3.14.2 Алюминий (Al), галлий (Ga) и индий (In)

Столь же технологичных соединений как у бора, Al, Ga и In не имеют.

Al в элементарном виде испаряется при достаточно высокой температуре и активно окисляется кислородом с образованием еще более труднолетучего оксида, поэтому при легировании из газовой фазы следует использовать газы-носители, весьма чистые по кислороду. Чаще используются наносимые на поверхность Si пленки алюмосиликатных стекол, или пленки чистого Al. Такие пленки используются при изготовлении силовых приборов. В технологии ИС Al как легирующая примесь практически не используется.

Применение Ga в технологии кремниевых структур сильно осложнено Т_пл=29 ^о, сравнительно низким давлением паров и окислением с образованием труднолетучего оксида. В обедненной кислородом атмосфере возможно образование GaO₂, который испаряется несколько легче, чем Ga₂O₃ или металлический Ga. Используются также поверхностные источники Ga, содержащие оксиды Si и некоторых других элементов.

In по сочетанию своих физических свойств более удобен для реализации диффузионного легирования, чем Ga, но его применение в качестве примеси, легирующей Si, ограничено достаточно большой глубиной залегания акцепторного уровня (0.16 эВ).

Al, Ga и In диффундируют в SiO₂гораздо быстрее, чем в Si, что существенно ограничивает возможности их использования в планарной технологии.

3.14.3 Фосфор (p) мышьяк (As) и сурьма (Sb)

P имеет относительно высокое давление паров уже при Т≈200 ^оС, в элементарном виде не используется. Широкое применение находит оксид фосфора P₂O₅, заметно испаряющийся уже при 200 ^оС, а также хлорид фосфора PCl₃, оксихлорид фосфора POCl₃. Оба соединения при обычных условиях – жидкости с достаточно высоким давлением паров при невысоких температурах. Они используются при легировании Si в потоке газа-носителя. Используется и газообразный фосфин (PH₃):

2 РH₃ → 3H₂ + 2P.

Твердые планарные источники P при нагревании выделяют пятиокись фосфора Р₂О₅ в газовую фазу, молекулы которой

переносится на поверхность кремниевых пластин и образуют слой ФСС (nP₂O₅∙mSiO₂), из которого происходит диффузия фосфора в объем кремния:

4P + 5 O₂→ 2Р₂O₅,

2 Р₂О₅ + 5Si → 5SiО₂ + 4P.

В качестве ТПИ P используется нитрид фосфора, фосфид кремния или материалы, содержащие Р₂О₅ в связанном виде, которая выделяется при термическом разложении (ФСС, метафосфат алюминия, пирофосфат кремния или другие соединения).

В качестве поверхностных источников обычно используются ортофосфаты кремния, (NH₄)H₂PO₃, ФСС, нередко с примесями других оксидов, в том числе оксидов редкоземельных элементов.

В области малых значений L профили легирования имеют специфический вид, показанный на рис. 3.18.

Рис. 3.18. Профиль Р в Si

Главная особенность – наличие участка с почти постоянной концентрацией примеси, за которым следует более или менее резкий спад концентрации, описывающееся erfc-функцией. Такой эффект наблюдается только при концентрациях P, близких к 10²¹см^-3.