3.13.4 Метод параллельного источника

Этот метод во многом сходен с рассмотренным выше. Принципиально отличаются лишь источники диффузанта: они представляют собой пластины, располагаемые между пластинами легируемого материала (рис. 3.16). Например, для легирования бором используют пластины нитрида бора.

Рис. 3.16. . Установка твердых планарных источников и пластин кремния – в кварцевой кассете: 1 – кварцевая кассета; 2 – твердые планарные источники; 3 – пластины

3.14. Источники диффузанта

Рассмотрим основные свойства некоторых легирующих элементов и их соединений, используемых для легирования Si.

3.14.1 Бор (В)

В элементарном состоянии не используется потому, что температура, при которой он имеет приемлемое давление паров, слишком велика, и поэтому затруднительно получить его пленки или создать необходимое давление пара в атмосфере, окружающей полупроводник. Обычно используются разнообразные соединения бора с водородом, кислородом или галогенами.

Газообразные соединение бора с водородом В₂Н₆ (диборан) при обычных условиях является веществом газообразным, в чистом виде склонным к саморазложению, взрывоопасным и токсичным. Реально используется смесь диборана (порядка 5%) с Ar. Эта смесь после соответствующего разбавления азотом или аргоном используется при легировании из газовой фазы.

БСС (nB₂O₃∙mSiO₂) широко используются в качестве источников диффузанта, наносимых на поверхность полупроводника. Одним из наиболее распространенных способов формирования таких пленок является пиролиз смеси тетраэтоортосиликоата с борной кислотой.

Окисел бора В₂О₃ является одним из наиболее часто используемых диффузантов. Это соединение начинает заметно испаряться при температурах порядка 700 ^оС, что позволяет использовать его при легировании из газовой фазы. Для этих же целей могут использоваться БСС с относительно большим содержанием бора (≥10%).

Молекулы источника примеси проникают к поверхности пластин через слой жидкого стекла. На поверхности идут химические реакции с освобождением элементарной легирующей примеси, которая и диффундирует в полупроводниковую пластину:

2 B₂O₃ + 3Si → 3Si0₂ + 4В.

Слой стекла защищает поверхность пластин от испарения, попадания посторонних частиц, эрозии и поглощает примеси с поверхности Si.

Поверхностные источники бора на основе БСС широко используются для создания легированных слоев значительной толщины, которые нужны при изготовлении силовых полупроводниковых приборов.

Основным материалом для изготовления твердых источников бора является нитрид бора – BN. Они отличаются стабильностью и длительным сроком службы. BN устойчивое и трудно испаряющееся соединение. Его окисляют с целью образования поверхностного тонкого слов В₂О₃, который при температурах диффузии находится в жидком состоянии и переходит в газовую фазу в результате испарения. Содержание кислорода должно быть 1-2%, чтобы на поверхности Si образовывалась пленка оксида, проницаемая для бора.

Из галогенидов бора используются BCl₃ и BBr₃:

4 BBr₃ + 3 O₂ → 2B₂O₃ + 6 Br₂.

В обычных условиях это жидкости с Т_кип порядка 200 ^оС, обладающие приемлемыми давлениями паров, и поэтому они используются при легировании Si из газовой фазы.

Существенно, что бор диффундирует в оксиде кремния гораздо медленнее, чем в кремнии.

Для случая локальной диффузии бора в Si схема диффузионного очага изображена на рис. 3.17.

Рис. 3.17. . Схематическое представление диффузионного очага при локальной диффузии бора в кремний