Способ изготовления твердых планарных источников бора при создании полупроводниковых приборов и интегральных схем

Изобретение относится К электронной технике, а более конкретно К технологии изготовления силовых полупроводниковых приборов и интегральных схем, и может быть использовано для изготовления твердых планарных источников бора (ТПИБ).Известен способ изготовления твердых планарных источников бора при создании полупроводниковых приборов и интегральных схем 1, включающий приготовление диффузанта путем смешивания этилового спирта с порошком оксида бора, окунание кассеты с предварительно окисленными кремниевыми пластинами в диффузант, сушку пластин, установку пластин в кварцевые кассеты, термообработку в окислительной атмосфере при температуре диффузии в течение 30-120 мин, причем окунание, сушку и термообработку проводят три раза подряд.Однако в данном способе диффузант наносится на пластину окунанием и фактически не образует пленки, что обусловливает быстрое истощение и короткий срок службы ТПИБ. Кроме того, диффузионные слои, сформированные с применением данных ТПИБ,характеризуются повышенным разбросом поверхностного сопротивления по площади пластины, по пластинам в процессе и между процессами.Известен способ изготовления твердых планарных источников бора при создании полупроводниковых приборов и интегральных схем 2, включающий приготовление диффузанта путем смешивания этилового спирта, воды, тетраэтоксисилана, катализатора гидролиза тетраэтоксисилана -концентрированной азотной кислоты, тетраэтоксибора или борной кислоты, нанесение диффузанта на кремниевые пластины центрифугованием, сушку, установку в кварцевые кассеты и термообработку при температуре диффузии.Толщина слоя диффузанта в ТПИБ, изготовленных согласно данному способу, увеличивается до 0,15-0,6 мкм. Однако такой толщины диффузанта недостаточно для увеличения срока службы ТПИБ. Кроме того, в данном способе после нанесения и термообработки диффузант дает сильную усадку, растрескивается, имеет низкую механическую стойкость,что обусловливает низкий выход годных ТПИБ. Диффузионные слои, сформированные с применением данных ТПИБ, также характеризуются повышенным разбросом поверхностного сопротивления по площади пластины, по пластинам в процессе и между процессами.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ изготовления твердых планарных источников бора при создании полупроводниковых приборов и интегральных схем 3, включающий приготовление диффузанта путем смешивания порошков борсодержащего компонента, наполнителя и связующего, нанесение диффузанта на кремниевые пластины методом сеткографии, сушку пластин, установку пластин в кварцевые кассеты и термообработку при 975-1050 С в течение 30-60 мин в окислительной среде, где борсодержащий компонент - нитрид бора наполнитель - кремний связующее - 5 -ный раствор крахмала.Изготовленный, согласно данному способу, диффузант характеризуется пастообразной консистенцией, а толщина пленки диффузанта в ТПИБ достигает 0,8 мм. Причем диффузант наносится в виде отдельных блоков, что снижает вероятность растрескивания. Однако и данный способ не лишен недостатков. ТПИБ, изготовленные согласно данному способу,характеризуются низким качеством из-за плохой адгезии диффузанта к кремниевой пластине, что приводит к частичному осыпанию блоков диффузанта при спекании. Кроме того,при температуре спекания крахмал выгорает и блоки диффузанта частично растрескиваются. При этом 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 от процесса к процессу.Изобретение решает задачу повышения качества, увеличения срока службы и снижения стоимости твердых планарных источников бора, а также упрощения технологического процесса диффузии бора с их использованием.Поставленная задача решается тем, что в способе Изготовления твердых планарных источников бора при создании полупроводниковых приборов и интегральных схем, включающем приготовление диффузанта путем смешивания борсодержащего компонента, наполнителя и связующего, нанесение диффузанта на кремниевую пластину методом сеткографии, сушку пластин, установку пластин в кварцевые кассеты и термообработку, в качестве борсодержащего компонента используют оксид бора, в качестве наполнителя аэросил, в качестве связующего - водно-спиртовой раствор тетраэтоксисилана, при этом компоненты диффузанта смешивают в следующем соотношении компонентов, мас.оксид бора 32,0-36,0 аэросил 2,5-3,5 тетраэтоксисилан 35,0-40,0 вода 6,5 - 7,5 спиртовой компонент 18-20, сушку пластин проводят при 130-140 С на воздухе в течение 15-30 мин, перед термообработкой проводят отжиг при 380-450 С в азоте в течение 60-360 мин, а термообработку проводят при температуре 850-1050 С в азоте в течение 30-90 мин.Сопоставительный анализ предлагаемого изобретения с прототипом показывает, что заявляемый способ изготовления твердых планарных источников бора при создании полупроводниковых приборов и интегральных схем отличается от известного тем, что в качестве борсодержаЩего компонента используют оксид бора, в качестве наполнителя аэросил, в качестве связующего - водно-спиртовой раствор тетраэтоксисилана, при этом компоненты диффузанта смешивают в следующем соотношении компонентов, мас.оксид бора 32,0-36,0 аэросил 2,5-3,5 тетраэтоксисилан 35,0-40,0 вода 6,5-7,5 спиртовой компонент 18-20, сушку пластин проводят при 130-140 С на воздухе в течение 15-30 мин, перед термообработкой проводят отжиг при 380-450 С в азоте в течение 60-360 мин, а термообработку проводят при температуре 850-1050 С в азоте в течение 30-90 мин.Использование идентичной или сходной совокупности отличительных признаков для решения поставленной задачи не обнаружено.В качестве источника бора для приготовления диффузанта выбран оксид бора по ряду причиноксид бора имеет относительно низкий удельный вес (1,84 г/смз), довольно легко измельчается и легко переходит в стеклообразное состояниеоксид бора имеет относительно малую стоимость по сравнению с нитридом борав отличие от нитрида бора не требуется специальная активация источников бора.При содержании оксида бора в композиции менее 32,0 мас. снижается срок службы ТПИБ. При содержании оксида бора в композиции более 36 мас. затрудняется процесс создания ТПИБ и снижается их качество.Аэросил, представляющий собой мелкодисперсную (размер частиц 5-20 нм) двуокись кремния, служит загустителем, что способствует поддержанию во взвешенном состоянии частиц оксида бора при смешивании компонентов диффузанта и нанесении их на поверхность кремниевой пластины для создания твердого планарного источника бора. При содержании аэросила менее 2,5 мас. затрудняется процесс нанесения пасты на кремниевую пластину и снижается качество ТПИБ. При содержании аэросила в композиции более 3,5 мас. также снижается качество ТПИБ, и не происходит увеличения срока службы твердых планарных источников бора.Тетраэтоксисилан (ТЭОС) - Прозрачная, бесцветная жидкость со специфическим запахом, легко растворимая в органических растворителях, в воде тетраэтоксисилан не растворяется, но гидролизуется с образованием двуокиси кремния, что обеспечивает связь 1 вание оксида бора и аэросила. В присутствии оксида бора скорость гидролиза возрастает. При избыточном содержании связующего (ТЭОС - более 40,0 мас. воды более 7,5 мас. спирта - более 20,0 мас. ) происходит отслаивание композиции от кремниевой пластины при термообработке из-за усадки и увеличения напряжений при гидролизе ТЭОС. При недостаточном содержании связующего (ТЭОС - менее 34,0 мас. воды - менее 6,5 мас. спирта - менее 18,0 мас. ) снижается адгезия композиции к кремниевой пластине и затрудняется процесс создания диффузанта из-за недостаточного связывания оксида бора и аэросила продуктами гидролиза ТЭОС.Сушка пластин с нанесенным диффузантом на воздухе производится с целью перевода диффузанта из пастообразного в твердое состояние за счет испарения спирта и воды из водно-спиртового раствора ТЭОС. При температуре сушки менее 130 С и времени су 1 Цки менее 15 мин не происходит полного испарения воды из диффузанта, что приводит к ухудшению качества ТПИБ из-за растрескивания диффузанта при высокотемпературных обработках. При температуре сушки более 140 С и времени сушки более 30 мин не происходит дальнейших улучшений.Отжиг при 380-450 С в азоте в течение 60-360 мин производится для полного удаления остатков растворителя из диффузанта. При температуре ниже 380 С и времени отжига менее 60 мин не происходит полного удаления остатков растворителя из диффузанта, что приводит к ухудшению качества ТПИБ из-за растрескивания диффузанта при вь 1 сокотемпературных обработках. При температуре отжига более 450 С и времени отжига более 360 мин не происходит дальнейших улучшений. Выполнение отжига в инертной среде исключает окисление остатков растворителя, обусловливающее загрязнение и ухудшение качества ТПИБ.Термообработка ТПИБ при температуре 850-1050 С в течение 30-90 мин среде азота производится для оплавления, сплавления и прочного сцепления блоков диффузанта с кремниевой пластиной. Выполнение термообработки в инертной среде исключает окисление блоков диффузанта и загрязнение ТПИБ. При температуре термообработки менее 850 С и времени термообработки менее 30 мин не происходит достаточного оплавления для сплавления блоков диффузанта с кремниевой пластиной. При температуре термообработки более 1050 С и времени термообработки более 90 мин не наблюдается дальнейших улучшений.Сущность изобретения поясняется на фиг. 1, 2, где на фиг. 1 показан твердый планарный источник бора, изготовленный согласно заявляемому способу (1 - кремниевая пластина, 2 - блоки диффузанта) на фиг. 2 изображена схема расстановки твердых планарных источников бора и рабочих пластин в кварцевую лодочку (1 - твердый планарный источник бора 2 - кварцевая лодочка с пазами для установки пластин 3 - рабочие кремниевые пластины).Приготовление диффузанта для изготовления ТПИБ осуществляют следующим образом. В реактор, снабженный магнитной мешалкой, помещают один из спиртов, например этиловый спирт и тетраэтоксисилан ТУ 6-09-5230-85. При эффективном перемешивании и образовании смеси прибавляют небольшими порциями воду, подкисленную азотной кислотой до РН 1. После полного прибавления подкисленной воды и образования прозрачного гидролизата добавляют оксид кремния - аэросил А-300 ГОСТ 14922-77, при эффективном перемешивании, затем небольшими порциями вводят оксид бора ОСЧ.11-3 ГОСТ 6-09-17-249-88 и перемешивание производится вручную до получения однородной борсодержащей пасты.Твердые планарные источники бора получали нанесением диффузанта в виде борсодержащей пасты методом сеткографии через трафарет при толщине трафарета 0,5 мм с размером Круглых отверстий 5,0 мм И расстоянии между отверстиями 2,0 мм.Диффузант наносился при помощи ракеля на кремниевую пластину КДБ 10 диаметром 100 мм. Сушка проводилась на установке СТБ-М 3.021.537. Затем аналогично наносился диффузант на вторую поверхность кремниевой пластины. Затем проводился отжиг пластин с диффузантом в диффузионной печи СДОМ 3/ 100. Термообработка пластин с блоками диффузанта также проводилась в диффузионной печи СДОМ 3/ 100.Технологический процесс диффузии бора с использованием ТПИБ осуществляется следующим образом. Изготовленные ТПИБ 1 загружаются в кварцевую кассету-лодочку(2) согласно схеме (фиг. 2). Рабочие кремниевые пластины (3) располагаются между источниками обратной стороной друг к другу (по две пластины в один паз).Твердые планарные источники бора использовались для создания разделяющей диффузии в процессе изготовления микросхемы КР 1181 ЕНХХ. Поверхностное сопротивление(Кв) измеряли стандартным 4-х зондовым методом на спутниках КЭФ-4,5 в 9 точках.Разброс по пластине в определяли какгде Кш - размах по пластине, Кв, - среднее значение Кв на пластине. Значение Кш опреде лялось как Кв КвК таху тйпш ш 2 ГДС К 5 тахш, КЗНШЬ - МЗКСИМЗЛЬНОС ЗНЗЧСНИС И МИНИМЗЛЬНОС ЗНЗЧСНИС КБ на ПЛЗСТИНС. Всвою очередь, значение Квш определяли следующим образомгде Кв, - й-е значение Кв на пластине. Разброс по процессу в определяли какгде Кь - размах по процессу, , - среднее значение Кв по процессу. В свою очередьщтахь ШЙПЬ кь ч,2где Квшадь , Квшддь - максимальное и минимальное среднее значение по процессу.Разброс между процессами в определяли какгде Кы, - размах между процессами, Кв ьь - среднее значение Кв по результатам 50 процессов. Кы, определяли кактах ЬЬ тпд ЬЬ Кыд 7 2где Квшахьь , Квш 1 ьь - максимальное и минимальное значение Кв по результатам 50процессов. В табл. 1 представлены сравнительные характеристики ТПИБ в зависимости от состава диффузанта.