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DROGAGGIO PER DIFFUSIONE
{{Micro e nanotecnologia}}
 
Il drogaggio per diffusione è basato sulla deposizione di atomi droganti sulla superficie del materiale da drogare. In seguito è applicato un processo di annealing del wafer in modo tale da agevolare la diffusione delle particelle all'interno del materiale da drogare.
La '''diffusione termica''' rappresenta da sempre la più comune tecnica di drogaggio selettivo del silicio, prima dell’avvento definitivo dell’impiantazione ionica.
 
Secondo il metodo della diffusione gli atomi di drogante sono posti sulla superficie o vicino alla superficie della fetta per mezzo di deposizione da fase gassosa del drogante, oppure utilizzando sorgenti di ossido drogato. La regione da drogare viene selezionata utilizzando una maschera di photoresist.
 
A seconda della temperature di esercizio dell'annealing e del materiale da drogare, la diffusione dellle particelle può essere di due tipi: attraverso le vacanze o interstiziale.
La diffusione vera e propria del drogante, viene attivata portando i wafer di silicio a temperature superiori a 1000°C. Una volta raggiunta la concentrazione desiderata, è sufficiente abbassare la temperatura dei wafer, estraendoli dalla fornace, per bloccare rapidamente il processo.
Nella prima l'atomo drogante deve andare a sostituire un atomo del materiale da drogare, quindi occore che quest'ultimo lasci la propria posizione per creare una vacanza. Per procedere con una diffusione di questo tipo sono necessarie mediamente elevate temperature di annealing.
La diffusione interstiziale prevede l'inserimento di ioni droganti nelle zone interstiziale fra gli atomi del materiale interessato.
 
Il processo diffusivo può essere riassunto in due fasi fondamentali:
 
* '''''predeposizione''''' (usualmente abbreviata in predep), cioè introduzione della dose desiderata di drogante, dove la dose, che dipende dalla concentrazione di drogante, è il numero di atomi di drogante per cm<sup>2</sup>.
[[File:Predeposizione.jpg]]
* '''''drive-in''''', o diffusione vera e propria, in cui gli atomi di drogante, introdotti durante la predeposizione, vengono diffusi all'interno del semiconduttore in modo da ottenere i profili di concentrazione previsti nel progetto.
[[File:Drive-in.jpg]]
 
Nel processo di diffusione il drogante si espande sia in direzione verticale che orizzontale (si avranno atomi di drogante anche al di sotto della zona inizialmente coperta dalla maschera di resist). La concentrazione del drogante diminuisce gradualmente mano a mano che ci si allontana dalla superficie su cui è stata fatta la predeposizione, in generale, l'estenzione laterale della zona diffusa è circa l'80% rispetto alla profondità di diffusione in verticale. Il grado di diffusione del drogante aumenta all'aumentare della temperatura della fase di drive-in. L'energia necessaria alla diffusione, infatti, è proprio fornita dalla temperatura. Gli atomi di drogante possono diffondere all'interno del materiale in due modi diversi:
 
Disegno
#attraverso gli interstizi presenti nel reticolo cristallino del materiale da drogare
#attraverso delle vacanze presenti nel reticolo stesso
 
Il secondo tipo di spostamento si ha quando le temperature utilizzate sono molto alte. In questo caso gli atomi del reticolo cristalllino entrano in vibrazione ed alcuni possono essere strappati dalla loro posizione, si viene così a creare una vacanza che può essere occupata dal drogante durante la diffusione.
[[Categoria:Micro e nanotecnologia|Diffusione]]
 
 
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Il processo di diffusione è descrivile secondo le due leggi di fick:
nella prima si descrive il profilo di concentrazione degli ioni droganti in fuzione della distanza dal zona in cui è avvenuta l'iniezione. Il flusso degli ioni si muove in direzione delle zone meno drogate.
La seconda è una legge di continuità che lega la concentrazione spaziale con il tempo.
C è la concentrazione [cm-3 ]. F è il flusso [atomi/cm2s] . D è il coefficiente di diffusione [cm2/s] che normalmente si ritiene costante nello spazio. D è fortemente dipendente dalla temperatura. Tramite curve sperimentali è stato possibile ricavare la seguente equazione che lega il coefficinte con la temperatura: FORMULA
 
Inponendo le seguenti condizioni al contorno
 
 
e risolvendo la legge di Fick, si ricava l'andamento della concentrazione degli atomi droganti in funzione dello spazio e del tempo:
 
l'equazione definisce una distribuzione gaussiana in cui la concentrazionee è minore per tempi di annealing maggiori.
Il drogaggio per diffusione presenta grosso svantaggio ripsetto a quello per impiantazione ionica. Infatti, in prossimita dei bordi della maschera la diffusione si muove sia in direzione verticale che orrizontale comportanto un drogaggio anche nelle aere indesiderate con una concentrazione pari al 80% rispetto al profilo verticale.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
la concentrazione di drogante è maggiore in superficie
 
 
Se gli atomi droganti si diffondono anche nelle aere non volute è chiaro che si trovano in contatto superficiale con le superfici di SiO2, pertanto risulta necessario un monitoraggio della diffusione di drogante all'interno dello strato isolante. Il comportamento è strettamente dipendente dal coefficiente di aggregazione K FORMULA
Se K>1 non si verificano iniezioni di drogante nel SiO2, anzi gli ioni si addensano nella superficie dell'isolante. Per valori di K<1 gli ioni tendono ad insiedarsi nell'ossido comportando una diminuizione di concentrazione nel materiale da drogare.
 
 
 
Gli ioni droganti possono avere origine da elementi di natura solida, liquida o gassosa. Ad esempio viene riscaldato, all'interno del forno a diffusione, il composto 4POCl3. Questo reagendo con
l'ossigeno secondo la reazione
 
 
forma l'anidride solfirica e cloro. Il cloro (gas) viene aspirato mentre l'anidride viene fatta depositate sulla superficie del wafer formando atomi di fosforo secondo la reazione: