Пленкообразующая композиция для получения твердых источников бора при изготовлении полупроводниковых приборов

Изобретение относится К электронной технике, а более конкретно К технологии изготовления силовых полупроводниковых приборов и интегральных схем, и может быть использовано для создания твердых источников диффузии бора.Известна растворная композиция для получения твердых источников бора 1, содержащая органический растворитель - этиловый спирт и борсодержащий компонент - оксид бора.Однако данная композиция наносится на пластину окунанием и фактически не образует пленки. Твердые источники бора, изготовленные с использованием данной растворной композиции, быстро истощаются. Кроме того, диффузионные слои, сформированные с применением вышеуказанных твердых источников бора, характеризуются повышенным суммарным разбросом поверхностного сопротивления по пластине, в процессе, между процессами.Известна пленкообразующая композиция для получения твердых источников бора 2,содержащая органический растворитель - этиловый спирт, воду, катализатор гидролиза тетраэтоксисилана - концентрированную азотную кислоту, соединение легирующей примеси - тетраэтоксибор или борную кислоту и тетраэтоксисилан.Однако данная пленкообразующая композиция отличается низкой вязкостью растворов, сильной усадкой после термообработки на пластине в 2,5-3 раза и, как следствие, невозможностью получения твердого источника бора с борсодержащей пленкой требуемой толщины и требуемого качества.Твердые источники бора, изготовленные с использованием данной пленкообразующей композиции, быстро истощаются. Кроме того, диффузионные слои, сформированные с применением вышеуказанных твердых источников бора, характеризуются повышенным суммарным разбросом поверхностного сопротивления по пластине, в процессе. между процессами.Известна пленкообразующая композиция для получения твердых источников бора при изготовлении полупроводниковых приборов 3, содержащая органический растворитель этиловый спирт, воду, катализатор гидролиза тетраэтоксисилана - азотную кислоту, несколько легирующих примесей в виде эфиров третьей и пятой групп и тетраэтоксисилан.Однако данная пленкообразующая композиция отличается низкой вязкостью и. как следствие, невозможностью получения твердого источника бора с борсодержащей пленкой однородной толщины по поверхности пластины требуемой толщины, сильной усадкой после термообработки в 2-2,5 раза.Твердые источники бора, изготовленные с использованием данной пленкообразующей растворной композиции, быстро истощаются. Кроме того, диффузионные слои, сформированные с применением вышеуказанных твердых источников, характеризуются повь 1 шенным суммарным разбросом поверхностного сопротивления по пластине, в процессе,между процессами.Известна пленкообразующая композиция для получения твердых источников бора при изготовлении полупроводниковых приборов 4, содержащая органический растворитель этиловый спирт, тетраэтоксисилан, воду, катализатор гидролиза тетраэтоксисилана - азотную кислоту, боросодержащий компонент.Однако и данная пленкообразующая композиция не лишена недостатков. Для увеличения вязкости данной пленкообразующей композиции необходимо нагревание до 50-90 С с перемешиванием до уменьшения объема пленкообразующей композиции в 1,2-2,5 раза.Таким образом, повышается трудоемкость изготовления твердых источников бора. Кроме того, после термообработки усадка все-таки остается большой - в 1,8-2,О раза и происходит растрескивание борсодержащей пленки. При этом пленку на окисленные кремниевые подложки наносят центрифугированием из раствора с последующей термообработкой при температуре 600 С в течение 10 минут для деструктуризации пленки и последующую диффузию бора при температуре процесса. Твердые источники бора, изготовленные с использованием данной пленкообразующей композиции, быстро истощаются, 2а диффузионные слои, сформированные с применением вышеуказанных источников бора,характеризуются повышенным разбросом поверхностного сопротивления по пластине, в процессе, между процессами.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является пленкообразующая композиция для получения твердых источников диффузии бора при изготовлении полупроводниковых приборов 5, содержащая тетраэтоксисилан, полипропиленгликоль,воду, азотную кислоту, аэросил, оксид бора и этиловый спирт в качестве растворителя.Однако и данная пленкообразующая композиция не лишена недостатков. Так как в качестве растворителя используется этиловый спирт, то вязкость пленкообразующей композиции недостаточна. Поэтому для достижения требуемой толщины пленки необходимо проводить нанесение центрифугированием из раствора и термообработку несколько раз. Из-за неоптимальности соотношения компонентов усадка остается большой и происходит растрескивание боросодержащей пленки. Твердые источники бора, изготовленные с использованием данной пленкообразующей композиции быстро истощаются, а диффузионные слои, сформированные с применением вышеуказанных источников бора, характеризуются повышенным разбросом поверхностного сопротивления по пластине, в процессе и между процессами.Предложенное изобретение решает задачу получения пленкообразующей композиции требуемой вязкости, повышения качества диффузионных источников бора, изготавливаемых с ее применением.Поставленная задача решается тем, что пленкообразующая композиция для формирования твердых источников бора, содержащая тетраэтоксисилан, полипропиленгликоль,воду, азотную кислоту, аэросил и оксид бора, дополнительно содержит в качестве растворителя н-бутиловый спирт при следующем соотношении компонентов, мас.СОПОСТЗВИТСЛЬНЫЙ анализ ПРВДЛЗГЗСМОГО ИЗОбрСТСНИЯ С ПрОТОТИПОМ показал, ЧТО заЯВЛЯВМЗЯ ПЛСНКОООРЗЗУЪОЩЗЯ КОМПОЗИЦИЯ отличается ОТ ИЗВССТНОЙ ТСМ, ЧТО ДОПОЛНИТСЛЬНОсодержит в качестве растворителя н-бутиловый спирт при следующем соотношении компонентов, мас.Использование идентичной или сходной совокупности материалов для решения поставленной задачи не обнаружено.Решение поставленной задачи объясняется следующим образом.В качестве растворителя избран н-бутиловый спирт, поскольку в нем легко растворим ТЭОС и образующиеся олигополимеры (продукты неполного гидролиза ТЭОС), а также вода. Кроме того, он менее летуч и обладает большой вязкостью, чем обычно применяемые в пленкообразующих композициях растворители (этиловый спирт).При содержании ТЭОС в композиции менее 25 мас. происходит быстрое осаждение взвешенного оксида бора за счет недостаточного количества олигополимеров, образую В 19140 С 12007.04.30щихся при гидролизе ТЭОС. При содержании ТЭОС более 32 мас. происходит расслоение пленкообразующего раствора за счет выпадения в осадок продуктов гидролиза ТЭОС.При содержании полипропиленгликоля - 2000 менее 2,0 получаются КОМПОЗИЦИИ с недостаточной вязкостью и как следствие - твердые пленки на основе таких композиций обладают недостаточной пластичностью. Использование полипропиленгликоля - 2000 в количестве более 4,0 мас. значительно увеличивает вязкость пленкообразующей композиции, что ухудшает ее растекаемость.При содержании воды менее 5,5 , а азотной кислоты менее 0,006 мас. наблюдается недостаточная степень гидролиза ТЭОС и следовательно снижены пленкообразующие свойства композиции. При содержании воды более 7,0 мас. наблюдается быстрое гелеобразование и расслоение пленкообразующей композиции. Использование азотной кислоты в количестве 0,007 мас. может оказать нежелательное влияние кислой среды на последующих технологических стадиях.При использовании аэросила менее 4,0 мас. ухудшаются свойства пленкообразующей композиции за счет быстрого осаждения оксида бора.Использование более 6,0 мас. аэросила приводит к малоподвижной смеси, не дающей хорошего пленкообразования.Сущность изобретения поясняется на фиг. 1-2, где на фиг. 1 изображена схема расстановки твердых источников бора и рабочих пластин на кварцевую лодочку, а на фиг. 2 температурно-временная диаграмма процесса диффузии бора с применением твердых источников бора.Применение пленкообразующей композиции для получения твердых источников бора иллюстрируется следующими примерами.В реактор, снабженный магнитной мешалкой, помещают н-бутиловый спирт, ТЭОС и полипропиленгликоль - 2000. При эффективном перемешивании и комнатной температуре к образовавшейся смеси прибавляют небольшими порциями воду, смешанную с азотной кислотой. После полного прибавления кислой воды смесь перемешивается не менее 1 часа. К образовавшемуся гидролизату прибавляют аэросил, тщательно перемешивают (15 минут),затем вносят оксид бора, перемешивание продолжается не менее 1 часа, после чего композиция готова к приготовлению источников бора.По аналогичной методике получено несколько вариантов композиции с различным содержанием компонентов. Рецептура композиций представлена в таблице (примеры 1-5).Для полученных композиций определена кинематическая вязкость композиции при помощи стеклянного капиллярного визиометра ВДЖ-1. Толщина пленки определялась при помощи спектрофотометра - толщиномера МРУ-ЗР ф. Ьейш.Толщина борсодержащей пленки составляла около 1 мкм.Процент усадки определялся как отношениегде (11 - исходная толщина пленки, (12 - толщина пленки после отжига при температуре 450 С 15 мин в азоте. 1 .Срок годности пленкообразующеи композиции определяли как отношение Е, где 1 номер в таблице, а З - время, в течение которого пленкообразующая композиция сохраняет свои свойства.б) Изготовление твердых планарных источников бораДля Изготовления твердых планарных источников для диффузии бора используются Кремниевые пластины КДБ 1 О диаметром 100 мм. Пластины кремния предварительно окисляют до толщины 5102 0,5 1 0,1 мкм. Методом центрифугирования на пластины наносится борсодержащий слой при скорости вращения центрифуги 1000 1 100 об/мин. Борсодержащий слой наносится с двух сторон пластины. Для центрифугирования использовали автомат нанесения фоторезиста 08 ФИ-125/200-004 М 3.281.025. Комплект источников составляет 30 пластин. Затем осуществляется сушка при температуре 90 1 5 С. Сущку проводили на установке 02 СТБ-М 3.021.037. Отжиг пластин с борсодержащим слоем проводился при 850 С в азоте с расходом 900 1 100 л/час в течение 30 минут.в) Процесс диффузии бора с использованием твердых источников бораТехнологический процесс диффузии бора с использованием твердых источников бора осуществляется следующим образомГотовые твердые источники бора 1 загружаются в кварцевую кассету-лодочку 2 по схеме (фиг. 1). Рабочие окисленные кремниевые пластины 3 располагаются через паз между источниками обратной стороной друг к другу (по две пластины в один паз).Кварцевая кассета-лодочка помещается на кварцевую подставку и проводится процесс диффузии бора в кварцевой трубе системы диффузионного типа СДОМ-3-100 в соответствии с температурно-временной диаграммой ТВД (фиг. 2).Твердые источники бора использовались для создания разделяющей диффузии в процессе изготовления микросхемы КР 1199 ЕНХХ. Поверхностное сопротивление (К 5) изме ряли стандартным 4-х зондовым методом на спутниках КЭФ-4,5 в 9 точках. Разброс по пластине в определяли какк К 5 . . . К 5 . АКБ д -100 , где КПД - размах по пластине, где К 5 2 Кзмдксйнщпл, Кзминйнайпл - максимальное значение и минимальное значение К 5 на пла 9 ЕЮ стине, а Кзпд - среднее значение К 5 на пластине Кзпл , где Кзд - 1 значение К 5 на пластине. Разброс по процессу в определяли как к . . Б А -100 , где Кпр - размах по процессу, аКБ пощроцсссу КЗПР 2 К 5 максвпр, К 5 минвпр - максимальное и минимальное среднее значение по процессу, аКзпр - это среднее значение К 5 по процессу. Разброс между процессами в определяли какМСЖДУПр . АКБМСЖДУЩР а 100 , где Кмеждуйпр размах между 0 К 5 мсждупр 2 процессами, а Кзмдксмсждудр , К 5 ждур - максимальное и минимальное среднее значе ние К между 20 процессами, а мсждупр - среднее значение К 5 между 20-ю процессами.Результаты представлены в таблице, где примеры 2-4 иллюстрируют предлагаемое техническое рещение, пример 6 - по способу-прототипу, а 1, 5 - выходят за пределы, указанные в формуле изобретения.При выходе за указанные пределы снижается кинематическая вязкость, увеличивается усадка и разброс по поверхностному сопротивлению, уменьшается срок службы источников бора (пример 1), увеличивается разброс по поверхностному сопротивлению, уменьшается срок службы источников (пример 5).