Контроль параметров диффузионных слоев

К параметрам диффузионного слоя относят глубину залегания
p - n-перехода x_j, поверхностное сопротивление слоя R_s (поверхностную концентрацию примеси N_s) и зависимость концентрации примеси от глубины N(x).

Обычно x_j измеряют с помощью сферического шлифа. Для этого вращающимся металлическим шаром диаметром 20 - 150 мм, на поверхность которого нанесена алмазная паста, вышлифовывают лунку на поверхности пластины. Образовавшаяся лунка должна быть глубже уровня залегания p - n-перехода (рис.3.8).

Для четкого выявления p - n-перехода (границ областей) применяют химическое окрашивание. Например, при обработке шлифа в растворе, состоящем из HF (20 вес.ч.) и CuSO₄ (100 вес.ч.), покрывается медью n-область. При обработке в плавиковой кислоте с добавкой
0,1%-ной HNO₃ темнеют p-области.

После окрашивания в поле инструментального микроскопа должны быть четко видны две концентрические окружности. Измерив с помощью микроскопа длину хорды внешней окружности, касательную к внутренней окружности, можно рассчитать глубину залегания p - n-
перехода:

г

Рис.3.8. Принцип измерения глубины залегания р - n-перехода

де l - длина хорды; d_ш - диаметр металлического шара.

Погрешность определения x_j в этом случае составляет около 2 %.

Для определения удельной электрической проводимости тонких диффузионных слоев измеряется x_j и поверхностное сопротивление слоя R_s четырехзондовым методом. Для измерения R_s на поверхности кремния по прямой линии располагают четыре зонда на равных расстояниях друг от друга (обычно 1 нм). Через внешние зонды про-пускают ток I, внутренние зонды служат для измерения падения напряжения U компенсационным
м

Рис.3.9. Схема измерения поверхностного сопротивления диффузионного слоя

етодом. Схема измерения пред-ставлена на рис.3.9.

Удельное сопротивление слоя, или поверхностное сопротивление (Ом/) определяется по формуле

где k - геометрический коэффициент.

В случае образцов, диаметр которых много больше расстояния между зондами S, коэффициент

Удельное объемное сопротив-ление (Омсм) слоя связано с R_s:

где  - удельная проводимость слоя.

С помощью четырехзондового метода можно построить график зависимости распределения концентрации примеси по глубине слоя.
С этой целью измерения R_s чередуют со снятием тонких поверхностных слоев кремния (анодное окисление кремния с последующим стравливанием SiO₂).

Между средней проводимостью слоя и поверхностной концентрацией примеси в слое существует связь, для определения которой необходимо знать закон распределения примеси и исходную концентрацию ее в подложке N_n. Для двух функций распределения (exp и erfc) этот расчет приводится в специальной литературе.