Перераспределение легирующих примесей на границе раздела фаз

При термическом оксидировании кремния между Si и SiCb формируется 1раница раздела. В ходе оксидирования эта граница продвигается вглубь кремния. Легирующая примесь, первоначально располагавшаяся в кремнии, будет перераспределяться на границе раздела фаз до тех пор, пока её химический потенциал не станет одинаковым по обеим сторонам границы раздела. Такое перераспределение может привести к резкому изменению концентрации примеси при переходе через границу раздела. Отношение равновесной концентрации легирующей примеси в кремнии и её равновесной концентрации в SiCb на границе раздела фаз называется равновесным коэффициентом сегрегации.

К факторам, которые оказывают влияние на процесс перераспределения примеси, относятся коэффициент диффузии примеси в оксиде (если этот коэффициент большой, то легирующая примесь может очень быстро диффундировать через оксид, влияя этим на профиль распределения примеси вблизи границы раздела фаз Si-SiCb) и скорость с которой граница раздела перемещается в глубь кремния по отношению к скорости перемещения диффузионного фронта.

На Рис. 2.6 представлены характерные варианты сегрегации примеси на границе раздела фаз Si-SiCb.

Рис. 2.6. Сегрегация примеси на границе раздела фаз Si-SiCb, происходящая при термическом оксидировании: а — медленная диффузия в оксиде (бор); б — быстрая диффузия в оксиде (бор в атмосфере Н₂); в- медленная диффузия в оксиде (фосфор); г — быстрая диффузии в оксиде (галлий) Определяемый экспериментально коэффициент сегрегации называют эффективным или граничным коэффициентом сегрегации. Очень важно знать этот коэффициент для понимания поведения профиля концентрации примеси на границе раздела фаз, так как коэффициент определяет электрические характеристики.

Непосредственное определение коэффициента сегрегации возможно при использовании метода вторично-ионной массспсктроскопии (ВИМС), с помощью которого можно выявить значения концентрации примеси в оксиде и кремнии.

Коэффициент сегрегации для бора. Коэффициент сегрегации возрастает с увеличением температуры и зависит от ориентации подложки. Для ориентации поверхности кремния (100) коэффициент сегрегации выше, чем для ориентации (111). Значения коэффициента сегрегации лежат в диапазоне 0,1… 1 для интервала температур 850… 1200 «С.

Для фосфора, мышьяка и сурьмы, когда легирующая примесь сегрегируется в кремнии (накапливается), коэффициенты сегрегации имеют значения 10, хотя для мышьяка были получены значения 800 при температуре 1050 °C.

Для гелия, который очень быстро диффундирует через оксид, коэффициент сегрегации составил — 20.