К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 69
Текст из файла (страница 69)
Атомы примеси диффундируют в глубь пластины кремния, а диоксид кремния Я02 смешивается с ангидридом примеси. Процесс диффузии данным способом проводится за две стадии. На первой стадии на поверхности пластины формируется пленка анпцшида примеси, на второй - ангизрнд взаимодействует с кремнием с образованием атомарной примеси, диффундируюшей внутрь кремния. Диффузия может происходить при постоянной поверхностной концентрации Фо (диффузия из бесконечного источника) и при постоянном числе легирующих атомов (диф- ФОРМИРОВАНИЕ ТОНКИХ ЛЕГИРОВАННЫХ ПЛЕНОК н1к)/др Р 1 1 Р а б б 7кФсс))6 Рае.
2.6.16. Раещмделевве ераммз ЬС(х, 1) = Ь70приО < х< Ь, эхс(х, 1) = 0 при х > Ь, 117 = ЬсаехГс х 2,%' О бРх Н/НР 1, н~нр 0, 02 0 2 Хс,б 0 10К 0 2 4 б Ю 1012Х а) б) Ряс. 2.б.17. Ввд рмзределеввя щзмеек ве эакеау Гаусса вэ встечавка: а - не поверхности плесенны; б - внутреннего ла определенной тлубвне фузия из отраннченного источника), коцса, например, на второй стадии с поверхности удшиехсл источник диффузии; 2) диффузией из внутреннего источника, формируемого внухри пластины путем имплантации (внедрения) ионов примеси в кремниевую пластину с помощью знерпси 10- 1000 кзВ и выше, с перераспределением цримеси в соответствии с количеством введенной примеси, температурой и временем диффузии.
Этот внд диффузии яюиется также диффузией из ограниченного источника. Диффузия из бесконечнохо источника, формируемохо иа поверхности пластины из ивовой нли паровой фазы, №ри храничньпс условиях хсх(Х> О, 1= 0) =О идс(к=О, 1> 0) хСсе где х и 1 - соответственно глубина и время диффузии, может быль представлена через распределение концентрации примеси: ЦСЕ Гсх - КОНцситрация ПРИМЕСИ На цхубннс Х спустя время 1диффуэии„езус - фушсцня ошибок; Р - коэффициент дпфсрузии. На рис.
2.6.16 приведен профиль концшпрации примеси. Глубина, на которой концентрация диффундирующей примеси равна концентрации исходной 117в, называется металлургическим переходом. Диффузия из охрэннченнохо источника, формируемого иа поирхности оскндением источника примвш цо первому способу или внухри хремниеаой пласхпнм с помощью ионной имплантации примесей по впэрому способу, спясываехся в обоих сщчаях законом Гаусса. Одним из простейших примеров явшштся диффузия из слоя с равномерной начальной концентрацией примеси в полубесконечное тело. Граничные условия в этом случае можно представить в виде где Ь - толщина слои.
Уравнение диффузии с этими храничными условиями следующее: На рис. 2.6.17, а, б приведено распределение примеси по зшсону Гаусса. Оберуловшше н твповые вроцшзы диффузии. Процессы диффузии проводятся при температуре 850 - 1300 С в пластины кремния диамехром 100, 150, 200 мм и выше. Перечень основных источников, которые махух быль использованы при дифФузии бора, фосфора, мышьяка и сурьмы приведены в табл. 2.6.17.
Глава 26. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК 198 2.6.17. Основные источвиви, нсыольэуемые длв диффузии Темпера ура источника, 'С Источник примеси Недссютхв Жндвие истечвивв диффузии Широкий интервал концен- траций То же Влияние формы и размеров оистемы 2 - 40 РОС1з ,То же 10- 30 ВВтз азообразвые нсточвлкп лиффузвп Высокая токсичность То же РНэ ВзН4 АЗН5 20 Твердые источивкп диффузии ва базе Брфэ п оксплов тяжелых металлов, включающих летучве добавки а ваде авгвдрпда в)амоса а) лз б) РОСйд,ВЛГл Рве. 2.6дв.
Схема ведечв ввбмртемпев в кварцевый реватер врв всыммевммю а - гвзеобрвмввх источников дифФузии - фссфюы, арсена ивл диборвиа; е - лидках источивков- РОС1э, ВВгэ, е - гаэв-окисватева ОВ г - гвэа-носитввя в Везбаввтехя — Мэ и Ап 1 - прибор дхя измерение потока газа; У - вход юырцевото ревюора; 3 - выход реактора в отверстие даа загрузки-выгрузки пластин; 4- барботер дэа видквх двффуэангов; 5- терыоьтап 6- трубчаом печь; 7- пластины кремния с понеречно-вертиквяьпым хвуватеуом раслоловвикв; х - венпын Диффузия проводится в трубчатых печах с длиной рабочей зоны 50 - 150 см, в которой не допускаются колебания температуры более 1 'С. Схема подачи днффуэатпов в кварцевый Раствор привелена на рнс 2.6.18, Диффузия из жидких источников проводится эа дае стадии: первая - формирование источника на поверхности пластин, вторая- диффузии атомов примеси в глубь пластины.
Первая стадия диффузии проводитоя в такой последовательности: 1) устанавливается начальная температура в печи, обычно 700 - 800 'С, задается в программе скорость подъема температуры до рабочей температуры, согласуемая со скоростью введения пластин в рабочую камеру; 2) пластины на лодочке с помощью робота-затрузчика вводятся в камеру о определенной заданной скоростью. Скорость затруэки определяет температурные Градиенты на пластине, приводящие к внутренним напряжениям и даже к деформации пластин (при больших температурных Градиентах). Затрузка пластин обычно проводится в нейтральной ФОРМИРОВАНИЕ ТОНКИХ ЛЕГИРОВАННЫХ ПЛЕНОК атмосфере азота либо аргона, иноща в слабоокислнтельной с добавками кислорода; 3) в реактор вводится источник примеси в виде газообразной или парогазовой смеси, включающей, кроме диффузанш, газ-носитель, газ-разбавитель (азот или аргон) и газ-окислитель (кислород).
Смешение газов производится при низких температурах в начале реактора. Жнлкие диффузаиты лодюотся из барботера путем испарения или захвата пробулькивающим газом-носителем; 4) происходит превращение жидкого лоточника примеси в ангидрид примеси на поверхности пластины в результате окислительной реакции, например, для хлороксида фосфора РС1з.
4 РОС1з+ 502 = 2Р20з + 12С12 (газ). Образующийся фосфорный ангидрид РзОз оаажлаетая на поверхности пластины в виде пленки. По такой же схеме протекают реакции и в других источниках диффузии; 5) осуществляется формирование анпщрида примеси на поверхности пластин с равномерными свойапами по площади пластины и в партии пластин. Требуемые параметры процесса диффузии обеспечиваются конструкцией системы и оптимальными режимами процесса. Вертикальное расположение пластин а перпендикулярной шзовому потоку ориеншцней рабочей поверхности, широко используемое в настоящее время в диффузионной технологии, не обеспечивает равномерности свойатв по плопвюи пластин.
При вертикальном расположении пластин (риК 2.6.19, 2.6.20) реагенты - хяорокись фоафора и кислород - должны мигрировать из потока, опгбающего пластины, к месту реакции в центре иа поверхности пластин, что приводит к неравномерности толщины осаждаемой пленки ангидрида по площади пластины тем большей, чем больше ралиус пластин Я, концентрация хлорокиси в реакторе и коэффициенты миграции хлороклаи и меньше расстояние между пластинами о. Уз)УС1 „ О РОСБ у Рле. 2.6.19. Мвграаюг Реагеатеа е заваре ипклу ввасгввав|$ (гг Юг 2 та РРГ1 5 Рве.
2.6.2Е. Схема ееажлеава яаеавв аапгаРвва щмлеев ва веае1пвеств ююегяв: 1- кварцевый реакгсв; 2 5- ремеппа Оз л РОС1з, мвгвврующяе вз патока вхсль трубы в зазор мвжау пзаатвнамв в вэавмодейагвующвв ва поверхности ввастян а обваэеваввем авгяврвха РзОг в С1з; 4- пластины хремввя; 5- пленка Рз04, б - С12, паступаюввбГ в поток Осаждение по пластине становится более равномерным при продольно-вертикальном способе расположения пластин в связи с тем, что доставка днффузюпа практически не зависит от коэффициента миграции примеси, а опредюшется дяя любой точки поверхности пластины скоростью потока в реакторе. Для повьппения равномерности осаждения используют реакторы прямоугольного сечения взамен трубчатых, более сложных лодочек для размещения пластин.
Для устранения неоднородности состава пленок анпщрида примеси по толщине на пластинах в начале и конце трубы из-за снижения концентрации примеси необходимо восстановить концентрацию примеси адолв реакюра (рис. 2.6.21). Вторая апщня диффузии заключается в протекании реакции взаимодействия ангидрида примеси с кремнием с образованием атомов примеси, диффулдирующих в кремний, н двуокоаи кремнии, образующей а непрореагнровавшим ангидридом стекло на поверхности: Р205+ Я = Р+ ЯОз. Вторая стадия проводится в трубчатых реакторах в атмосфере нейтрального газа азота или аргона в такой последовательности: вводят пластины в рабочую камеру, что совпадает с пп. 1 н 2 первой стадии процесса; проводят диффузию в нейтральной юмосфере; получают требуемый диффузионный профиль, который определяется температурой и временем диффузии, поверхиоатная концентрация определжтся температурой, при которой проводнтая процесс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
