Способ диффузии бора из твердых источников бора при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных микросхем

загрузки кварцевой лодочки с размещенными на ней кремниевыми пластинами и твердь 1 ми источниками бора в рабочую зону кварцевого реактора термодиффузионной системы устанавливают кварцевый экран на расстоянии 45-55 см от открытого края кварцевого реактора термодиффузионной системы с зазором между кварцевым реактором и экраном 1,5-2,5 см, нагрев кварцевой лодочки с кремниевыми пластинами и твердыми источниками бора в рабочей зоне кварцевого реактора термодиффузионной системы до температуры диффузии проводят в потоке азота, охлаждение рабочей зоны кварцевого реактора термодиффузионной системы и кварцевой лодочки с размещенными на ней кремниевыми пластинами и твердыми источниками бора осуществляют сначала в течение 15-25 мин в потоке азота, затем в течение 45-55 мин в потоке азота с содержанием 10-25 об. кислорода, а перед выгрузкой кварцевой лодочки с размещенными на ней кремниевыми пластинами и твердыми источниками бора удаляют из кварцевого реактора термодиффузионной системы кварцевый экран.Изобретение относится к электронной технике, а более конкретно к технологии изготовления силовых полупроводниковых приборов (ППП) и интегральных микросхем(ИМС), и может быть использовано при создании областей кремния, легированных бором.Известен способ диффузии бора из твердых источников бора (ТИБ) при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных микросхем 1, включающий размещение твердых источников бора напротив кремниевых пластин в кварцевой лодочке, продувку кварцевого реактора термодиффузионной системы (КРТДС) кислородом, загрузку кварцевой лодочки с размещенными на ней кремниевыми пластинами и твердыми источниками бора в рабочую зону кварцевого реактора термодиффузионной системы в потоке кислорода, выдержку кварцевой лодочки с размещенными на ней кремниевыми пластинами и твердыми источниками бора в потоке кислорода, охлаждение рабочей зоны кварцевого реактора термодиффузионной системы в потоке кислорода до температуры диффузии,проведение диффузии бора в потоке азота и выгрузку кварцевой лодочки с кремниевыми пластинами и твердыми источниками бора в потоке кислорода.Однако данный способ характеризуется рядом недостатков. Из-за отсутствия кварцевого экрана в данном способе наблюдается больщой разброс поверхностного сопротивления диффузионного слоя вдоль КРТДС, что приводит к снижению выхода годных ИМС и ППП. Загрузка кварцевой лодочки с размещенными на ней кремниевыми пластинами и твердыми источниками бора в рабочую зону КРТДС в потоке кислорода, а также вь 1 держка кварцевой лодочки с размещенными на ней кремниевыми пластинами и ТИБ в окислительной среде в данном способе приводит к росту слоя двуокиси кремния на поверхности кремниевых пластин, что препятствует загонке бора, увеличивает разброс поверхностного сопротивления диффузионного слоя и приводит к снижению выхода годных ППП и ИМС. Охлаждение рабочей зоны КРТДС до температуры диффузии в потоке кислорода приводит к интенсивному окислению кремния и, как следствие, обеднению бором приповерхностной области кремниевой пластины, что также обусловливает дополнительное увеличение разброса поверхностного сопротивления диффузионного слоя.Известен способ диффузии бора из твердых источников бора при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных микросхем 2, включающий размещение твердых источников бора напротив кремниевых пластин в кварцевой лодочке, загрузку кварцевой лодочки с размещенными на ней кремниевыми пластинами и твердыми источниками бора в рабочую зону кварцевого реактора термодиффузионной системы с первоначальным уровнем температуры в потоке азота, выдержку кварцевой лодочки с кремниевыми пластинами и твердыми источниками бора в рабочей зоне кварцевого реактора термодиффузионной системы при данной температуре в потоке азота, нагрев кварцевой лодочки с кремниевыми пластинами и твердыми источниками бора в рабочей зонекварцевого реактора термодиффузионной системы до температуры диффузии в потоке азота, проведение диффузии бора в течение требуемого времени, охлаждение рабочей зоны кварцевого реактора термодиффузионной системы и кварцевой лодочки с размещенными на ней кремниевыми пластинами и твердыми источниками бора до первоначального уровня температуры в потоке азота с кислородом и выгрузку кварцевой лодочки с кремниевыми пластинами и твердыми источниками бора из рабочей зоны кварцевого реактора термодиффузионной системы в потоке азота с кислородом.Загрузка и выдержка кварцевой лодочки с размещенными на ней кремниевыми пластинами и ТИБ в рабочую зону КРТДС с первоначальным уровнем температуры, а также нагрев кварцевой лодочки с кремниевыми пластинами и твердыми источниками бора в рабочей зоне КРТДС до температуры диффузии и проведение диффузии бора в течение требуемого времени в потоке азота позволяет избежать роста слоя двуокиси кремния на поверхности кремниевых пластин, препятствующего загонке бора. Однако при этом наблюдается увеличение плотности дефектов кристаллической структуры на поверхности кремниевых пластин, приводящих к снижению выхода годных ИМС и ППП. Из-за отсутствия кварцевого экрана в данном способе также наблюдается большой разброс поверхностного сопротивления диффузионного слоя вдоль КРТДС, приводящий к снижению выхода годных ИМС и ППП. Кроме того, вследствие подачи потока азота с кислородом в рабочую зону КРТДС в течение всего времени охлаждения до первоначального уровня температуры происходит интенсивное окисление поверхности кремниевых пластин, что сопровождается обеднением приповерхностной области кремниевых пластин бором и приводит к увеличению разброса поверхностного сопротивления и снижению выхода годных ИМС и ППП.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ диффузии бора из твердых источников бора при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных микросхем З, включающий размещение твердых источников бора напротив кремниевых пластин в кварцевой лодочке, загрузку кварцевой лодочки с размещенными на ней кремниевыми пластинами и твердыми источниками бора в рабочую зону кварцевого реактора термодиффузионной системы с первоначальным уровнем температуры, выдержку кварцевой лодочки с кремниевыми пластинами и твердыми источниками бора в рабочей зоне кварцевого реактора термодиффузионной системы при данной температуре, нагрев кварцевой лодочки с кремниевыми пластинами и твердыми источниками бора в рабочей зоне кварцевого реактора термодиффузионной системы до температуры диффузии в потоке газа, проведение диффузии бора в течение требуемого времени в потоке азота, охлаждение рабочей зоны кварцевого реактора термодиффузионной системы и кварцевой лодочки с размещенными на ней кремниевыми пластинами и твердыми источниками бора в потоке газа и выгрузку кварцевой лодочки с кремниевыми пластинами и твердыми источниками бора.Загрузка и выдержка кварцевой лодочки в рабочую зону КРТДС с первоначальным уровнем температуры в потоке азота с кислородом в данном способе позволяет снизить плотность дефектов кристаллической структуры кремниевых пластин и повысить выход годных ИМС и ППП благодаря росту на поверхности кремния двуокиси кремния толщиной несколько нанометров, исключающего взаимодействие азота с кремнием при температуре диффузии. Однако в данном способе нагрев кварцевой лодочки с кремниевыми пластинами и ТИБ в рабочей зоне кварцевого реактора термодиффузионной системы до температуры диффузии осуществляется в потоке азота с кислородом, что приводит к увеличению толщины слоя двуокиси кремния на поверхности кремниевых пластин и обусловливает увеличение разброса поверхностного сопротивления диффузионного слоя, а также снижение выхода годных ИМС и ППП. Охлаждение рабочей зоны КРТДС и кварцевой лодочки с размещенными на ней кремниевыми пластинами и ТИБ до первоначального уровня температуры в потоке азота с кислородом также обусловливает интенсивноеокисление поверхности кремниевых пластин, сопровождающееся обеднением бором приповерхностной области кремниевых пластин, приводящим К увеличению разброса поверхностного сопротивления и снижению выхода годных. Кроме того, отсутствие кварцевого экрана и в данном способе приводит к разбросу поверхностного сопротивления диффузионного слоя вдоль КРТДС и снижению выхода годных ИМС и ППП.Заявляемое изобретение решает задачу повышения выхода годных интегральных схем и полупроводниковых приборов, снижения разброса поверхностного сопротивления диффузионных слоев.Поставленная задача решается тем, что в способе диффузии бора из твердых источников бора при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных микросхем,включающем размещение твердых источников бора напротив кремниевых пластин в кварцевой лодочке, загрузку кварцевой лодочки с размещенными на ней кремниевыми пластинами и твердыми источниками бора в рабочую зону кварцевого реактора термодиффузионной системы с первоначальным уровнем температуры, выдержку кварцевой лодочки с кремниевыми пластинами и твердыми источниками бора в рабочей зоне кварцевого реактора термодиффузионной системы при данной температуре в потоке газа, нагрев кварцевой лодочки с кремниевыми пластинами и твердыми источниками бора в рабочей зоне кварцевого реактора термодиффузионной системы до температуры диффузии в потоке газа, проведение диффузии бора в течение требуемого времени в потоке азота, охлаждение рабочей зоны кварцевого реактора термодиффузионной системы и кварцевой лодочки с размещенными на ней кремниевыми пластинами и твердыми источниками бора в потоке газа и выгрузку кварцевой лодочки с кремниевыми пластинами и твердыми источниками бора, после загрузки кварцевой лодочки с размещенными на ней кремниевыми пластинами и твердыми источниками бора в рабочую зону кварцевого реактора термодиффузионной системы устанавливают кварцевый экран на расстоянии 4555 см от открытого края кварцевого реактора термодиффузионной системы с зазором между кварцевым реактором и экраном 1,5-2,5 см, нагрев кварцевой лодочки с кремниевыми пластинами и твердыми источниками бора в рабочей зоне кварцевого реактора термодиффузионной системы до температуры диффузии проводят в потоке азота, охлаждение рабочей зоны кварцевого реактора термодиффузионной системы и кварцевой лодочки с размещенными на ней кремниевыми пластинами и твердыми источниками бора осуществляют сначала в течение 15-25 мин в потоке азота, затем в течение 45-55 мин в потоке азота с содержанием 10-25 об. кислорода, а перед выгрузкой кварцевой лодочки с размещенными на ней кремниевыми пластинами и твердыми источниками бора удаляют из кварцевого реактора термодиффузионной системы кварцевый экран.Сопоставительный анализ предлагаемого изобретения с прототипом показывает, что заявляемый способ диффузии бора из твердых источников бора при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных микросхем отличается от известного тем, что после загрузки кварцевой лодочки с размещенными на ней кремниевыми пластинами и твердыми источниками бора в рабочую зону кварцевого реактора термодиффузионной системы устанавливают кварцевый экран на расстоянии 45-55 см от открытого края кварцевого реактора термодиффузионной системы с зазором между кварцевым реактором и экраном 1,5-2,5 см, нагрев кварцевой лодочки с кремниевыми пластинами и твердыми источниками бора в рабочей зоне кварцевого реактора термодиффузионной системы до температуры диффузии проводят в потоке азота, охлаждение рабочей зоны кварцевого реактора термодиффузионной системы и кварцевой лодочки с размещенными на ней кремниевыми пластинами и твердыми источниками бора осуществляют сначала в течение 15-25 мин в потоке азота, затем в течение 45-55 мин в потоке азота с содержанием 1025 об. кислорода, а перед выгрузкой кварцевой лодочки с размещенными на ней кремниевыми пластинами и твердыми источниками бора удаляют из кварцевого реактора термодиффузионной системы кварцевый экран.Использование идентичной или сходной совокупности отличительных признаков для решения поставленной задачи не обнаружено.При нагреве рабочей зоны КРТДС, в которой расположена кварцевая лодочка с размешенными на ней кремниевыми пластинами и ТИБ, до температуры диффузии происходит испарение трехокиси бора с поверхности ТИБ, пары которой взаимодействуют с поверхностью кремниевых пластин 2 В 2 О 3 351 4 В 35102. При подаче потока газа в рабочую зону кварцевого реактора концентрация паров трехокиси бора вдоль рабочей зоны кварцевого реактора будет увеличиваться в направлении потока газа, постепенно достигая своего насыЩения. Установка кварцевого экрана на расстоянии 45-55 см от открытого края КРТДС с зазором между кварцевым реактором и экраном 1,5-2,5 см позволяет уменьшить градиент концентрации паров трехокиси бора в рабочей зоне КРТДС за счет уменьшения площади просвета между рабочей зоной и открытым краем кварцевого реактора, а также обеспечить воспроизводимость температурного профиля вдоль КРТДС. Если расстояние между открытым краем КРТДС и кварцевым экраном менее 45 см, то наблюдается увеличение разброса удельного сопротивления диффузионного слоя, обусловленной градиентом концентрации паров трехокиси бора в рабочей зоне КРТДС. Максимальное расстояние между открытым краем КРДТС и кварцевым экраном в 55 см ограничено длиной КРТДС и его рабочей зоны, а также длиной кварцевой лодочки. Увеличение расстояния между открытым краем КРТДС и кварцевым экраном более 55 см нецелесообразно в виду необходимости уменьшения длины кварцевой лодочки, а следовательно, уменьшения числа обрабатываемых кремниевых пластин и снижения производительности процесса. Если расстояние между кварцевым реактором и экраном более 2,5 см, то наблюдается разброс поверхностного сопротивления диффузионного слоя и снижение выхода годных ИМС и ППП, что обусловлено градиентом концентрации паров трехокиси бора в рабочей зоне КРТДС и ухудшением тепловой изоляции между кварцевой лодочкой и открытым краем КРТДС. Если расстояние между кварцевым реактором и экраном менее 1,5 см, то дальнейшего уменьшения разброса поверхностного сопротивления не происходит, при этом усложнится процесс установки кварцевого экрана в кварцевый реактор термодиффузионной системы.Нагрев кварцевой лодочки с кремниевыми пластинами и ТИБ в рабочей зоне КРТДС до температуры диффузии в потоке азота позволяет избежать дополнительного дальнейшего роста слоя двуокиси кремния, препятствуюшего загонке бора.Охлаждение рабочей зоны КРТДС и кварцевой лодочки с размешенными на ней кремниевыми пластинами и ТИБ сначала в течение 15-25 мин в потоке азота, а затем в течение 45-55 мин в потоке азота с 10-25 об. кислорода позволяет свести к минимуму рост двуокиси кремния на поверхности кремниевых пластин в окислительной среде, который приводит к обеднению бором приповерхностной области кремниевой пластины, увеличению разброса поверхностного сопротивления диффузионного слоя и снижению выхода годных интегральных схем и полупроводниковых приборов. Если охлаждение рабочей зоны КРТДС и кварцевой лодочки с размешенными на ней кремниевыми пластинами и ТИБ проводить сначала в потоке азота менее 15 мин, то на поверхности кремниевых пластин в окислительной среде происходит рост двуокиси кремния. Это приводит к обеднению бором приповерхностной области кремниевой пластины, увеличению разброса поверхностного сопротивления диффузионного слоя и снижению выхода годных ИМС и ППП. Если охлаждение рабочей зоны КРТДС и кварцевой лодочки с размешенными на ней кремниевыми пластинами и ТИБ проводить в начале в потоке азота более 25 мин, то на поверхности кремниевой пластины происходит образование боросиликатного стекла с увеличенной концентрацией трехокиси бора, затрудняется удаление боросиликатного стекла из-за снижения скорости травления. Это приводит к снижению выхода годных ИМС и ППП.Сушность изобретения поясняется на фиг. 1-3, где на фиг. 1 показана блок-схема кварцевого реактора термодиффузионной системы согласно способу-прототипу, на фиг. 2 по