Образование p-n перехода диффузией

Эпитаксиальное наращивание.

Эпитаксиальное наращивание - это процесс нанесения слоёв с упорядоченной кристаллической структурой на поверхность подложки. В зависимости от параметров п/п элементов ИМС (полупроводниковые транзисторы, диоды, резисторы и т.д.) эпитаксиальный слой может быть различным по типу электропроводимости, толщине, удельному сопротивлению и конфигурации. Эпитаксиальное наращивание слоёв различно для разных серий ИМС и даже для разных ИМС в одной серии.

Наиболее распространённой реакцией при наращивании эпитаксиальных слоёв является восстановление тетрахлорида кремния водородом:

SiCl4 + 2H2 = Si + 4HCl

Этот процесс производится в реакторе - кварцевой трубе, помещённой в индуктор ВЧ генератора. Пластина кремния нагревается в атмосфере водорода до температуры +1200С. Затем в реактор вводится соляная кислота, поверхность стравливается, чтобы удалить нарушения кристаллической структуры кремния и загрязнения. После этого кислоту удаляют и вводят тетрохлорид кремния. Атомы кремния (которые выпадают в осадок) мигрируют по поверхности пластины и занимают место в нарушенной кристаллической структуре кремния. В результате на поверхности кремния получается монокристаллический эпитаксиальный слой. Для наращивания эпитаксиального слоя нужного типа электропроводимости и удельного сопротивления в поток смеси добавляют различные компоненты:

1) Для образования слоя n-типа добавляют фосфин H3P;

2) Для образования слоя p-типа добавляют диборан B2H6.

При этом атомы фосфора или бора внедряются в кристаллическую решётку кремния, и образуется электронная или дырочная проводимость.

С диффузии начинается конструирование элементов ИМС. Для элементов ИМС должны быть известны такие электрические параметры как: ёмкость эммитерного перехода, ёмкость коллекторного перехода, объёмное сопротивление коллектора и объёмное сопротивление базы. По этим параметрам определяются структурные и топологические параметры элементов, а так же параметры технологического процесса: глубина залегания p-n перехода, концентрация примесей, температура и время процесса диффузии.

В интегральной технологии формирование p-n перехода ведётся с помощью донорной или акцепторной примеси. При этом пластина кремния нагревается в парах этой примеси, а концентрация примеси у поверхности пластины кремния должна поддерживаться постоянной.

При диффузии примесей n-типа в пластину кремния p-типа p-n переход образуется на той глубине, где концентрация диффундированной примеси n-типа будет равна концентрации исходной примеси p-типа.

Эти процессы происходят в кварцевых трубах, помещённых в печь с температурой 950-1200C от нескольких минут до нескольких часов. При этом температура должна поддерживаться с очень высокой точностью ±0,5С. Пластину кремния помещают в эту трубу, через которую пропускается инертный газ (аргон), предварительно насыщенный атомами примеси, которые как раз и диффундируют в пластину кремния. Длительность диффузии зависит от того, на какую глубину должен залегать p-n переход. При этом p-n переход образуется по всей поверхности ИМС, но для изготовления ИМС необходима диффузия только отдельных участков пластины. Для этого используется окисное маскирование.

Дата добавления: 2014-01-07