4.6.2. Диффузия из жидкой фазы

При больших парциальных давлениях концентрация примеси в поверхностном слое может быть такой, что возникнет жидкая фаза.

Al, In, Ga на поверхности кремния образуют жидкий сплав. Поверхностная концентрация определяется только термодинамическими свойствами системы примесь-полупроводник и равна предельной растворимости примеси при данной температуре диффузии.

Второй тип взаимодействий на поверхности заключается в быстрой химической реакции донорной или акцепторной примеси с полупроводником.

4.6.3. Диффузия из твердой фазы

Это диффузия из твердого раствора примеси в одной области полупроводника в другую свободную от примеси область полупроводника.

4.7. Способы проведения диффузии

Диффузионные процессы проводят в закрытой или открытой трубе.

В первом случае рис. а, пластины полупроводника 1 и источника 2 загружают в кварцевую ампулу 3, которую вакуумируют, герметизируют и помещают в печь 4.

Термин “открытая труба” обусловлен тем, что выходной конец диффузионной трубы сообщается с атмосферой (рис. б – д), через него в зону диффузии загружают кремниевые пластины 1. Чтобы свести к минимуму загрязнения из атмосферы, над выходом трубы 2 устанавливают вытяжную систему. Во входной конец диффузионной трубы вставляют шлиф для введения газа носителя 3 – азота или кислорода. Диффудент А либо наносят на поверхность пластины (б) либо вводят в виде пара или газа в газ носитель (в).

г) – схема двухзонной печи, применяемой в основном для диффузии из твердых источников методом открытой трубы.

д) – схема бокс-метода. Пластины и источник находятся в полугерметичном контейнере 5 однозонной печи.

Наибольшее распространение имеет диффузия в открытой трубе, проводимая из твердых, жидких и газообразных источников.

5. Основы ионного легирования

Интенсивная разработка метода ионного легирования (ионной имплантации) полупроводников началась как в нашей стране, так и за рубежом в начале 60-х годов.

Интерес к методу ионного легирования (ионно-лучевого легирования) вызван тем, что он обладает рядом существенных преимуществ по сравнению с традиционно существующими – диффузией, вплавлением и легированием из расплава.

Сравнительно низкая температура обработки полупроводниковых подложек, точный контроль глубины и профиля распределения примеси, гибкость и универсальность, возможность полной автоматизации – основные достоинства метода.

5.1. Понятие о технологии ионного легирования

Ускоренный ион, внедряясь в полупроводниковую пластину, являющуюся мишенью, теряет энергию и производит так называемое ионное легирование. Это явление можно рассматривать как рассеяние падающих ионов на отдельных атомах, образующих твердое вещество.

Процесс ионного легирования зависит от:

1) скорости ионов,

2) массы ионов,

3) материала мишени,

4) ориентации пучка.

Так как при этом ионы пучка и кристаллической решетки взаимодействуют, возникает ряд интересных явлений.

На рисунке приведена схема распределения внедренных ионов в кристалле.

А – область, в которой распределение имеет такой же вид, как и в аморфной мишени.

Б – область деканалирования.

В – распределение атомов, создаваемое каналированием.

Внедряя ионы III и V групп в монокристалл кремния можно получить p-n-переход в любом месте, на любой площади. Для аморфных тел глубина внедрения ионов пропорциональна ускоряющему напряжении, и ее можно регулировать, изменяя энергию падающих ионов. Используя ионы высокой энергии в результате их глубокого проникновения в кремний n-типа можно получить скрытую область p-типа и, наоборот в p-кремнии создать скрытую область n-типа.

Низкая энергия Высокая энергия

Переход, образованный в результате ионного легирования.

Основное преимущество метода ионного легирования перед диффузией – это свобода выбора легирующей примеси независимо от вида полупроводникового материала, так как при ионном легировании нет необходимости учитывать степень растворимости примесей и коэффициент диффузии.