Недостатки диффузионных методов

Диффузанты являются ядами, что требует развития специальных предохранительных мероприятий. Высокая температура процесса ограничивает выбор материалов нагревателей по термостойкости и газовыделению. Диффузионные методы недостаточно воспроизводимы, особенно в разовых условиях. Диффузионный фронт имеет неравномерность по глубине. Скорость диффузии по осям низших порядков выше (скорость по осям 100>, чем по осям 111). Нагретые материалы очень высокоактивны, что вызывает эрозию травления, рост одних фаз за счет других. В ряде случаев происходит группировка и выпадание неконтролируемых примесей, таких как железо, медь, золото. Каждый материал имеет допустимую скорость подъема температуры вследствие возникновения температурных напряжений. Для кристаллов безопасная скорость подъема температуры ~2⁰/мин, для стекла~5⁰/мин. Форсированный нагрев или охлаждение вызывает генерацию неоднородностей в виде линий скольжения.

Одним из методов, альтернативных диффузии является метод ионной имплантации.

Контроль диффузионных слоев

Макродефекты и линии скольжения выявляются методами селективного травления с последующим подсчетом дефектов в поле микроскопа. В качестве травителя для кремния используется плавиковая кислота с добавлением хромовых солей. Глубина залегания р-n перехода может быть определена методом окрашивания сферического шлифа, изготавливаемого методом шлифования с помощью вращающегося стального шара с алмазной пастой. Окрашивание производится раствором медного купороса в плавиковой кислоте. При глубинах диффузии 0,2-10 мкм ионно-легированные и эпитаксиальные слои контролируются по фотоотклику от лазерного излучения. В ряде случаев поверхностное сопротивление диффузионного слоя измеряют четырехзондовым методом. Метод реализуется при последовательном расположении четырех зондов. На крайние зонды подается напряжение, а со средних снимается падение напряжения. При послойном стравливании поверхности этот метод превращается в дифференциальный метод. В дополнение к этому кроме послойного поверхностного сопротивления снимается значение емкости обратно смещенного р-n-перехода в зависимости от приложенного напряжения (вольт - фарадная характеристика). В последнее время нашел распространение контроль диффузии методом сопротивления растекания, при котором измеряют сопротивление на косом шлифе и после обработки результатов получают профиль распределения примеси.

Оборудование для проведения диффузии

Для проведения диффузии используются термические установки или поточные линии. Термические установки содержат камеру загрузки, пульт управления, печь с автоматикой для программного задания температуры и систему газового питания.

Поточные линии (типа АПЛД-24-100), кроме вышеуказанного термического оборудования снабжены системами пылезащиты, плазмохимической подготовки подложек и комплексом контрольно-измерительных приборов.

В основе управления оборудования лежит сигнал с термопары. Термопара представляет собой две сваренные проволоки из разных материалов. Граница стыка помещается в зону температуры. Зависимость термо ЭДС термопары от температуры почти линейна от температуры. Наибольшее распространение получили термопары следующих марок:

ХА (хромель-алюмель), ХК (хромель-капель), Pt-Ro (платина-родий). Последние термопары обладают большой инертностью к раскаленным средам, однако, имеют малую ЭДС.