close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY9818

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2007.10.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
H 01L 21/02
ТВЕРДЫЙ ПЛАНАРНЫЙ ИСТОЧНИК ДИФФУЗИИ БОРА ДЛЯ
ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ И
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ
(21) Номер заявки: a 20050598
(22) 2005.06.15
(43) 2005.12.30
(71) Заявитель: Производственное республиканское унитарное предприятие "Завод Транзистор" (BY)
(72) Авторы: Турцевич Аркадий Степанович; Глухманчук Владимир Владимирович; Ануфриев Дмитрий Леонидович; Шильцев Владимир Викторович; Матюшевский Анатолий
Петрович (BY)
BY 9818 C1 2007.10.30
BY (11) 9818
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Производственное
республиканское унитарное предприятие "Завод Транзистор" (BY)
(56) RU 1454157 C, 1995.
BY a 20040706, 2005.
RU 1563507 C, 1995.
JP 1045118 A, 1989.
JP 56061123 A, 1981.
US 3998667 A, 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.
Фиг. 1
BY 9818 C1 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 В2О3, 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
BY 9818 C1 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 небольши3
BY 9818 C1 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 СТБМ3.021.537 при температуре 90±5 °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
450±50 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 КР1181ЕНХХ. Поверхностное сопротивление (Rs) измеряли стандартным 4-х зондовым методом на спутниках КЭФ-4,5 в 9 точках.
Разброс по пластине в % определяли как:
Rs макс _ на _ пл − Rs мин _ на _ пл
R
- размах по пластине,
∆ Rsпо _ пластине % = пл ⋅ 100 % , где R пл =
2
Rs пл
где Rsмакс_на_пл, Rsмин_на_пл - максимальное значение и минимальное значение Rs на пла9
стине, a Rs пл - среднее значение Rs на пластине; Rs пл =
∑ Rsi
i =1
9
, где Rsi - i значение Rs на
пластине.
Разброс по процессу в % определяли как:
R пр
Rs макс _ в _ пр − Rs мин _ в _ пр
- размах по процессу, а
∆ Rs по _ процессу % =
⋅ 100 % , где R пр =
Rs пр
2
Rs макс _ в _ пр , Rs мин _ в _ пр - максимальное и минимальное среднее значение по процессу, a
Rs пр - среднее значение Rs по процессу.
Разброс между процессами в % определяли как:
R
Rs макс _ между _ пр − Rs мин _ между _ пр
- раз∆ Rs между _ пр % = между _ пр ⋅ 100 % , где R между _ пр =
2
Rs между _ пр
мах между процессами, а Rs макс _ между _ пр , Rs мин _ между _ пр - максимальное и минимальное
среднее значение Rs между 50 процессами, a Rs между _ пр - среднее значение Rs между 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
BY 9818 C1 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)
Н1, мм
№ п/п
В/Вп2,
отн.ед.
1
1,15
1,5
1,52
Р3
С/Сп5,
отн.ед.
1,25
1,26
1,45
1,45
З4
Примечание
0
+
При составе блоков
диффузанта: оксид
2
+
бора 70 мас. %,
3
оксид кремния
4
30 мас. %
По
5
1
+
+
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
(ТПИБ)
В процессе
Между процессами
С/Сп3 В/Вп4,
отн.ед. отн.ед.
По пластине
З2
Механическая
стойкость
Разброс по Rs, ± %
Оксид кремния
мас.ч.
Особенности ТПИБ
Оксид бора,
мас.ч.
№
п/п
1
2
3
4
55
60
70
75
45
40
30
25
+
+
+
5
5
5
5
5
5
5
5
7
5
5
5
-
1,38
1,45
1,45
1,45
1,52
1,52
1,52
1,52
5
80
20
+
5
5
5
+с
1,36
1,4
6
Прототип
+
5
5
5
+
1
1
Примечание
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
BY 9818 C1 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 КР1181ЕНХХ.
2. А.с. СССР № 936743, МПК Н 01L 21/225. - Опубл. 1978.
3. Патент РФ № 1454157, МПК H 0L 121/225. - Опубл. 27.01.1995.
Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 4
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
6
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
153 Кб
Теги
by9818, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа