6. Вскрытие окон в окисле под разделительную диффузию примеси.

Изолирующая диффузионная область состоит из кольцевых участков р⁺-типа, простирающихся от поверхности кремния через эпитаксиальный слой п-типа к подложке исходного материала р-типа. По завершении изолирующей диффузии эпитаксиальные слои п-типа будут отделены друг от друга областями р-типа: подложкой р-типа снизу и изоляционной р⁺- областью по сторонам. Изолирующая диффузия обычно протекает в два этапа: на первом осуществляется ввод примеси (бора) и формирование области ее высокой концентрации. На втором - продолжительный цикл перераспределения примеси, в результате которого бор, образующий р-п переход, должен проникнуть на достаточную глубину.

7. Окисление поверхности для базовой диффузии.

8. Фотолитография для вскрытия окон под базовую диффузию.

9. Формирование базового слоя диффузией примеси р-типа.

Цель проведения диффузии – внедрение атомов легирующего элемента в кристаллическую решетку полупроводника для образования области с противоположным по отношению к исходному материалу типом проводимости.

В качестве легирующего элемента выберем бор, т.к. этот элемент имеет достаточно высокую скорость диффузии и хорошую растворимость в полупроводнике при температуре диффузии.

Температура диффузии: 1150 ºС, коэффициент диффузии - количество примесных атомов, проходящих через площадку 1 см² за 1 с при градиенте концентрации атомов примеси, равном 1 см^-4, иначе говоря, плотность потока при единичном градиенте концентрации: 10^-12 см² / с.

Так как бор является тугоплавким элементом и при температуре диффузии имеет ничтожно малую упругость пара, то в качестве источника примеси применяют различные соединения (ангидриды, галогениды, гидриды и т.д.), называемые диффузантами.

В нашем случае целесообразно использовать жидкий диффузант BBr₃. Это связано с тем, что при использовании твердых диффузантов трудно регулировать давление паров, кроме того, для их испарения требуется высокая и стабильная температура, а газовые диффузанты высокотоксичны, поэтому их использование требует дополнительных затрат на герметизацию элементов установки, контроль производственной атмосферы и т.д. Жидкие же диффузанты подобных недостатков лишены. Они обладают высокой упругостью пара при невысоких температурах, для них применяют простые однозонные печи (например диффузионную однозонную печь СДО-125/ 3-12):

Рис.15.Схема однозонной диффузионной печи.

1 – Источник жидкого диффузанта

2 – Кран

3 – Ротаметр

4 – Кварцевая труба

5 – Газосмеситель

6 – Нагреватель

7 – Кварцевая кассета с пластинами

Для транспортировки паров диффузанта в зону диффузии будем использовать аргон: он не взаимодействует с кремнием и практически не диффундирует в него.

Операционный цикл диффузии включает в себя следущие переходы:

1. Промывка реактора аргоном с расходом до 150 дм³ / ч

2. Вывод реактора на заданный температурный режим (2 -3 ч)

3. Загрузка (через бокс) кассеты с пластинами и прогрев ее в течение 10 мин с подачей аргона для удаления десорбирующихся газов

4. Подача аргона с парогазовой смесью (диффузант, кислород)

5. Выдержка при постоянной температуре в течение контролируемого времени (собственно процесс диффузии)

6. Прекращение подачи смеси и извлечение кассеты с пластинами

Сам процесс диффузии состоит из следующих стадий:

1. Взаимодействие диффузанта с кислородом в газовой фазе с выделением ангидрида легирующего элемента:

BBr₃ + O₂ → B₂O₃ + Br₂

2. Диффузия ангидрида через растущий окисел к границе раздела SiO₂

3. Взаимодействие молекул ангидрида с кремнием и выделение атомарной примеси:

B₂O₃ + Si → SiO₂ + B

4. Диффузия атомов легирующего элемента в кристаллической решетке кремния