2.2.3. Задачи диффузионной технологии.

Главными задачами диффузионной технологии является получение заданной поверхностной концентрации примеси, заданной глубины перехода и оптимального профиля распределение примеси одинаковой по площади пластины и партии пластнн. С наибольшей полнотой эти задачи реализуются при двухстадийной диффузии. На первой стадии-стадии осаждения ( «загонка») при температуре 750 ÷ 1000 ⁰С в приповерх­ностном слое полупроводника в течение короткого промежутка времени (1-20 мин.) формируется слой с высоким содержанием легирующего ком­понента. На второй стадии - стадии перераспределения («загонке») при более высокой температуре 1100 ÷ 1200 ⁰C за более продолжительное время (от десятков минут до нескольких часов) окончательно формируются параметры диффузионного сдоя.

Проведение процесса диффузии в две стадии создает ряд преимуществ перед одностадийной диффузией. Упрощается контроль параметров перехода, так как во второй стадии можно вносить коррективы. Облегчаются условия получения маскирующего слоя.

Получаемое (окончательное) распределение примеси , близкое к гауссову, более желательно для большинства приборов, чем распределение, описываемое дополнительной функцией ошибок, характерное для одностадийной диффузии.

Технологические приемы диффузии

Основными технологическими операциями ддаухстадийного процесса диффузии являются:

на этапе "загонка":

- нанесение источника диффундирующей примеси на поверхность полупроводниковой пластины;

- формирование в приповерхностном сдое полупроводника равномерного (по всем точкам поверхности всех пластин), однородного профиля примесей;

- удаление с поверхности пластин окисного источника;

на этапе «разгонка»:

- перераспределение введенной в приповерхностный слой полупроводника примеси до заданной величины поверхностной концентрации и глубины залегания p – n перехода.

Результаты стадия "pазгонка" в целом зависят от скорости и равномерности осаждения источника диффузии, а стадии «разгонка» - от двух одновременно протекающих процессов окисления пластин и диффузии примеси в глубь пластины.

0. 2.2.4. Моделирование процесса диффузионного легирования

На основании анализа механизма и кинетики процесса формирования источника примеси получено [ ] аналитическое выражение скорости осаждения и толщины осаждаемого слоя в зависимости от технологических режимов и конструктивных особенностей элементов диффузионных систем.

Показано, сто скорость осаждения источника диффузии, например, боросиликатного стекла, осаждаемого согласно следующей реакции

4BBr ₃ + 3 O ₂ = 2 B ₂ O ₃ + 6 Br ₂

при поперечно-вертикальном расположении пластин (рис.7) в печи может быть определена из следующего выражения

, (15)

w

С ₁ (0) l l l R_т

r R_п

С ₂ (0) ........

w

L

Рис.7. К схеме модели процесса осаждения источника диффузии

Здесь J( L, r ) - изменение скорости осаждения по длине (L) и радиусу пластины (r) ; A = Mg / r - параметр системы , учитывающий молекулярную массу (М) и плотность осаждаемого слоя r ; g - коэффициент, учитывающий величину скорости образования В ₂ О ₃ , по сравнению с образованием боросиликатного стекла, т.е. комплекса В ₂ О ₃ * SiO ₂; k ₁ - константа скорости образования В ₂ О ₃; С ₁ (0) - концентрация ВВr₃ на входе в реакционную зону; = 2 - отношение стехиометрических коэффициентов у ВВr₃ и В ₂ О ₃ в реакции ( 4 ВВr₃ + 3 О ₂ = 2 В ₂ О ₃ + 6 Br ₂ ); l - расстояние между подложками; w - скорость потока парогазовой смеси в зазоре между стенками трубы и краями пластины; R _п , R _т - радиус подложки и реакционной трубы соответственно; D ₁ - коэффициент диффузии ВВr₃ в потоке газа носителя, например, в аргоне.

Анализ уравнения показывает , что :

- снижение относительной

площади поверхности

осаждения S , приходящейся на

е диницу длины зоны осаждения Dd d

L приводит к уменьшению

неравномерности толщины

осаждаемого слоя Dd и росту

т олщины осаждаемого слоя d

Рис. 8. Зависимость Dd и d

от конструктивного параметра

S /L диффузионной системы

S / L

- увеличение расстояния Dd d

подложкам l также как и

увеличение скорости потока ПГС

w приводит к снижению величины

Dd и одновременному росту d

Рис. 9. Зависимость Dd и d

шага расположения подложек

в зоне осаждения l l (w)

изменение температуры процесса осаждения Т приводит к изменению константы скорости химической реакции k₁ ( k ₁ ~ exp (- E / kT)) и коэффициента диффузии D ( D ~ ( T / 273 ) ^1,75) , а вместе с ними изменяются и скорость осаждения J, толщина осаждаемого слоя d и неравномерность толщины осаждаемого слоя Dd , т. е.

- увеличение температуры Dd d , J

процесса приводит к росту:

скорости J , толщины слоя

осаждения d и его неравно-

мерности D d

Рис. 10. Зависимость Dd,

d и J от температуры процесса

Т ( технологического параметра) Т

- увеличение начальной Dd d

концентрации реагентов ПГС

приводят к росту толщины

осаждаемого слоя d и ее

неравномерности D d

Рис. 11 Зависимость Dd,

d от технологического

параметра - начальной кон-

центрации реагентов С ₁(0) и С ₂ (0).

С ₁₍₂)(0)

Таким образом, процесс рекомендуется проводить :

- при достаточно низких температурах, не нарушая механизма реакций (лимитирующая стадия - транспорт примеси к поверхности осаждения -подложки);-

- при предельно-низких концентрациях активной примеси в газовой фазе и малых концентрациях кислорода;

- при относительно высоких скоростях газового потока, сохраняя ламинарный режим течения его.