Процессы микро- и нанотехнологий. Ч. 2. Шутов Д.А - 90 стр.

     Если диффузия проводится из ограниченного источника примеси (разгонка
примеси), то распределение примеси описывается выражением:
               Q          − x2 
     N(x,t)=         exp           , где
               2D2t2      4 D 2t 2 
     Q – интегральное количество диффундирующей примеси в пластине [см2],
     D2 – коэффициент диффузии примеси при температуре разгонки [см2/с],
     t2 – время разгонки.

      Двухстадийная диффузия применяется чаще, особенно для получения
локальных диффузионных областей толщиной более 1 мкм, так как при этом
возможно прецизионное управление параметрами диффузионных слоев, сохранение
локального легирования при толщинах диффузионных слоев 6-12 мкм, а также
снижение дефектности получаемых слоев. Во время второй стадии диффузии
обычно получают (одновременно) маскирующую, термически выращенную пленку
SiO2, используемую при последующей фотолитографии. Диффузия в кремний
элементов III и V групп периодической системы происходит, в основном по
вакансионному механизму.
      Процесс диффузии примеси осуществляется в диффузионных печах,
оборудованных кварцевыми трубами с резистивными нагревателями. Температура
диффузии в рабочей зоне (куда помещают пластины) поддерживается с точностью
±1OC. Технологической средой при диффузии в открытой трубе (при атмосферном
давлении) являются диффузанты (типа SbH3, PH3, B2H6), смешиваемые с азотом и
кислородом, а чаще – пары жидких диффузантов (типа BВr3, POCl3), поставляемые в
рабочую зону газом-носителем (обычно N2) с добавлением кислорода. Диффузию в
замкнутом объеме (ампульный способ) проводят в кварцевой ампуле, в которую
помещают пластины, источник примеси (например, сурьмы металлической) и затем
откачивают ее до остаточного давления 10-2-10-3 Па, либо заполняют инертным
газом, после чего запаивают и размещают в рабочей зоне кварцевой трубы
диффузионной печи. По окончании первой стадии диффузии ампулу вскрывают, с
поверхности пластин удаляют и силикатное стекло и пленку SiO2, после чего
проводят разгонку примеси (вторую стадию диффузии) в окислительной среде при
температуре на 100-150OC выше температуры первой стадии диффузии. Данный
способ используют не часто и только при формировании скрытого слоя с
применением высокотоксичных диффузантов, таких как мышьяк и сурьма.
      Иногда диффузию проводят из твердых источников диффузантов
(легированных       пленок    SiO2,    Si3N4,   примесно-силикатных      стекол,
поликристаллического кремния и др.), что имеет свои преимущества, но усложняет
сам процесс легирования тем, что перед проведением диффузии надо получить этот
источник на поверхности пластин, либо расположив его рядом с пластинами. При
этом важно обеспечить высокую воспроизводимость параметров диффузионных
слоев, что создает определенные трудности.
      Трансмутационное легирование кремния (осуществляется облучением
поверхности кремния тепловыми нейтронами, что приводит к ядерным
превращениям в нем с образованием изотопа фосфора) представляется
перспективным не только потому, что не требует диффузанта, обеспечивает
однородное (равномерное) легирование пластин по всему объему, но и вследствие
открывающихся возможностей для изготовления мощных дискретных приборов.
Однако, в производстве ИС данный способ пока не применим, так как не может быть
использован для селективного легирования.

                                               90