Диффузия примесей — технологический процесс введения легирующих примесей в полупроводниковый материал (кремний) путём нагрева до высоких температур (900–1200°C). Один из основных методов создания p-n переходов в транзисторах и интегральных схемах наряду с ионной имплантацией.
Физика процесса
При высокой температуре атомы примеси (донорные: фосфор P, мышьяк As; акцепторные: бор B) получают достаточно энергии для диффузии вглубь кристаллической решётки кремния. Концентрация примеси описывается уравнением Фика. Профиль распределения (глубина + концентрация) определяется температурой, временем и исходной концентрацией.
Газофазная диффузия
Наиболее распространённый метод — диффузия из газовой фазы. Источники:
- POCl₃ (треххлористый фосфор) — источник фосфора (n-тип)
- BBr₃ (трёхбромистый бор) — источник бора (p-тип)
- B₂H₆ (диборан) — газообразный источник бора
Процесс идёт в диффузионной печи: пластины нагреваются в потоке газа-носителя с примесью. Температура 900–1000°C, время 30–120 мин.
Применение и ограничения
Диффузия формирует глубокие переходы (1–10 мкм) — подходит для биполярных транзисторов, базовых и коллекторных областей. Для мелких переходов в КМОП (<0,1 мкм) предпочтительна ионная имплантация: позволяет точнее контролировать дозу и глубину. В современных техпроцессах диффузия часто комбинируется с имплантацией (активация и перераспределение примеси при отжиге).