5. Формирование легированных слоев в технологии иэот.

Диффузионное легирование полупроводников. Механизмы диффузии. Распределение примесей при диффузии и неограниченного и ограниченного источников. Факторы, влияющие на процессе диффузии. Классификация методов диффузии. Многостадийная диффузия. Локальная диффузия. Виды диффузантов. Контроль параметров диффузионных слоев, и процесса диффузии. Физико-химические основы ионного легирования (ИЛ)Преимущества ИЛ перед диффузией. Аппаратное оформление процесса ИЛ и принципы построения технологических систем для имплантации. Послеимплантационный обжиг в инертной и окислительной среде.

6.1. Распределение примесей при диффузии и неограниченного и ограниченного источников.

При формировании ИМС встречаются два случая диффузии: из бесконечного и ограниченного источников. Под диффузией из бесконечного (постоянного) источника понимают такое состояние системы, когда количество примеси, уходящее из приповерхностного слоя полупроводникового материала, восполняется равным количеством, поступающим извне. При этом поверхностная концентрация примеси остается постоянной, но резко убывает по глубине р-и-перехода (Рисунок 6.1.1).

При использовании ограниченного источника в приповерхностном слое имеется конечное количество атомов примеси, уходящие атомы не восполняются и поверхностная концентрация примеси со временем уменьшается (Рисунок 6.1.2).

Показанное на рисунке распределение N(x) соответствует теоретически рассчитанному. Реальное распределение несколько сложнее за счет влияния диффузии, протекающей в других направлениях, отличных от нормали к поверхности пластины, и наличия ранее введенных в материал примесей.

Рисунок 6.1.1. Распределение примеси N(x) при диффузии из бесконеч­ного (постоянного) источника по толщине пластины х:

N_o - поверхностная концентрация

Рисунок 6.1.2. Распределение примеси N(xj при диффузии из ограни­ченного источника по толщине пластины х:

N₀₁, N₀₂, N₀₃ - поверхностные концентрации в момент времени t₁, t₂, t₃ соответственно; N_o -исходная поверхностная концен­трация

6.2 Локальная диффузия

Рисунок 6.2.1. Схема локальной диф­фузии:

1 - маскирующий оксид; 2 — диффузионная область; 3 — плас­тина; l₁ - размер окна в оксиде; l₂ — размер полученной диффузионной области; l - уширение диффузионной области за счет ис­кривления фронта диффузии; x_j — глубина p-n-перехода

При локальной диффузии следует учитывать искривление ее фронта у края окна в маскирующем оксиде (Рисунок 6.2.1), коте рое увеличивает размеры диффузионной области на Д/ и влияе на форму p-n-перехода. В структурах с малыми размерам] окон глубина p-n-переходов может быть завышена и неоднородна по пластине. Значения l могут достигать 0,8 х_j

При создании активных и изолирующих областей ИМ< часто используют двухстадийную диффузию (Рисунок 6.2.2). Дл; этого вначале в поверхность полупроводникового материал 2 с нанесенным на нее маскирующим слоем оксида 1 вводя определенное количество легирующей примеси из бесконечной источника, создавая ее высокую поверхностную концентрацш при небольшой глубине диффузионной области ("загонка' примеси) (Рисунок 6.2.2, а, б).

Первую стадию проводят при сравнительно невысоки: температурах (950 — 1050° С) в окислительной атмосфере На поверхность наносят слой примесно-силикатного стекл; 4 (поверхностный источник), под которым формируется высоколегированный объемный источник 3 (Рисунок 6.2.2 ,б).

Вторую стадию — диффузионный отжиг, называемую "раз гонкой" (Рисунок 6.2.2, в), проводят предварительно удалив примесно-силикатное стекло. Температура второй стадии выше 1050 -1230° С. Примеси, введенные на первой стадии, перераспределяются, их поверхностная концентрация уменьшается, а глуби на проникновения в полупроводниковый материал увеличивается до заданной x_j. Создается требуемая диффузионная об ласть 5. Температура и длительность второй стадии диффузии определяются заданными параметрами p-n-перехода.

Рисунок 6.2.2. Стадии "загонки" (а, б) и "разгонки" (в) примеси при

проведении двух стадийной диффузии:

1 - маскирующий оксид; 2 -пластина; 3 - объемный источник; 4 — примесно-силикатное стекло; 5 — диффузионная область

после разгонки; 6 — маскирующая пленка для последующей литографии

Процесс ведут в окислительной среде, одновременно формируя маскирующую пленку 6 для последующей фотолитографии.