Пленкообразующая композиция для диффузии алюминия в кремний

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ПЛЕНКООБРАЗУЮЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ДИФФУЗИИ АЛЮМИНИЯ В КРЕМНИЙ(71) Заявитель Производственное республиканское унитарное предприятие Завод Транзистор(72) Авторы Турцевич Аркадий Степанович Глухманчук Владимир Владимирович Солодуха Виталий Александрович Мойсейчук Сергей Владимирович Соловьев Ярослав Александрович Бересневич Людмила Брониславовна(73) Патентообладатель Производственное республиканское унитарное предприятие Завод Транзистор(57) Пленкообразующая композиция для диффузии алюминия в кремний, содержащая органический растворитель, тетраэтоксисилан и кристаллогидрат нитрата алюминия, отличающаяся тем, что дополнительно содержит пластификатор - полипропиленгликоль-2000 при следующем соотношении компонентов, мас.тетраэтоксисилан 15-17 кристаллогидрат нитрата алюминия 7,5-14,5 полипропиленгликоль-2000 2,5-3,0 органический растворитель остальное. Изобретение относится к электронной технике, а более конкретно к технологии изготовления силовых полупроводниковых приборов, и может быть использовано для диффузии алюминия в кремний. Известна пленкообразующая композиция (ПОК) для диффузии алюминия 1, содержащая органический растворитель, тетраэтоксисилан (ТЭОС), катализатор, кристаллогидрат нитрата алюминия со следующим соотношением компонентов органический растворитель - 60-80 мас. , кристаллогидрат нитрата алюминия - 15-32 мас. , ТЭОС 5-10 мас. , а отношение масс кристаллогидрата нитрата алюминия к массе ТЭОС 1,5-4,0. 12893 1 2010.02.28 Однако данная ПОК характеризуется низкой вязкостью и плохой адгезией к поверхности кремниевой пластины из-за малого содержания ТЭОС. Это приводит к невозможности формирования на поверхности кремниевой пластины качественных слоев легированного стекла, что обусловливает малую глубину диффузии алюминия в кремний. Известна пленкообразующая композиция для диффузии алюминия 2, содержащая органический растворитель, воду, катализатор, тетраэтоксисилан, кристаллогидрат нитрата алюминия, где для повышения вязкости композицию греют при температуре 50-90 С до уменьшения исходного объема композиции в 1,2-2,5 раза. Однако частичное удаление органического растворителя для уменьшения исходного объема ПОК в 1,2-2,5 раза приводит к невоспроизводимой вязкости ПОК и также обусловливает низкое качество слоев легированных стекол, осажденных из данной ПОК, низкое содержание в них алюминия и малую глубину диффузии алюминия. Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является пленкообразующая композиция для диффузии алюминия в кремний 3, содержащая органический растворитель, тетраэтоксисилан, катализатор - азотную кислоту, гидратирующий компонент воду, источник диффузанта - кристаллогидрат нитрата алюминия с соотношением тетраэтоксисилана и кристаллогидрата нитрата алюминия 1,0(2,8-3,2). Однако и данная ПОК не лишена недостатков, поскольку характеризуется низкой вязкостью и плохой адгезией к поверхности кремниевой пластины. Это, в свою очередь, обусловливает низкое качество слоев легированных стекол, осажденных из данной ПОК,низкое содержание в них алюминия и малую глубину диффузии в кремний. Предлагаемое изобретение решает задачу улучшения качества слоев легированных стекол для диффузии алюминия в кремний, осажденных из пленкообразующей композиции, увеличения содержания в них алюминия и глубины диффузии алюминия в кремний. Поставленная задача решается тем, что пленкообразующая композиция для диффузии алюминия в кремний, содержащая органический растворитель, тетраэтоксисилан и кристаллогидрат нитрата алюминия, дополнительно содержит пластификатор - полипропиленгликоль-2000 при следующем соотношении компонентов, мас.тетраэтоксисилан 15-17 кристаллогидрат нитрата алюминия 7,5-14,5 полипропиленгликоль-2000 2,5-3,0 органический растворитель остальное. Сопоставительный анализ предлагаемого изобретения с прототипом показал, что заявляемая пленкообразующая композиция для диффузии алюминия в кремний отличается от известной тем, что композиция дополнительно содержит пластификатор - полипропиленгликоль-2000 при следующем соотношении компонентов, мас.тетраэтоксисилан 15-17 кристаллогидрат нитрата алюминия 7,5-14,5 полипропиленгликоль-2000 2,5-3,0 органический растворитель остальное. Использование идентичной или сходной совокупности материалов для решения поставленной задачи не обнаружено. Решение поставленной задачи объясняется следующим образом. В качестве источника диффузанта выбран кристаллогидрат нитрата алюминия А(3)39 Н 2 О, поскольку он при температуре выше 200 С разлагается с образованием оксида алюминия А 2 О 3. В составе ПОК отсутствует гидратирующий компонент - вода и катализатор гидролиза. Эту роль выполняет вода кристаллогидрата нитрата алюминия в диапазоне соотношения ТЭОС к А(3)39 Н 2 О в пределах от 11 до 12. То есть источник диффузанта - кристаллогидрат нитрата алюминия - служит одновременно катализатором и гидратирующим компонентом за счет использования его кристаллизационной воды. Исключение из состава ПОК двух компонентов позволяет снизить количество неконтролируемых примесей и улучшить 2 12893 1 2010.02.28 качество легированных стекол для диффузии алюминия. При содержании ТЭОС менее 15,0 мас.в осажденных пленках содержится недостаточно нитрата алюминия для обеспечения требуемого содержания диффузанта, и глубина диффузии уменьшается. При содержании ТЭОС более 17,0 мас.образуется студенистая масса, которая непригодна для нанесения пленок диффузанта центрифугованием. При содержании кристаллогидрата нитрата алюминия менее 7,5 мас.кристаллизационной воды недостаточно для выполнения функции катализатора и гидратирующего компонента, а осажденные из ПОК слои содержат недостаточное количество А 2 О 3. При содержании кристаллогидрата нитрата алюминия более 14,5 мас.в ПОК наблюдается избыток кристаллизационной воды, при этом осажденные из нее слои содержат избыточное количество А 2 О 3, а на поверхности пластины образуется несплошной слой легированного стекла низкого качества, представляющий собой порошкообразную массу, а глубина диффузии уменьшается. Введение в ПОК полипропиленгликоля-2000, имеющего большую молекулярную массу,низкую текучесть и давление паров, а также вязкость порядка 450 см 2/с (20 С), увеличивает вязкость ПОК и придает осажденным из нее пленкам эластичные свойства. Это позволяет осаждать сплошные слои легированного стекла высокого качества с хорошей адгезией к кремниевой пластине. При содержании полипропиленгликоля-2000 менее 2,5 мас.ПОК характеризуется низкой вязкостью и пластичностью, а осажденные из нее пленки плохим качеством. При содержании полипропиленгликоля-2000 более 3,0 мас.из-за увеличения вязкости ПОК невозможно ее нанесение центрифугованием. Сущность изобретения поясняется фигурой, где показана кремниевая пластина с нанесенным слоем легированного стекла, осажденного из заявляемой композиции (1 - кремниевая подложка, 2 - слой легированного стекла). Пленкообразующую композицию для диффузии алюминия в кремний получали следующим образом. Реактор, снабженный якорем магнитной мешалки, термометром, располагали на магнитной мешалке с подогревом. В него помещали бутиловый спирт, ТЭОС и полипропиленгликоль-2000, при энергичном перемешивании образовавшейся смеси в нее вносили порциями кристаллогидрат нитрата алюминия, перемешивание продолжали до образования гомогенной смеси, затем включали нагрев и медленно (в течение 45-60 мин) доводили температуру смеси до 80-85 С, при этой температуре выдерживали 30 мин и медленно охлаждали до комнатной температуры (в течение 50-60 мин). Слой легированного стекла на поверхности кремниевой пластины формировали следующим образом. На поверхность кремниевых пластин БКЭФ-32 диаметром 100 мм толщиной 32010 мкм наносили 10 капель ПОК, после чего осуществляли вращение пластины на центрифуге с частотой 800 об/мин. Затем проводили ИК-сушку осажденной пленки в течение 5 мин при температуре 60 С. Для образования слоя алюмосиликатного стекла кремниевые пластины после ИК-сушки отжигали в течение 30 мин в кислороде при температуре 850 С. Технологический процесс диффузии алюминия с использованием легированных стекол, осажденных из ПОК, осуществляется следующим образом. Пластины с осажденной пленкой диффузанта загружали в кассету из карбида кремния, которую затем загружали в реактор диффузионной системы СДОМ 3/100 при температуре 850 С в среде азота. Затем температура в реакторе повышалась до температуры диффузии 1300 С, при которой пластины выдерживались в течение 8 часов также в среде азота. После этого реактор вновь охлаждали до температуры 850 С и производили выгрузку пластин. Сравнительные результаты по качеству пленкообразующей композиции и глубине диффузии алюминия представлены в таблице. Анализ таблицы показывает, что заявляемое изобретение позволяет улучшить качество легированного стекла, увеличить содержание в нем алюминия в 3,8-4,4 раза, а также увеличить глубину диффузии алюминия в кремний в 3,85-4,28 раза. Глубина диффузии алюминия 3, мкм Качество легированного стекла 1 Содержание компонентов пленкообразующей композиции, мас. Содержание алюминия в слое легированного стекла 2, мас. Сравнительные свойства легированных стекол для диффузии алюминия в кремний, осажденных из пленкообразующих композиций- критерием качества слоя легированного стекла считали сплошность, отсутствие трещин, проколов и включений 2- содержание алюминия в слое легированного стекла определяли при помощи растрового электронного микроскопа -360 с энергетическим рентгеновским спектрометром -1000 3- глубину диффузии определяли при помощи оптического микроскопа по сколу кремниевой пластины, декорированному в травителе 42 (1404 капли ). 1 2 3 4 5 6 Таким образом, предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом позволяет решить задачу создания пленкообразующей композиции с требуемой вязкостью и содержанием диффузанта, повышения качества легированных стекол для диффузии алюминия в кремний, изготавливаемых с ее применением. Источники информации 1. А.с СССР 1127483, МПК Н 01 21/316. Раствор для осаждения пленки алюмосиликатного стекла, опубл. 20.06.2000. 2. А.с. СССР 1400376, МПК Н 01 21/225. Способ приготовления пленкообразующих растворов для получения поверхностного источника диффузии примесей в кремний,опубл. 27.06.2000. 3. А.с. СССР 1424632, МПК Н 01 21/225. Пленкообразующий раствор для легирования пластин кремния и способ его приготовления, опубл. 27.06.2000. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4