Практичні способи проведення дифузії

Дифузійне введення домішок в напівпровідник вперше був використаний для створення p – n переходів. Цей спосіб використовується і зараз. Розроблено багато різних способів проведення дифузії. Найбільш широке застосування в планарній технології знайшов спосіб дифузії домішок в кремній в потоці газу – носія (або спосіб відкритої труби).

Як джерело дифузантів можуть використовуватися рідкі або газоподібні речовини. Схема установки показана на рисунку

Рис.3 Схема установки дифузії в потоці газу – носія для рідких ( а ) і газоподібних ( б ) джерел домішки: 1 – трубчата піч; 2 – кварцова труба; 3 – підкладки; 4 – посудина з рідким джерелом домішки.

Для випаровування рідкого джерела домішки достатньо підтримувати його температуру в інтервалі 20 – 40 С. Найільш широке застосування знайшли галогеніди бору і фосфору. Наприклад трихористий фосфор хлор-окис фосфору і трибромистий бор . В кварцову трубу направляються три потоки газу: основний потік азоту зі швидкістю

слабкий потік такого ж газу, який попередньо проходить через рідкий дифузант і слабий потік кисню . При використанні рідких джерел наявність кисню в складі газу – носія має принципове значення, бо приводить до одержання оксидів домішки.

Так, для в зоні дифузії проходять такі хімічні реакції:

При взаємодії тонкої плівки з утворюється сполука типу

( боросилікатне скло ).На поверхні при реакції

проходить виділення дифундую чого в елементарного бора.

Аналогічні реакції проходять для сполук і , які використовують для дифузії фосфору в кремній:

Розглянуті хімічні реакції супроводжуються утворенням галогені дів здатні травити поверхню кремнію. При достатньому вмісту кисню в газовому потоці (більше 7... 10%) травленню кремнію запобігає утворення плівки SiO₂.

Недоліком дифузії рідких дифузантів являється те, що джерела і продукти реакції являються отруйними речовинами.

При використанні газоподібних джерел застосовують, як правило, гідриди домішок, наприклад: фосфін , діборан , арсиноводень AsH ..

В атмосфері реакційної камери відбувається розкладання фосфіну при температурі вище 440 і утворення оксиду фосфору:

На поверхні кремнію проходять реакції

Позитивною особливістю такої дифузії є можливість досить просто регулювати поверхневу концентрацію в широких границях, змінюючи склад гідридів в інертному газі.Недолік методу полягає в токсичності газоподібних джерел.

16 Впровадження домішки у напівпровідниках шляхом іонної імплантації

Метод іонного впровадження заключається в тому, що на поверхні напівпровідникової підкладки визначеної орієнтації подається пучок прискорених іонів домішки. При цьому використовують спеціальні гармати, в яких атоми домішки іонізуються і прискорюються в електричному полі до високих енергій. Іони проникають в глибину пластини.

Розглянемо якісну картину імплаптації. Прискорені іони зіштовхуються з електронами та атомами напівпровідника і гальмуються. Згідно теоретичної моделі процесу іонний пучок, який падає на поверхню кристалу розкладається, на два: безладний та каналувальний.

Безладний (невпорядкований) пучок має частинки, які ударяються об поверхню кристала поблизу регулярних атомів кристалічної гратки, на відстані, яка менша деякої критичної. Взаємодіючи з цими атомами, іони сильно розсіюються. Тому для безладного пучка кристал являється немов би аморфним тілом.

Каналувальний пучок складається з частинок, які не мають зіштовхувань з поверхневими атомами, можуть далі рухатися по міжвузловому простору кристалічної гратки, вздовж атомних площин, немов би по каналам.

Як тільки іон попадає в канал, то на нього починають діяти потенційні сили

атомних рядів і направляти його в центр каналу. Завдяки цьому іон досить глибоко проникає в підкладку. Це призводить до появи «хвостів» концентрації атомів домішки і «хвостів» концентрації вільних носіїв заряду.

Зменшити вплив цього ефекту можна при зміні кута нахилу пучка іонів щодо підкладки. При цьому кут повинен бути меншим . Зменшити цей вплив можна також за допомогою покриття аморфними шарами і .

При відсутності ефекту каналування розсіювання іонів носить випадковий характер і розподіл їх пробігу описується функцією Гауса. Розподіл концентрації домішки дається виразом , де ь доза опромінювання, рівна кількості іонів що бомбардують одиницю поверхні за час впровадження; середня проекція пробігу; середнє квадратичне відхилення пробігу. Проникнення домішки в підкладку показано на рис. 1.

	Рис. 1. Глибина проникнення домішки в підкладку. R - середня проекція пробігу; R- середнє квадратичне відхилення проекції пробігу. Схема установки для іонного бомбардування показана на рис..2. Такі установки забезпечують глибину залягання р - n переходів до 0,2 - 0,4 мкм. Для отримання іонів бору використовуються галогени бору чи , які у вигляді пари потрапляють в
	джерело через натікачі. Для отримання іонів фосфору використовують червоний порошкоподібний чи кристалічний фосфор, а також РН і PF і інші. Для локального введення домішки в напівпровідникову пластину застосовують контактне або проекційне маскування.

Переваги методу іонного легування такі:

- забезпечується відтворення точної дози суміші при бомбардуванні;

- досягається висока точність контролю глибини залягання р-п- переходу ( до 0.02 мкм );

- змешується тривалість проведення процесу до кількох хвилин при груповому завантаженні установки;

- існує можливість створювати будь-які профілі розподілу домішки ;

- формуються приховані леговані шари;

- забезпечується суміщення процесу в єдиній технологічній установці з іонно-плазмовим осадженням, іонним травленням та іншими операціями.

Серед недоліків і обмежень методу іонного легування слід виділити такі:

- необхідність проведення відпалу пластин при Т=800°С для відновлення порушеної структури і для переведення впровадженої домішки в активний стан;

- складність відтворення глибоких легованих ділянок;

- складність керування іонно-променевими установками

- зниження якості обробки пластин великих діаметрів через розфокусування відхиленого променя.