Твердый планарный источник диффузии бора для изготовления интегральных схем и полупроводниковых приборов

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ТВЕРДЫЙ ПЛАНАРНЫЙ ИСТОЧНИК ДИФФУЗИИ БОРА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ(71) Заявитель Производственное республиканское унитарное предприятие Завод Транзистор(72) Авторы Турцевич Аркадий Степанович Глухманчук Владимир Владимирович Ануфриев Дмитрий Леонидович Шильцев Владимир Викторович Матюшевский Анатолий Петрович(73) Патентообладатель Производственное республиканское унитарное предприятие Завод Транзистор(56)1454157 , 1995.20040706, 2005.1563507 , 1995.1045118 , 1989.56061123 , 1981.3998667 , 1976. Готра З.Ю., Осадчук В.В., Кучмий Г.Л. Диффузионное легирование в современной технологии кремниевых ИС // Зарубежная электронная техника. 1990. -5. - С. 41. Богдановский Ю.Н., Гасько Л.З. и др. Твердые планарные источники для диффузии в технологии полупроводниковых приборов и ИС // Зарубежная электронная техника. - 1982. -8. С. 60-62, 66-71.(57) Твердый планарный источник диффузии бора для изготовления интегральных схем и полупроводниковых приборов, содержащий кремниевую подложку с нанесенным на обе стороны диффузантом, выполненным в виде отдельных блоков, на основе боросодержащего компонента и наполнителя, отличающийся тем, что блоки диффузанта расположены не ближе 3 мм от края кремниевой подложки, в качестве боросодержащего компонента использован оксид бора, а в качестве наполнителя - аэросил, при соотношении компонентов диффузанта, мас.оксид бора 60-75 аэросил 25-40. 9818 1 2007.10.30 Изобретение относится к электронной технике, и более конкретно к технологии изготовления силовых полупроводниковых приборов и интегральных схем, и может быть использовано для создания твердых источников бора. Известен твердый планарный источник диффузии бора для изготовления интегральных схем и полупроводниковых приборов 1, содержащий на обеих сторонах окисленной кремниевой пластины сплошной слой диффузанта - оксида бора. Данный слой создается окунанием пластины в смесь этилового спирта с порошком оксида бора. Вышеуказанный твердый источник бора быстро истощается и имеет краткий срок службы. Кроме того, диффузионные слои, сформированные с применением вышеуказанных твердых источников бора, характеризуются повышенным суммарным разбросом поверхностного сопротивления по пластине, в процессе и между процессами. Известен твердый планарный источник диффузии бора для изготовления интегральных схем и полупроводниковых приборов 2, содержащий кремниевую подложку с нанесенным на обеих сторонах слоем диффузанта. Данный слой диффузанта сформирован путем нанесения центрифугированием из раствора на основе тетраэтоксисилана с добавлением концентрированной азотной кислоты,воды, триэтоксибора. Вязкость раствора подбирается таким образом, чтобы его можно было наносить при помощи центрифуги. При этом разброс поверхностного сопротивления по пластине и в процессе снижается. Толщина слоя диффузанта составляет 0,15-0,6 мкм и поэтому он быстро истощается и, следовательно, характеризуется короткими сроками службы. Кроме того, из-за обеднения разброс поверхностного сопротивления между процессами остается высоким и для компенсации этого требуется увеличение длительности диффузии. Кроме того, из-за высоких напряжений в пленке диффузанта твердые планарные источники бора имеют низкий выход годных из-за растрескивания источников при высокотемпературной диффузии. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является твердый планарный источник диффузии бора для изготовления интегральных схем и полупроводниковых приборов 3, содержащий кремниевую пластину с нанесенным на обе стороны диффузантом, выполненным в виде отдельных блоков, на основе боросодержащего компонента и наполнителя. При этом боросодержащий компонент - порошок нитрида бора, а наполнитель - порошок кремния при следующем соотношении, мас.нитрид бора 85-95 порошок кремния 5-15. При этом толщина пасты составляет 0,8 мм, а диффузант - выполнен отдельными блоками, что резко снижает напряжения и повышает выход годных твердых источников бора. Причем существенно увеличивается масса диффузанта. Однако и данный твердый источник диффузии бора не лишен недостатков. При работе источником для диффузии бора служит только тонкий слой В 2 О 3, образующийся при активации источника в окислительной среде, что требует постоянной активации источников и обусловливает повышение разброса по поверхностному сопротивлению легированных диффузией бора слоев при их использовании. Так как слои диффузанта нанесены по всей поверхности пластины, включая ее края,контактирующие с кварцевой лодочкой при высокотемпературной диффузии бора, происходит сплавление твердого источника бора и оснастки, что обусловливает короткий срок службы таких источников. Предложенное изобретение решает задачу увеличения срока службы твердых планарных источников бора (ТПИБ) и повышения выхода годных ТПИБ данной конструкции. Поставленная задача решается тем, что в твердом планарном источнике диффузии бора для изготовления интегральных схем и полупроводниковых приборов, содержащем кремниевую подложку с нанесенным на обе стороны диффузантом, выполненным в виде 2 9818 1 2007.10.30 отдельных блоков, на основе боросодержащего компонента и наполнителя, блоки диффузанта расположены не ближе 3 мм от края кремниевой подложки, в качестве боросодержащего компонента использован оксид бора, а в качестве наполнителя - аэросил, при соотношении компонентов диффузанта, мас.оксид бора 60-75 аэросил 25-40. Сопоставительный анализ предлагаемого изобретения с прототипом показал, что заявляемый твердый планарный источник диффузии бора для изготовления интегральных схем и полупроводниковых приборов отличается от известного тем, что блоки диффузанта расположены не ближе 3 мм от края кремниевой подложки, в качестве боросодержащего компонента использован оксид бора, а в качестве наполнителя - аэросил, при соотношении компонентов диффузанта, мас.оксид бора 60-75 аэросил 25-40. Использование идентичной или сходной совокупности отличительных признаков для решения поставленной задачи не обнаружено. В качестве источника бора выбран оксид бора по ряду причин 1. Оксид бора имеет относительно низкий удельный вес (1,84), довольно легко измельчается и легко переходит в стеклообразное состояние 2. Оксид бора достаточно доступен при относительно низкой стоимости 3. В отличие от нитрида бора не требуется специальная регенерация источников. Оксид кремния - аэросил, представляющий собой мелкодисперсную (размер частиц 520 нм) двуокись кремния, служит загустителем, что способствует поддерживанию во взвешенном состоянии частиц оксида бора при смешивании компонентов диффузанта и нанесении их на поверхность кремниевой подложки для создания твердого планарного источника бора. При содержании оксида бора менее 60 мас.снижается масса диффузанта и сокращается срок его службы, а при содержании оксида бора более 75 мас.затрудняется процесс создания блоков диффузанта и снижается выход годных твердых планарных источников бора. При содержании оксида кремния более 40 мас.снижается масса диффузанта и сокращается срок его службы, а при содержании оксида кремния менее 25 мас.затрудняется процесс создания блоков диффузанта и снижается выход годных твердых источников бора. При расположении блоков диффузанта ближе 3 мм от края кремниевой подложки сокращается срок службы твердых планарных источников бора из-за залипания их в лодочках для диффузии и механических повреждений. Сущность изобретения поясняется фиг. 1-4 на фиг. 1 - твердый планарный источник диффузии бора по прототипу а на фиг. 2 - предлагаемый твердый планарный источник диффузии бора на фиг. 3 изображена схема расстановки твердых планарных источников бора и рабочих пластин на кварцевую лодочку, а на фиг. 4 - температурно-временная диаграмма процесса диффузии бора с применением твердых планарных источников бора. Где на фиг. 1 1 - кремниевая подложка, 2 - блоки диффузанта, а на фиг. 2 1 - кремниевая подложка 2 - блоки диффузанта 3 - область по периметру кремниевой подложки шириной 3 мм, свободная от блоков диффузанта. На фиг. 3 1 - твердый планарный источник диффузии бора 2 - кварцевая лодочка с пазами для установки пластин 3 - рабочие окисленные кремниевые пластины. На фиг. 4 - температурно-временная диаграмма процесса диффузии бора. Изготовление твердых планарных источников бора осуществляют следующим образом. В реактор, снабженный магнитной мешалкой, помещают этиловый спирт и тетраэтокиссилан. При эффективном перемешивании и образовании смеси прибавляют небольши 3 9818 1 2007.10.30 ми порциями воду, смешанную с азотной кислотой до РН 1. После полного прибавления кислой воды и образования гидролизата добавляют оксид кремния - аэросил, тщательно перемешивают, затем вводят оксид бора и производится перемешивание вручную, до получения однородной боросодержащей пасты. Нанесение боросодержащей пасты осуществлялось при толщине трафарета толщиной 0,5 мм с размером круглых отверстий диаметром 5 мм и расстояниями между отверстиями 2,0 мм. Паста наносилась на кремниевую подложку при помощи ракеля на кремниевую подложку КДБ 10 диаметром 100 мм. Сушка проводилась на установке 2 СТБМ 3.021.537 при температуре 905 С. Затем аналогично выполняли блоки диффузанта на второй поверхности кремниевой подложки. Затем проводился отжиг пластин с блоками диффузанта при 850 С в азоте с расходом 45050 л/ч в течение 30 минут. При этом происходило сплавление и прочное сцепление блоков диффузанта с кремниевой подложкой. При изготовлении по способу-прототипу в качестве связующего использовали 5 раствор крахмала, а блоки диффузанта формировали на всей поверхности кремниевой подложки. Технологический процесс диффузии бора с использованием твердых источников бора осуществляется следующим образом. Готовые твердые источники бора 1 загружаются в кварцевую кассету-лодочку 2 по схеме (фиг. 3). Рабочие кремниевые пластины 3 располагаются между источниками обратной стороной друг к другу. Кварцевая кассета-лодочка помещается в кварцевую трубу системы диффузионного типа СДОМ-3-100, и проводится процесс диффузии бора в соответствии с температурновременной диаграммой ТВД (фиг. 4). Твердые источники бора использовались для создания разделяющей диффузии в процессе изготовления микросхемы КР 1181 ЕНХХ. Поверхностное сопротивлениеизмеряли стандартным 4-х зондовым методом на спутниках КЭФ-4,5 в 9 точках. Разброс по пластине вопределяли какмакснаплминнапл пластине. Разброс по процессу вопределяли какпрмаксвпрминвпр- размах по процессу, апопроцессу 100, гдепрпр 2 максвпр ,минвпр - максимальное и минимальное среднее значение по процессу,пр - среднее значениепо процессу. Разброс между процессами вопределяли как мах между процессами, амаксмеждупр ,минмеждупр - максимальное и минимальное среднее значениемежду 50 процессами,междупр - среднее значениемежду 50-ю процессами. Результаты представлены в табл. 1, 2. В табл. 1 примеры 3, 4 иллюстрируют предлагаемое техническое решение, пример 5 - прототип, а 1, 2 - выходят за пределы, указанные 4 9818 1 2007.10.30 в формуле изобретения. При выходе за пределы, указанные в формуле изобретения, в 1,31,5 раза снижается выход годных ТПИБ, наблюдается залипание ТПИБ в лодочке при их создании, снижается срок службы ТПИБ (пр. 1,2). Таблица 1 Качественные характеристики твердых источников диффузии бора (ТПИБ) Н 1, мм При составе блоков диффузанта оксид 2 1 прототипу Н 0 мм Примечание 1 - Н - расстояние от края кремниевой подложки, свободное от блоков диффузанта. 2 - В/Вп - отношение выхода годных ТПИБ относительно прототипа. 3 -требуемое распределение ТПИБ, - не требуется. 4 -- ТПИБ залипают в лодочке, - ТПИБ - не залипают в лодочке. 5 - С/Сп - соотношение срока службы ТПИБ относительно прототипа. 1 2 3 4 Таблица 2 Сравнительные характеристики твердых планарных источников диффузии бора Особенности ТПИБ Оксид бора,мас.ч. При расположении блоков диффузанта на расстоянии 4 мм от края пластины Блоки диффузанта на всей поверхности Примечание 1 - - низкая механическая стойкость после нанесения - до термообработки,высокая механическая стойкость после нанесения - до термообработки 2 -наличие залипаний в лодочке, - отсутствие залипаний в лодочке, с наличие сколов ТПИБ из-за частичных залипаний,3 - С/Сп - состояние срока службы ТПИБ основного прототипа. 5 9818 1 2007.10.30 Как видно из табл. 1, наилучшие результаты наблюдаются при расположении блоков диффузанта не ближе 3 мм от края кремниевой подложки. Из табл. 2 (пр.2-4), видно,что оптимальным является следующий состав блоков диффузанта ТПИБ, мас.оксид бора 60-75 аэросил 25-40. По сравнению с прототипом предлагаемое изобретение позволяет увеличить срок службы ТПИБ в 1,45 раз и выход годных ТПИБ в 1,5 раз. Таким образом, предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом позволяет решить задачу увеличения срока службы твердых источников бора и выхода годных ТПИБ данной конструкции. Источники информации 1. ДРО 734.579 ТК, СФНК 10200.0050 - маршрут изготовления м/с КР 1181 ЕНХХ. 2. А.с. СССР 936743, МПК Н 01 21/225. - Опубл. 1978. 3. Патент РФ 1454157, МПК 0 121/225. - Опубл. 27.01.1995. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6