Методы проведения диффузии

Параметры диффузионного слоя определяются видом легирующей примеси и её концентрацией. Технологически сложным является воспроизводимое получение поверхностных концентраций примесей ниже 10^lsc, w'³ при сохранении высокой степени однородности поверхности. Для получения воспроизводимой и регулируемой поверхностной концентрации примеси в полупроводниковой подложке используют:

• — нанесение диффузанта на пластины в ходе диффузии (внешний источник);
• — нанесение диффузанта на пластину до диффузии. Здесь важную роль играет регулирование количества примеси, наносимой на пластины перед диффузией, и обеспечение однородности их поверхности.

Основным требованием диффузионной системы является доставка диффундирующей примеси к поверхности подложки и проведение диффузии при определенной температуре в течение определённого времени.

Необходимо, чтобы диффузионная система удовлетворяла следующим требованиям:

• — возможность регулирования поверхностной концентрации примеси;
• — отсутствие нарушений поверхности подложки при диффузии;
• — возможность проведения процесса одновременно на большом количестве подложек.

Источники примеси подразделяются на внешние источники и примесные покрытия.

Внешние источники подразделяются на: газообразные, жидкие и твердые.

Твердые источники имеют вид: порошка (помещаются в тиглях из кварца, алунда, платины); дисков (твердые планарные источники); вырезанных из материала, содержащего примесь, как правило, в связанном виде (Рис. 3.3).

Примесными покрытиями, из которых осуществляется диффузия примеси, являются: легированные оксиды; предварительно легированный поликристалличсский или аморфный кремний; фоторезисты-диффузанты; высокомолекулярные полимеры, содержащие примеси и т. д.

Существует много методов диффузии. Например, методы открытой трубы. Подложки помещаются в открытую трубу из кварца. Для каждой примеси используют свою трубу и лодочку во избежание загрязнений различными примесями. Подложки вводятся в трубу с одного конца, а с другого подаются газы и примесь. Выходной конец трубы сообщается с атмосферой. Труба располагается по оси нагревателя.

Рис. 3.3. Размещение твердых планарных источников в кварцевой лодочке: 1 — лодочка; 2 — источники; 3 — кремниевые подложки; 4 — испарение примеси.

На Рис. 3.4 представлена диффузионная система твердого источника.

Рис. 3.4. Диффузионная система твердого источника: 1 — ротаметр; 2 — платиновая лодочка с источником; 3 — кремниевые подложки; 4 — кварцевая труба В процессе диффузии газ-носитель переносит нары от источника к поверхности подложки. Чтобы отключить источник, его нужно передвинуть в более холодную зону печи. Однородность легирования сильно зависит от давления паров в источнике. Чтобы регулировать давление паров, источник устанавливают при более низкой температуре, чем температура диффузии.

На Рис. 3.5 представлена диффузионная система жидкого источника. Газ-носитель продувается через жидкость-источник примеси и переносит пары от источника к поверхности подложки.

Рис. 3.5. Диффузионная система жидкого источника 1 — ротаметр; 2 — подложки в лодочке; 3 — кварцевая труба; 4 — жидкий источник На Рис. 3.6 представлена диффузионная система газообразного источника.

Рис. 3.6. Диффузионная система газообразного источника: 1 — ротаметр; 2 — подложки в лодочке; 3 — кварцевая труба; 4 — химическая ловушка; 5 — газообразный источник.

Источником диффузанта служит баллон, содержащий смесь РНз (или B: H₆) и инертного газа (аргон). В качестве газаносителя может использоваться азот в смеси с кислородом.

Импульсный метод

Импульсный метод проведения диффузии из примесных покрытий базируется на использовании интенсивного когерентного (лазерного) или некогерентного светового излучения, электронных и ионных пучков.

В зависимости от длительности воздействия излучения различают три режима отжига: адиабатический (/< 10' с); теплового потока (t = 10'⁶… 10'²с); изотермический (t> 10″ ²с).

В зависимости от условий импульсного нагрева (от экспозиционной мощности излучения) возможно проведение термообработки как в твердой фазе, так и с плавлением рекристаллизацией.

Радиационно-стимулированная диффузия

Диффузия примеси может усиливаться и под влиянием облучения быстрыми частицами, поскольку диффузия в твердых телах осуществляется в основном по дефектам кристаллической решетки, а облучение приводит к образованию таких дефектов.

Общее действие переноса примесей с помощью радиационно-стимулированной диффузии при температурах от 77 до 400 К эквивалентно термической диффузии от 773 до 1573 К.