Особенности применения чистых легирующих элементов

Использовать чистые легирующие элементы в качестве источников примеси в процессе диффузии затруднительно:

- Бор является тугоплавким элементом и при температуре диффузии имеет ничтожно малую упругость пара;

- Фосфор при нагреве легко воспламеняется;

- Мышьяк – высокотоксичен.

Способы диффузионного легирования

В качестве источников примеси применяют различные соединения (ангидриды, галогениды, гидриды легирующего элемента (т.н. диффузанты).

По способу нанесения диффузанта процессы различают:

1. Нанесение диффузанта на пластины в ходе диффузии (внешний источник):

- твёрдый источник; - жидкий источник; - газообразный источник.

2. Нанесение диффузанта на пластины кремния до диффузии (примесные покрытия).

Диффузия из жидкого источника

Диффузия из газообразного источника

Источником примеси является баллон со сжатым газом (B₂H₆, PH₃).

Особенности диффузии из газообразных источников

- Метод характеризуется высокой технологичностью, воспроизводимостью и легкостью управления концентрацией примеси;

- Недостатком метода является высокая токсичность гидридов, что требует тщательной герметизации элементов установки, сбора продуктов реакции на выходе, контроля производственной атмосферы.

ПДК (мг/м³) диборана (B₂H₆)–0,5, фосфина (PH₃)– 0,1, арсина (AsH₃) – 0,3, стибина (SbH₃) – 0,05.

Диффузия из твёрдого источника

Твёрдый планарный источник (ТПИ) – пластина, содержащая твёрдый диффузант (B₂O₃ или P₂O₅) и инертную тугоплавкую основу.

ТПИ располагают непосредственно в зоне диффузии между кремниевыми пластинами.

Акцепторные ТПИ

Представляют собой кремниевую пластину с нанесенным слоем B₂O₃ либо пластину нитрида бора, обработанную в сухом кислороде при температуре 1200°С:

4BN+3O₂→2B₂O₃+2N₂

Донорные ТПИ Примером может служить пластина метафосфата алюминия, который в диапазоне температур 700 – 1200 °С разлагается по реакции:Al(PO₃)₃ → AlPO₄+P₂O₅.

Технология диффузии из внешнего источника

1 – источник жидкогодиффузанта, 2 – вентиль, 3 – ротаметр, 4 – кварцевая труба, 5 – газосмеситель, 6 – нагреватель, 7 – кварцевая кассета с пластинами.

Особенности устройства реактора

- Диффузия проводится в кварцевой трубе,снабженной резистивным нагревателем;

- В зоне диффузии длиной 40 – 60 см поддерживается температура до 1250 °Сс точностью ± 0,25 – 0,5 °С;

- При температурах более 1200 °С в качестве материала реактора предпочтительно использовать вместо кварца карбид кремния (SiC).

Загрузка - выгрузка пластин

Для групповой загрузки пластин применяют кассеты из кварцевого стекла или карбида кремния.

Для загрузки-выгрузки кассет используют стержень с крючком либо консольный загрузчик.

 

Загрузка – выгрузка в вертикальном реакторе

Подача диффузанта

Для насыщения парами диффузанта

транспортирующий газ (N₂, Ar) пропускается над жидкостью либо барботируется через нее.

Питатель источника диффузанта, как правило помещают в термостат. Расход транспортного газа составляет 0,5 – 1,5 л/ч.

При постоянном расходе транспортирующего газа концентрация диффузанта в нем регулируется температурой источника.

При необходимости окисления кремния кислород подают в смеси с транспортным газом.