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硼烷在半导体掺杂中起到的作用
来源: | 作者:pmof11368 | 发布时间: 2017-03-12 | 735 次浏览 | 分享到:


外延层的导电类型和电阻率取决于掺杂。在外延过程中,掺杂剂将同时或者间歇性地进入外延层中。在硅外延时,硼烷(B2H6)通常用做p型掺杂剂,而磷烷(PH3)或者砷烷(AsH3)用做n型掺杂剂。它们的可燃性和毒性。这些气体都是剧毒并且在室温以上不稳定,因此通常需要用大量的氢气稀释。因此,这些氢化物掺杂气体从气相进入外延层中不会遵循某一简单的规律。为了使外延层中的掺杂浓度与气相状态时的浓度相对应,只能针对具体的生长条件和外延炉来确定工艺参数。影响掺杂剂掺杂的主要因素包括生长温度、生长速度、气相中的掺杂剂浓度以及外延炉的几何形状。

另外,由于掺杂气体和硅源气体之间的交互或者竞争作用,使得掺杂过程变得相当复杂。研究发现B2H6PH3对硅沉积速度有相反的作用,即前者提高沉积速度,而后者抑制沉积速度。研究还发现,在高温下PH3能化学吸附在硅片上,并分解参与形成Si—H键;氢在高于400时脱附,从而形成含磷层,它们在550时吸附最显著。一旦被吸附,PH3将稳定在SiH4气流下,从而有效地钝化了硅表面,抑制了掺磷外延层的生长速度。另一方面,B2H6具有非常小的粘附系数,很容易在硅表面直接分解而形成硼。吸附的B2H6有利于硅源气体在硅片表面的异质反应,从而提高生长速度。另外,掺杂剂进入硅外延层的数量还受生长速度的影响。图2.2-32显示了在砷掺杂中,杂质浓度和硅生长速度的典型关系曲线。在高生长速度时,砷的掺杂由表面动力学(如表面吸附和扩散)决定;而在低生长速度时,掺杂过程则由质量输运控制。