高浓度砷在硅中扩散分布的估算

为简化砷扩散表面浓度的估算,推导了一个仅依赖于结深 x_i 和薄层电阻 Rs 的简单表示式:Cs=(1.56×10~(17)/(x_i·Rs))。此式是由实验的迁移率数据和砷扩散方程解的多项式近似值而得到的。由五种不同类型砷源的扩散数据表明,当 Cs≥ni 时 Cs 的这个表示式可准确在15%之内。     

用真空扩散法制作砷发射极晶体管

日本富士通研究所进行了以砷为源,用真空扩散方式制取发射极的晶体管研究工作。这种方法在提高发射极-基极特性和高频特性方面有显著效果。这种砷发射极扩散方法和以前的掺氧法以及掺粉末状硅的真空扩散法相同,前一方法在发射极扩散之后,由于氧化层残留在硅表面上,使得引出发射极电极工艺不太容易,而后一     

硅中浅结高浓度砷扩散

一、引言近几年来,硅双极晶体管有很大发展,在 L、S 波段达到了实用阶段,并正向 C 和X 波段进展。这些进展的取得,主要是工艺上的改进。如光刻能刻出1微米左右的条宽,用离子注入代替热扩散,用多层金属化来作浅结的电极欧姆接触。还有,就是发射区的形成用砷扩散代替了磷扩散。本文介绍硅中浅结高浓度的砷发射极扩散问题。     

在硅中络合物形成对砷扩散的影响

当砷扩散入硅中时,仅有一部分砷保留电活性。因为砷作为发射极掺杂剂是重要的,所以了解不活泼的砷的性质和它如何影响 As~ 离子的溶解度和扩散是很必要的。提出了一个模型,在该模型中,当与〔VsiAs_2〕络合物形成准平衡时,As~ 的扩散是通过一个简单的空位机构,游动的单质 As~ 的通量根据〔VsiAs_2〕络合物形成的程度而作修正。讨论了缺陷的结构和它的形成能(≈1.8电子伏)。采用这一模型推导出一个有效扩散系数:D_As=2DiC_A/(1 8 K′_2C~3_A)式中 C_A 是 As~ 浓度,K′_2是一个依赖于 As~ 表面浓度和扩散温度的集合参数。给出了该方程的准确性的实验检验。这一定量分析的重要结果表明了 D_(AS)随砷浓度的增加而达到一个极大值,然后又单调地下降。出现 Dmax 的砷的浓度是依赖于总的砷表面掺杂和扩散温度。总的砷与电活性 As~ 之比值在1300℃下下降到1。在1250℃下表明了As~ 溶解度达到一极大值,在 P—Si 中是1.5×10~(21)原子/厘米~3,在n—Si 中是1.2×10~(21)原子/厘米~3。     

气氛对硅中砷扩散的影响

掺砷氧化物方法常常用于硅中的高浓度砷扩散。从掺砷氧化膜向硅中扩散砷,通常是在氧气氛中进行扩散的。本文叙述在扩散过程中气流由氮气变为氧气以代替过去始终使用纯氧气氛的情况下,在硅表面一定深度内硅中砷浓度的增加。表1列出了气相淀积掺砷氧化膜的气体克分子数。由四乙基原硅酸盐(TEOS)、     

掺杂砷的氧化物向硅中扩散

参考了司各脱和奥林斯蒂德关于硼和磷向硅中固—固扩散的工作以后,使用同样的方法把砷扩散到硅中。其过程分为两个步骤:(a)这种方法的实质是用正硅酸乙酯蒸汽〔TEOS〕的氧化分解在加热到400℃～500℃之间的硅衬底上淀积硅氧化物。司各脱和奥林斯蒂德采用了一个不同的方法并用 TEOS 的裂化完成了分解,其中不包含氧气而只需要一个较高的衬     

硅平面微波晶体管基区的乙硼烷扩散技术

引言本文报导一种适用于研究和制作电流增益带宽乘积f_r达5千兆赫的平面微波晶体管的硼扩散技术。通过淀积最小厚度的硼玻璃来实现硼扩散。硼玻璃厚度最小可使杂质分布均匀,从而使杂质中心限定为一定量。为达到这种目的,选择了最佳扩散参数——气体掺杂     

双极器件中硅基区和锗硅基区的禁带变窄量

采用一种新的方法计算双极器件中离子注B硅基区和原位掺B的锗硅基区禁带变窄量．在器件基区的少子迁移率、多子迁移率和方块电阻已知的情况下,应用这种方法只需测量室温和液氮温度下的电学特性就可以获得禁带变窄量．这种方法从双极晶体管的集电极电流公式出发,利用VBE做自变量,在室温和液氮温度下测量器件的Gummel图,选取lnIC随VBE变化最为线性的一部分读出VBE及相应的IC数值,获得两条VBE-lnIC直线,通过求解两条直线的交点可以计算出基区的禁带变窄量ΔEG．利用这种方法测试了硅双极器件和锗硅基区双极器件,其基区禁带变窄量分别为41meV和125meV,这个测量结果与文献中的数值符合较好．     

双极器件中硅基区和锗硅基区的禁带变窄量

采用一种新的方法计算双极器件中离子注 B硅基区和原位掺 B的锗硅基区禁带变窄量 .在器件基区的少子迁移率、多子迁移率和方块电阻已知的情况下 ,应用这种方法只需测量室温和液氮温度下的电学特性就可以获得禁带变窄量 .这种方法从双极晶体管的集电极电流公式出发 ,利用 VBE做自变量 ,在室温和液氮温度下测量器件的Gum mel图 ,选取 ln IC随 VBE变化最为线性的一部分读出 VBE及相应的 IC数值 ,获得两条 VBE- ln IC直线 ,通过求解两条直线的交点可以计算出基区的禁带变窄量ΔEG.利用这种方法测试了硅双极器件和锗硅基区双极器件 ,其基区禁带变窄量分别为     

低温热处理期间硅中砷的异常扩散

业已发现,对于硼在砷扩散层下面的情况来说,在低温热处理期间,砷的扩散被加速了。其扩散系数与一般扩散系数相比是非常之大的,而且与处理时间有关。在700℃、5小时的扩散条件下,砷的有效扩散系数是1×10~(-16)厘米~2/秒,对于700℃、170小时的扩散,其有效扩散系数为7×10~(-18)厘米~2/秒。这样一种现象可能是由于在这些处理过程中形成过量的空位。对于以砷做发射极掺杂剂的 npn 晶体管说来,这也会引起发射极陷落效应。     

砷在硅中的浓度同扩散的关系

在实验中应用了波尔兹曼-马塔诺分析法,测定了砷扩散到硅中引起的杂质原子的分布。由此分析推断出在高的砷浓度下砷浓度同扩散系数的关系。此外,采用理论同实验相比较的方法,对砷在硅中的本征扩散率作了估价。     

在离子注入—扩散晶体管中的基区延迟

利用电容法、剥离法和二次离子质谱(SIMS)技术测出了在发射极砷扩散之前注入基区的硼的分布。与没有砷的具有类似工艺过程的器件相比较表明:这些杂质之间的相互作用的最终效果是使总的基区杂质浓度在接近发射极边缘有一个过份的下降。这个结果与考虑到离子配对、场效应和局部空位欠饱和的Fair计算的分布比较一致。     

低温大注入多晶硅发射极硅双极晶体管电流增益的定量模拟

已有的理论和实验都已证明，多晶硅发射极硅双极晶体管适合于低温工作，但至今为止，其完整的大注入时电流增益的理论分析还不成熟，特别是进行定量的计算。本文定量地模拟了低温７７Ｋ和常温３００Ｋ下多晶硅发射极硅双极晶体管电流增益与集电极电流密度的关系，并且分析了低温和常温下决定该晶体管电流增益大注入效应的主要物理效应。     

掺杂氧化物源向硅中的高浓度砷扩散

研究了掺砷 SiO_2和掺砷 Ge/SiO_2扩散源的性质随卧式开管淀积箱中 O_2浓度的变化。氧化物中掺入 Ge 的作用是增加腐蚀速率,以及减少 AsH_3氧化时所引入的 As_2O_3。元素 As 在氧化物中进行扩散要比As_2O_3快得多,这就增加了跨越硅—氧化物交界面处 As 的输运。可以看到氧化物的予扩散 H_2退火产生类似的作用。由改变淀积箱中的 O_2浓度 Co_2来控制源的掺杂,扩散结果表明,其薄层电阻 Rs 是随(Co_2)~(-1)而变化。借助于氧化物中 As 的克分子数 C_(AS)~(sio)_2,则 Rs α(C_(AS)~(SiO_2))~(-2)。可看到对于 t≥40分时,Rs 是随时间按 t~-1/2减小。对于较短时间,由于 As 电激活部分表面浓度的变化,As 扩散变得复杂起来。分别表示了Si 中 As 扩散的各种分布,并借助于与扩散系数有关的浓度对扩散方程的介进行了讨论。然而,可以看到,在 H_2中的预退火引起随后扩散的 As 是有反常的电学分布。     

热处理后砷硅玻璃结构的变化

研究了用作硅中扩散源的含砷的二氧化硅玻璃。这种玻璃是在由四乙氧基硅烷蒸气、三氯化砷蒸气和氧气组成的混合气氛中于500～700℃的温度下淀积在加热的硅衬底上的。采用红外分光光谱学和电子衍射分析等方法研究了这种玻璃的结构及其在氧气气氛、氢气气氛、氮气气氛和真空中进行热处理后结构的变化。同时也测量了玻璃的密度、三氧化二砷克分子含量的百分比和折射率。经过氢气中热处理后,玻璃中的三氧化二砷很容易还原为砷,而随后在氧气中进行热处理时砷又再氧化为三氧化二砷。如果在氧气中进行长时间的热处理,玻璃表面会结晶化。在氧气中进行热处理后引起的破坏可以由这种玻璃的软化点低和热膨胀系数大来解释。     

硅中横向扩散的研究

考虑了同制造一定类型的场效应晶体管有关的扩散方程的若干解,并且用图表给出了结果。首先,对于杂质的恒定阶跃函数源考虑了二维解,同时为了进行横向扩散的设计计算,以方便的形式给出了计算的结果。然后讨论自无限源扩散的若干情况,即阶跃函数源通过一个窄掩蔽窗口的扩散,在氧化物的窄条下面的扩散,在小的掩膜下面自小的瞬时源和自瞬时源阶跃函数的扩散。讨论了对两阶扩散过程扩展这个工作的困难。     

发射极-基极-发射极结构PNP型AlGaAs/GaAsHBT电流增益的理论分析

建立了 PNP型异质结双极晶体管基区少数载流子浓度的解析模型 .理论分析了发射极 -基极 -发射极布局的PNP型 HBT的电流增益 .讨论了不同基极电流成分 ,如外基区表面复合电流 ,基极接触处的界面复合电流 ,基区体内复合电流 ,以及刻蚀台面处的台面复合电流对电流增益的影响     

用旋涂砷硅膜作源的高表面浓度浅结砷扩散

采用液态的砷硅玻璃膜作掺杂源进行高浓度、结深小于1微米的砷向硅中的扩散。报导了源浓度、源厚度和扩散气氛对扩散结果的影响。在1000℃下得到的电活性砷表面浓度为1.7×10~(20)/厘米~3。这大约相当于总砷浓度的60%。扩散的砷层处于准平衡状态,因此,其电活性砷的总量可用热处理来改变。当掺杂剂浓度从5×10~(19)/厘米~3上升到其最大值(约为2×20~(20)/厘米~3)时,则砷的扩散系数增加50倍。D 随电子浓度约成线性地增加。报导的结果与最近描述的模型是一致的,即在低温处理下,砷是通过带负电的空位和砷丛聚而扩散的。     

全离子注入薄基区硅晶体管的研究

针对数字电路的开发和应用,设计了一种薄基区晶体管,其横向结构采用单侧基极引出.采用全离子注入,实现了基区宽度为80～100 nm的npn纵向结构.基极用电压输入,Vbe在1.2 V附近时,跨导峰值gmac(△Ic/△Vbe)=0.4 mS,βac(△Ic/△Ib)=2.5.当Vbe从0.5 V变到1.2 V时,gmac/gm比βac/β大得多.跨导比电流增益更能准确地描述器件特性.这种器件更倾向于电压控制型器件,用输入电压的变化可以很方便地控制器件开关状态的转换,特别适合于数字电路的开发和应用.采用研制的器件连接了双稳态电路,在电压脉冲的控制下实现了双稳态的翻转.