей и окисление. Однако, этот способ обладает недостатками, присущими термической диффузии вообще и, в частности, диффузии из твердых источников.

В работе [2] предложен способ формирования базовых областей, основанный на высокотемпературной диффузии галлия. К недостаткам данного способа следует отнести большую длительность процесса (6-8 часов) и высокую температуру процесса (~1200°С).

В работе [3] предлагается способ легирования, основанный на имплантации атомов из предварительно нанесенной на подложку пленки путем бомбардировки полученной структуры ионами инертного газа.

В работе [4] предлагается способ формирования базовых областей, основанный на одновременном легировании кремниевой пластины атомами отдачи алюминия и бомбардирующими ионами бора. В настоящей работе разрабатываются алгоритмы моделирования этого способа формирования базовых областей.

Моделирование процесса формирования базовых областей

Проведение процесса формирования базовых областей путем одновременного легирования атомами отдачи алюминия и бомбардирующими ионами бора подразумевает: нанесение на исходную подложку пленки алюминия (при этом толщина пленки должна быть равной 0,6 от проективного пробега бомбардирующих ионов в нанесенном слое для

выбранной энергии); бомбардировку системы пленка алюминия -кремниевая пластина ионами бора с необходимой энергией и дозой; снятие пленки алюминия; термическую разгонку примеси и формирование слоя

Для разработки режимов формирования заданных базовых областей на первом этапе моделирования определяются профили распределения атомов отдачи алюминия и бомбардирующих ионов бора согласно методике, описанной в работе [5].

На втором этапе моделирования определяется время разгонки внедренных примесей. Алгоритмы расчета необходимого времени разгонки предусматривают: расчет профиля распределения внедренных примесей после разгонки для ряда времен разгонки и сравнение концентрации Al на профиле распределения для координаты, соответствующей толщине создаваемой базы, с исходной концентрацией в подложке.

Если считать, что коэффициент диффузии алюминия и бора не зависит от времени отжига, концентрации дефектов и легирующей примеси, то разгонку внедренных на первом этапе примесей можно описать, заменив в первоначальном гауссовом распределении внедренной примеси ARp на

ARp + 2Dt [6].

Для определения трех параметров D, Rp, ARp, описывающих профиль

распределения атомов отдачи алюминия и бомбардирующих ионов бора в кремнии воспользуемся тремя точками на кривой профиля распределения (рис. 1). В этом случае параметры D, Rp, ARp можно определить из

следующей системы уравнений:

(1),

(2), D = 42nP2 AR exp

x2 - R

2 p

p )

(3),

2 z - 2

где z

x3 x1

ln (.

(4).

x3 x2

Рис. 1. Аппроксимация профиля распределения легирующей примеси в кремнии по трем точкам P1(X1), P2(X2), P3(X3).

п -3 , л г220 С см 1 10

Рис. 2. Профили распределения внедренной примеси Al и B после термического отжига при температуре T=1150 0С в течение времени: t1=80 мин (----), t2=170 мин (-), t3=120 мин (-----).

Согласно разработанным алгоритмам был проведен численный эксперимент. Исходными данными для проведения численного эксперимента являлись: профили распределения атомов отдачи алюминия и бомбардирующих ионов бора в кремниевой подложке, полученные на первом этапе моделирования; температура разгонки; диапазон и шаг изменения времени разгонки; коэффициенты диффузии алюминия и бора в кремнии, соответствующие температуре разгонки; толщина базового слоя; глубина залегания p-n перехода база-коллектор. Результаты численного эксперимента представлены на рисунке 2. Анализ полученных данных показал, что бомбардировка структуры пленка алюминия (толщиной 0,17 мкм) -кремниевая подложка ионами бора с энергией 100 кэВ, с последующей разгонкой имплантированной примеси при температуре 1150°С в течении 150 минут, обеспечивает создание необходимого профиля распределения примесей в базе.

1. Разработаны алгоритмы моделирования процесса формирования базовых областей мощных высоковольтных транзисторов путем одновременного легирования атомами отдачи и бомбардирующими ионами, включающие расчет профилей распределения атомов отдачи алюминия и бомбардирующих ионов бора в подложке, расчет времени разгонки внедренных примесей.

2. Проведен численный эксперимент по определению режимов формирования базовых областей транзисторов для интегрального регулятора напряжения.

Литература

1. Мазель Е. З. Мощные транзисторы. - М.: Энергия, 1969.

2. Фесюк К. Л., Старков В. И. и др. Исследование и разработка процесса диффузии галлия для создания базы высоковольтных кремниевых приборов. Сборник Технология полупроводниковых приборов Таллин. Валгус. 1982.

3. Патент ЕПВ № 067090. Способ легирования полупроводниковых приборов.

4. Авторское свидетельство № 1290951. Способ создания базовых областей мощных высоковольтных транзисторов. Шауцуков А.Г. и др.,

1985.

5. Моделирование процесса одновременного легирования атомами отдачи и бомбардирующими ионами при бомбардировке структур пленка-подложка. М. Микросистемная техника (в печати).

6. Siedel T.E., Davis R.F., Iglesias D.E. Double-drift region ion implanted millimeter wave IMPATT diodes. - IEEE, 1971, vol. 59, p.1222-1223.