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

Бор (В)

В элементарном состоянии не используется потому, что температура, при которой он имеет приемлемое давление паров, слишком велика, и поэтому затруднительно получить его пленки или создать необходимое давление пара в атмосфере, окружающей полупроводник. Обычно используются разнообразные соединения бора с водородом, кислородом или галогенами.

Газообразные соединение бора с водородом В₂Н₆ (диборан) при обычных условиях является веществом газообразным, в чистом виде склонным к саморазложению, взрывоопасным и токсичным. Реально используется смесь диборана (порядка 5%) с Ar. Эта смесь после соответствующего разбавления азотом или аргоном используется при легировании из газовой фазы.

БСС (n B₂O₃∙mSiO₂) широко используются в качестве источников диффузанта, наносимых на поверхность полупроводника. Одним из наиболее распространенных способов формирования таких пленок является пиролиз смеси тетраэтоортосиликоата с борной кислотой.

Окисел бора В₂О₃ является одним из наиболее часто используемых диффузантов. Это соединение начинает заметно испаряться при температурах порядка 700 ^оС, что позволяет использовать его при легировании из газовой фазы. Для этих же целей могут использоваться БСС с относительно большим содержанием бора (≥10%).

Молекулы источника примеси проникают к поверхности пластин через слой жидкого стекла. На поверхности идут химические реакции с освобождением элементарной легирующей примеси, которая и диффундирует в полупроводниковую пластину:

2 B₂O₃ + 3Si → 3Si0₂ + 4В.

Слой стекла защищает поверхность пластин от испарения, попадания посторонних частиц, эрозии и поглощает примеси с поверхности Si.

Поверхностные источники бора на основе БСС широко используются для создания легированных слоев значительной толщины, которые нужны при изготовлении силовых полупроводниковых приборов.

Основным материалом для изготовления твердых источников бора является нитрид бора –BN. Они отличаются стабильностью и длительным сроком службы. BN устойчивое и трудно испаряющееся соединение. Его окисляют с целью образования поверхностного тонкого слов В₂О₃, который при температурах диффузии находится в жидком состоянии и переходит в газовую фазу в результате испарения. Содержание кислорода должно быть 1-2%, чтобы на поверхности Si образовывалась пленка оксида, проницаемая для бора.

Из галогенидов бора используются BCl₃ и BBr₃:

4 BBr₃ + 3 O₂ → 2B₂O₃ + 6 Br₂.

В обычных условиях это жидкости с Т_кип порядка 200 ^оС, обладающие приемлемыми давлениями паров, и поэтому они используются при легировании Si из газовой фазы.

Существенно, что бор диффундирует в оксиде кремния гораздо медленнее, чем в кремнии.

Для случая локальной диффузии бора в Si схема диффузионного очага изображена на рис. 3.17.

Рис. 3.17.. Схематическое представление диффузионного очага при локальной диффузии бора в кремний

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.