3. Методические указания

При проведении процесса диффузии наиболее строгие требования должны предъявляться к точности поддержания температуры диффузии. Поскольку температура входит в показатель экспоненты в выражении (5), то её изменение сильнее сказывается на параметрах диффузионных переходов, чем изменение времени диффузии. Кроме того, от температуры во многих случаях зависит поверхностная концентрация примеси. Поэтому перед проведением процесса диффузии важно установить требуемую температуру процесса и определить температурный профиль печи.

В настоящее время в промышленности широко используются однотрубные и трёхтрубные диффузионные печи типа СДОМ. Печи этого типа устойчиво работают в диапазоне температур 900-1250ºС, при этом заданная температура поддерживается с точностью ±0,5ºС на длине зоны в 600мм. Перед началом выполнения работы внимательно изучите описание диффузионной печи СДОМ и инструкцию по её эксплуатации.

Наилучшим материалом для изготовления труб, в которых диффузионная система помещается в печь, является чистое прозрачное кварцевое стекло. Кварцевое стекло чаще всего применяется и для изготовления лодочек для пластин, источника, толкающих стержней.

Как известно, загрязнения, вносимые в кремний из внешнего среды, нагревателя, стенок рабочей камеры и т.д. могут влиять на результаты изучаемого процесса. Поэтому большое значение для получения воспроизводимых результатов при диффузии имеет обработка поверхности полупроводниковых пластин и оснастки; необходимо следить и за чистотой проведения процесса.

Перед началом выполнения работы внимательно ознакомьтесь с оснасткой, используемой при проведении термических процессов. Посмотрите видеофрагменты по диффузионному легированию полупроводников при производстве кристаллов СБИС и компьютерные программы по теме «Диффузия» (MODDIF, DIF, DIFF, DIFFUZ).

4. Порядок выполнения работы

1.Приготовить раствор борной кислоты в этиловом спирте.

2.Получить у лаборанта рабочие кремниевые пластины и контрольные пластины для определения основных параметров диффузионных слоёв.

3.Обработать рабочие и контрольные пластины путём кипячения их в четырёххлористом углероде в течение 3…5 мин.

4.Стравить остатки окисла на контрольных пластинах в плавиковой кислоте (HF), рабочие пластины освежить в растворе HF:

5.Промыть рабочие и контрольные пластины дистиллированной водой и просушить их.

6.Нанести на рабочие и контрольные пластины диффузант путём погружения их в раствор борной кислоты на 5…6 с.

7.Просушить пластины в термостате на фильтровальной бумаге при температуре 120±5ºС в течение 5 мин.

8.С помощью термопары измерить температуру в рабочей зоне печи.

9.Поместить пластины в пазы кварцевой кассеты.

10.Медленно ввести кассету с пластинами в рабочую зону печи с помощью кварцевого толкателя.

11.Провести 1-ю стадию диффузии бора – загонку в режимах: температура в рабочей зоне печи 950±1ºС, время загонки 20 мин.

12.Извлечь пластины из печи и удалить образовавшееся БСС в растворе плавиковой кислоты.

13.Промыть пластины дистиллированной водой и просушить их.

14.На контрольных пластинах измерить поверхностное сопротивление слоя на установке ИУС.

15.Провести 2-ю стадию диффузии бора – разгонку бора во второй трубе диффузионной печи. Для этого повторить пп. 8-10. Технологический режим разгонки бора: Т= 1200±1ºС, t= 1 ч.

16.Извлечь пластины из печи и удалить БСС в растворе плавиковой кислоты, промыть и просушить пластины.

17.Измерить поверхностное сопротивление сформированного диффузионного слоя на контрольных пластинах на установке ИУС. Измерения проводят в пяти точках в средней части контрольной пластины и определяют среднее арифметическое. Расчёт осуществляют по формуле

, (16)

где – напряжение, измеряемое на потенциальных зондах, мВ; - ток через образец, мА.

18.Определить глубину залегания p-n-перехода на контрольной пластине по методу косого шлифа, для чего:

а) изготовить косой шлиф под малым углом со стороны диффузионного слоя;

б) окрасить полученный p-n-переход путём нанесения на косой шлиф капли 49%-ного раствора плавиковой кислоты или . Через 2…3 минуты под микроскопом МБС-1 при освещении шлифа наблюдать выявление p-n-перехода;

в) промыть косой шлиф от остатков плавиковой кислоты;

г) измерить расстояние h (см. рис.8,а) и рассчитать глубину залегания p-n-перехода.

19.Во время проведения второй стадии диффузии промоделировать на ЭВМ процесс диффузии во всём диапазоне температур (900-1250ºС), времён загонки (10-40мин) и разгонки (30-300мин) и сравнить данные компьютерного моделирования с экспериментальными результатами. Моделирование проводить индивидуально (по заданию преподавателя).