Диффузия из пленок, наносимых на поверхность полупроводника

Источниками диффузанта в этом случае являются пленки, наносимые на поверхность полупроводника. Пленки ряда материалов, например, Au и Al, могут наноситься методом термического испарения соответствующего металла. Толщина пленок определяется требуемым количеством примеси, которое должно быть введено в полупроводник. В большинстве случаев оно соответствует нескольким монослоям, т.е. толщина пленок составляет несколько нм. Высокотемпературная обработка, в процессе которой, собственно, и идет диффузия примеси, может выполняться на воздухе (если не опасно окисление поверхности подложки), в атмосфере нейтрального газа (N₂, Ar), или в вакууме. Воспроизводимость параметров диффузионного слоя в этом случае определяется количеством нанесенной примеси, температурой и длительностью высокотемпературной обработки. Температура обычно должна контролироваться и воспроизводиться с точностью порядка 1-3 ^оС (лучше - ±0,2° С), а длительность процесса – с точностью порядка нескольких секунд при общей минимальной длительности в насколько минут. На воспроизводимость процесса оказывает влияние и атмосфера, поскольку, например, слой оксида, вырастающего на поверхности пластины, может захватывать часть примеси, а в нейтральной атмосфере примесь может частично испаряться с ее поверхности. Толщина пленок обычно выбирается достаточно большой, такой, чтобы в полупроводник вошла только часть имеющейся в пленке примеси.

Кроме пленок чистых материалов широко используются слои легированного оксида кремния с содержанием примеси до нескольких процентов. Такие пленки могут наноситься практически любым из известных методов (они будут рассматриваться во второй части курса, 8 семестр). Газообразный окисел легирующего элемента, выделяющийся твердым источником, переносится на поверхность кремния и взаимодействует с ним, образуя слой стекла, из которого происходит диффузии примесей вглубь пластины.

Параметры диффузионных слоев определяются температурой и временем диффузии, а также упругостью паров газообразного окисла легирующего элемента. Поскольку окисел образуется непосредственно в реакционной зоне в результате физико-химических процессов, происходящих в материале источника при нагревании, параметры диффузии практически не зависят от скорости газа-носителя.

Применяются также пленки фоторезистов- диффузантов. В этих пленках обычными методами фотолитографии можно сформировать рисунок подлежащих легированию областей, чтобы обеспечить локальное легирование. При использовании легко испаряющихся примесей (B, элементы V группы), поверхность пластин обычно защищают пленкой оксида кремния. Подобным же образом можно обеспечить локальное легирование и при использовании пленок легированных оксидов.

В последнее время в разработке и применении твердых планарных источников достигнут значительный прогресс. ТПИ бора и фосфора успешно используются в технологическом процессе изготовления современных микросхем. Их успешное применение послужило стимулом для создания твердых источников других легирующих примесей: появились сообщения о создании ТПИ сурьмы и мышьяка.