Изготовление самосовмещенного

Модели и механизмы диффузии

Изучение диффузии ведется в направлении создания на основе экспериментальных данных точных моделей, которые давали бы возможность предсказать протекание процесса диффузии путем теоретического анализа. Конечная цель – возможность расчетным путем определять электрические характеристики изделий электроники на основе задаваемых технологических параметров процесса диффузии.

Диффузионные модели развивались с позиций двух основных приближений:

1. 
   Теории сплошных сред с использованием уравнений диффузии Фика. Адекватность модели, исходя из диффузионного уравнения Фика и соответственно коэффициента диффузии, контролируется экспериментально путем измерения поверхностной концентрации.
   
2. 
   Атомистическая теория, которая принимает во внимание взаимодействие между собственными точечными дефектами (вакансиями и междоузельными атомами) с одной стороны и примесными атомами с другой.
   

Перераспределение легирующих примесей на границе раздела фаз:
Легирующая примесь, первоначально располагавшаяся в одной части кремния, будет перераспределяться в другую часть до тех пор, пока ее химический потенциал не выровняется по обеим сторонам границы раздела областей, что может привести к сглаживанию профиля концентрации примесей в объеме кремния.
Равновесный коэффициент – отношение концентрации легирующей примеси в Si к концентрации примеси в SiO₂. Он определяется экспериментальным путем и может отличаться от равновесного значения и зависит от:

• 
  химических потенциалов на границе раздела сред;
  
• 
  кинетики перераспределения примеси в контактирующих слоях;
  
• 
  коэффициентов диффузии;
  
• 
  вида примесей в контактирующих слоях. К основным механизмам диффузии относят:
  
• 
  вакансионный;
  
• 
  прямое перемещение по междоузлиям;
  
• 
  эстафетный (непрямое перемещение по междоузлиям);
  
• 
  краудионный;
  
• 
  диссоциативный.
  

Бор, фосфор в кремнии диффундируют по вакансионному механизму, элементы первой и седьмой групп периодической системы – по междоузельному.

Рис 9.7. Вакансионный механизм

Диффузия по вакансиям – это такой механизм, при котором мигрирующий атом (примесный или собственный) перемещается на место вакансии, а на его месте в узле кристаллической решетки образуется новая вакансия.

Рис 9.8. Диффузия по междоузлиям

Данный механизм сопровождается переходом мигрирующего атома (как правило примесного) из одного междоузлия в другое без его локализации в узлах кристаллической решетки.

Рис 9.9. Эстафетный механизм диффузии

В отличие от междоузельного механизма диффузии, примесные атомы внедряются в узлы кристаллической решетки, вытесняя при этом собственные атомы в междоузельное пространство.

Рис 9.10. Краудионный механизм диффузии

Данный механизм тесно связан с эстафетным. При этом междоузельный атом, расположенный посередине между двумя узлами решетки, перемещается в направлении одного из них, смещая его из положения в узле решетки. Вытесненный атом становится междоузельным и занимает промежуточное положение в решетке.

Диссоциативный механизм диффузии связан с распадом комплексов молекул и диффузией составляющих их компонент (атомов или ионов) в кристаллической решетке.

11.