close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY11789

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2009.04.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
H 01L 21/02
КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТВЕРДЫХ ИСТОЧНИКОВ
БОРА ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ
ПРИБОРОВ И ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ
(21) Номер заявки: a 20060019
(22) 2006.01.11
(43) 2006.06.30
(71) Заявители: Производственное республиканское унитарное предприятие
"Завод Транзистор"; Государственное научное учреждение "Институт
физико-органической химии Национальной академии наук Беларуси"
(BY)
(72) Авторы: Турцевич Аркадий Степанович; Глухманчук Владимир Владимирович; Ануфриев Дмитрий Леонидович; Мойсейчук Константин
Леонидович; Бересневич Людмила
Брониславовна; Кузик Сергей Владимирович (BY)
BY 11789 C1 2009.04.30
BY (11) 11789
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатели: Производственное
республиканское унитарное предприятие "Завод Транзистор"; Государственное научное учреждение "Институт
физико-органической химии Национальной академии наук Беларуси"
(BY)
(56) US 6695903 B1, 2004.
US 3837873, 1974.
US 4619719, 1986.
US 4605450, 1986.
US 3789023, 1974.
US 5458912 A, 1995.
(57)
Композиция для получения твердых источников бора при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных схем, содержащая оксид бора, аэросил, тетраэтоксисилан, спиртовой компонент и подкисленную азотной кислотой воду, отличающаяся тем,
что содержит воду, подкисленную азотной кислотой до рН 1, при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:
оксид бора
32-36
аэросил
2,5-3,5
тетраэтоксисилан
35-40
спиртовой компонент
18-20
вода, подкисленная азотной кислотой до рН 1
6,5-7,5.
Фиг. 1
BY 11789 C1 2009.04.30
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 бора (ТИБ).
Известна композиция для получения твердых источников бора при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных схем [1], содержащая органический растворитель - этиловый спирт и борсодержащий компонент - оксид бора.
Однако данная композиция наносится на пластину окунанием и фактически не образует пленки. Изготовленные с использованием данной растворной композиции ТИБ быстро истощаются. Кроме того, диффузионные слои, сформированные с применением
вышеуказанных ТИБ, характеризуются повышенным суммарным разбросом поверхностного сопротивления по пластине, в процессе, между процессами, а срок службы таких источников бора короткий.
Известна композиция для получения твердых источников бора при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных схем [2], содержащая органический растворитель - этиловый спирт, воду, катализатор гидролиза тетраэтоксисилана - концентрированную азотную кислоту, соединение легирующей примеси - тетраэтоксибор или борную
кислоту и тетраэтоксисилан.
Однако данная композиция после нанесения и термообработки дает сильную усадку,
растрескивается, имеет низкую механическую стойкость и, как следствие, приводит к растрескиванию самого источника, что обуславливает невозможность получения ТИБ с борсодержащей пленкой требуемой толщины и требуемого качества. Изготовленные с
использованием данной пленкообразующей композиции ТИБ также 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, а срок службы данных
ТИБ короткий из-за быстрого истощения.
Известна композиция для получения твердых источников бора при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных схем [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 композиция отличается низкой вязкостью и, как следствие, невозможностью получения ТИБ с борсодержащей пленкой требуемой толщины и ее однородности
по поверхности пластины, сильной усадкой после термообработки (в 2-2,5 раза) и низкой
механической прочностью. Изготовленные с использованием данной композиции ТИБ
тоже быстро истощаются. Кроме того, диффузионные слои, сформированные с применением вышеуказанных ТИБ, характеризуются повышенным суммарным разбросом поверхностного сопротивления по пластине, в процессе, между процессами, а срок службы таких
источников бора короткий.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является композиция для
получения твердых источников бора при изготовлении полупроводниковых приборов и
интегральных схем [4], содержащая оксид бора, аэросил, тетраэтоксисилан, спиртовой
компонент и подкисленную азотной кислотой воду в гидрофильном растворителе.
Однако данная композиция не лишена недостатков. Данная композиция предназначена для сплошного нанесения на изделие методом трафаретной печати с формированием
ТИБ при температуре 200-600 °С. Композиция содержит 50-80 % гидрофильного растворителя, в частности N-метилпирролидона, а также в качестве пластификатора используются дорогостоящие высококипящие органические соединения и смолы, в частности
поливинилпирролидон. Количество SiO2 в пасте 0,1-5 %, количество В2О3 - 10-80 % от количества SiO2. Вследствие низкой концентрации В2О3 и тетраэтоксисилана образуется
тонкий осыпающийся слой диффузанта, кроме того, при температуре спекания высококипящие пластификаторы выгорают и блоки диффузанта частично растрескиваются.
2
BY 11789 C1 2009.04.30
Кроме того, диффузионные слои, сформированные с применением вышеуказанных
ТИБ, характеризуются повышенным суммарным разбросом поверхностного сопротивления по пластине, в процессе, между процессами, а срок службы таких источников бора
короткий.
Заявляемое изобретение решает задачу повышения качества твердых источников бора,
увеличения срока службы и снижения их стоимости, а также упрощения технологического
процесса диффузии бора с использованием твердых источников бора.
Поставленная задача решается тем, что композиция для получения твердых источников бора при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных схем, содержащая оксид бора, аэросил, тетраэтоксисилан, спиртовой компонент и подкисленную
азотной кислотой воду, содержит воду, подкисленную азотной кислотой до рН 1 при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:
оксид бора - 32,0-36,0;
аэросил - 2,5-3,5;
тетраэтоксисилан - 35,0-40,0;
спиртовой компонент - 18,0-20,0;
вода, подкисленная азотной кислотой до рН 1, - 6,5-7,5.
Сопоставительный анализ предлагаемого изобретения с прототипом показал, что
заявляемая композиция для получения твердых источников бора при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных схем отличается от известной тем, что содержит воду, подкисленную азотной кислотой до рН 1 при следующем соотношении
ингредиентов, мас. %:
оксид бора - 32,0-36,0;
аэросил - 2,5-3,5;
тетраэтоксисилан - 35,0-40,0;
спиртовой компонент - 18,0-20,0;
вода, подкисленная азотной кислотой до рН 1, - 6,5-7,5.
Использование идентичной или сходной совокупности отличительных признаков для
решения поставленной задачи не обнаружено.
В качестве источника бора выбран оксид бора по ряду причин:
оксид бора имеет относительно низкий удельный вес (1,84), довольно легко измельчается и легко переходит в стеклообразное состояние;
оксид бора имеет относительно малую стоимость по сравнению с нитридом бора;
в отличие от нитрида бора не требуется специальная активация источников бора.
При содержании оксида бора в композиции менее 32,0 мас. % снижается срок службы
ТИБ. При содержании оксида бора в композиции более 36,0 мас. % затрудняется процесс
создания ТИБ 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 подложки для создания твердого источника бора.
При содержании аэросила менее 2,5 мас. % затрудняется процесс нанесения пасты на
кремниевую подложку и снижается качество ТИБ. При содержании аэросила в композиции более 3,5 мас. % также снижается качество ТИБ и не происходит увеличение срока
службы твердых источников бора.
Тетраэтоксисилан - прозрачная, бесцветная жидкость со специфическим запахом, легко растворимая в органических растворителях, в воде тетраэтоксисилан не растворяется,
но гидролизуется. В присутствии оксида бора скорость гидролиза возрастает.
При избыточном содержании связующего - водно-спиртового раствора тетраэтоксисилана (ТЭОС - более 40,0 мас. %; воды, подкисленной азотной кислотой до рН 1, - более
7,5 мас. %; спирта - более 20,0 мас. %) - происходит отслаивание композиции от кремние3
BY 11789 C1 2009.04.30
вой подложки при термообработке из-за усадки и увеличения напряжений при гидролизе
тетраэтоксисилана.
При недостаточном содержании связующего - водно-спиртового раствора тетраэтоксисилана (ТЭОС - менее 35,0 мас. %; воды, подкисленной азотной кислотой до рН 1, - менее 6,5 мас. %; спирта - менее 18,0 мас. %) - снижается адгезия композиции к кремниевой
подложке и затрудняется процесс создания блоков диффузанта из-за недостаточного связывания оксида бора и аэросила продуктами гидролиза тетраэтоксисилана. При этом
спиртовой компонент может быть выбран из ряда: этиловый, бутиловый спирты, 1,2-пропиленгликоль, или их смесей между собой или с поливиниловым спиртом.
Сущность изобретения поясняется на фиг. 1-3, где на фиг. 1 показан твердый источник
диффузии бора, изготовленный с применением заявляемой композиции (1 - кремниевая
подложка, 2 - блоки диффузанта); на фиг. 2 изображена схема расстановки твердых источников бора и рабочих пластин в кварцевую лодочку (1 - твердый источник диффузии
бора; 2 - кварцевая лодочка с пазами для установки пластин; 3 - рабочие окисленные
кремниевые пластины), а на фиг. 3 представлена температурная диаграмма процесса диффузии бора с применением твердых источников бора.
Композицию для изготовления ТИБ получают следующим образом. В реактор, снабженный магнитной мешалкой, помещают один из спиртов, например этиловый спирт, и
тетраэтоксисилан. 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 - при эффективном перемешивании, затем небольшими порциями
вводят оксид бора и перемешивание производится вручную до получения однородной
борсодержащей пасты.
Твердые источники бора получали нанесением композиции борсодержащей пасты через трафарет при толщине трафарета 0,5 мм с размером круглых отверстий 5,0 мм и расстоянием между отверстиями 2,0 мм.
Композиция наносилась при помощи ракеля на кремниевую подложку КДБ 10 диаметром 100 мм. Сушка проводилась на установке СТБ-М3.021.537 при температуре
90 ± 5 °С. Затем аналогично выполняли блоки диффузанта на второй поверхности кремниевой подложки. Далее проводился отжиг пластин с блоками диффузанта при 850 °С в
азоте с кислородом с расходом 450 ± 50 л/ч в течение 30 минут. При этом происходило
сплавление и прочное сцепление блоков диффузанта с кремниевой подложкой.
Технологический процесс диффузии бора с использованием ТИБ осуществляется следующим образом. Готовые ТИБ 1 загружаются в кварцевую кассету-лодочку 2 по схеме
(фиг. 2). Рабочие кремниевые пластины 3 располагаются между источниками обратной
стороной друг к другу (по две пластины в один паз).
Диффузия бора проводится в соответствии с температурно-временной диаграммой
(фиг. 3).
Твердые источники бора использовались для создания разделяющей диффузии в процессе изготовления микросхемы КР1181ЕНХХ. Поверхностное сопротивление (Rs) измеряли стандартным 4-зондовым методом на спутниках КЭФ-4,5 в 9 точках.
Разброс по пластине в % определяли как
R
∆ Rs
% = пл ⋅ 100 % ,
по _ пластине
Rs
пл
где R пл =
Rs макс _ на _ пл − Rs мин _ на _ пл
2
- размах по пластине,
где Rs макс_на_пл , Rs мин_на_пл - максимальное значение и минимальное значение Rs на пластине,
4
BY 11789 C1 2009.04.30
9
∑ Rs i
Rs пл - среднее значение Rs на пластине; Rs пл =
i =1
9
,
где Rsi - i значение Rs на пластине.
Разброс по процессу в % определяли как
∆ Rs
где R пр =
по _ процессу
%=
R пр
Rs пр
⋅ 100 % ,
Rs макс _ в _ пр − Rs мин _ в _ пр
- размах по процессу, а Rs макс_в_пр , Rs мин_в_пр 2
максимальное и минимальное среднее значение по процессу, а Rs пр - это среднее значение Rs по процессу.
Разброс между процессами в % определяли как
R между _ пр
%=
∆ Rs
⋅ 100 % ,
между _ пр
Rs
между _ пр
R между _ пр =
где
Rs макс _ между _ пр − Rs мин _ между _ пр
Rs макс _ между _ пр , Rs мин_между_пр
- размах между процессами, a
2
- максимальное и минимальное среднее значение Rs между
50 процессами, а Rs между _ пр - среднее значение Rs между 50 процессами.
Результаты представлены в табл. 1, 2. В табл. 1 примеры 2-4 иллюстрируют предлагаемое техническое решение, пример 6 - прототип, а примеры 1 и 5 - выходят за пределы,
указанные в формуле изобретения. При выходе за пределы, указанные в формуле изобретения, ухудшается качество ТИБ (увеличивается разброс по Rs), снижаются срок их службы и механическая стойкость до и после термообработки.
Таблица 1
Сравнительные характеристики композиций для получения твердых источников бора
при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных схем, качества ТИБ
З/З6п,
отн. ед
Активизация источников7
7
5
5
5
5
5
8
Механическая
прочность 5
5
5
5
5
5
5
5
отн. ед.
5
5
5
5
5
5
5
1,08
1,15
1,15
1,3
1,31
1,1
1
<->
+
+
+
+
<->
<->
0,28
0,28
0,28
0,29
0,3
0,31
1
+
С/Сn 3
отн. ед
едn4,
В/В
Спиртовой
компонент2
H2O1
ТЭОС
SiO2
2,0 34,0 6,4 Остальное
3,5 34,0 6,5 Остальное
3,5 35,0 6,5 Остальное
3,0 37,0 7,0 Остальное
2,5 40,0 7,5 Остальное
3,7 42,0 7,6 Остальное
Согласно прототипу
В процессе
30,0
36,0
35,0
34,0
32,0
37,0
По пластине
1
2
3
4
5
6
7
B2O3
№
п /п
Между процессами
Разброс по
Rs, ± %
Состав композиции, мас. %
1,05
1,1
1,1
1,15
1,15
1,1
1
где
1. Н2О - вода, подкисленная азотной кислотой до рН 1.
2. Спиртовой компонент - этиловый спирт.
3. С/Сn - соотношение срока службы ТИБ относительно прототипа.
4. В/Вn - выход годных ТИБ относительно прототипа.
5
BY 11789 C1 2009.04.30
5. Механическая прочность:
(+) - хорошая механическая прочность после нанесения и сушки;
(-) - плохая механическая прочность после нанесения и сушки.
6. З/Зп - соотношение затрат на изготовление композиции и ТИБ по сравнению с прототипом.
7. (+) - требуется активация для создания слоя В2О3;
(-) - не требуется активация ТИБ.
8. В примере 5 наблюдается частичное отслаивание ТИБ после термообработки.
С/Сn 1
В/Вn2
З/З3п
1 Этиловый спирт
Смесь этилового спирта
2 с 1,2-пропиленгликолем
в соотношении 1:1
3 Бутиловый спирт
4 1, 2-пропиленгликоль
Смесь этилового и по5 ливинилового спиртов
в соотношении 5:1
6 Прототип
Между процессами
Спиртовой компонент
В процессе
№
п /п
По пластине
Таблица 2
Сравнительные характеристики композиции для получения ТИБ при изготовлении
полупроводниковых приборов и интегральных схем с использованием
различных спиртов
Разброс Rs, ± %
5
5
5
1,15
1,3
0,29
5
5
5
1,15
1,3
0,29
5
5
5
5
5
5
1,15
1,15
1,3
1,3
0,29
0,3
5
5
5
1,15
1,3
0,29
5
5
8
1,0
1,0
1,0
Примечание
В2О3 - 3,0 мас. %,
SiO2 - 1,0 мac. %,
ТЭОС - 37,0 мас. %,
Н2О - 7,0 мас. %,
спиртовой компонент - 19,0 мас. %
1. С/Сn - соотношение срока службы ТИБ относительно прототипа.
2. В/Вn - выход годных ТИБ относительно прототипа.
3. З/Зп - соотношение затрат на изготовление композиции и ТИБ относительно прототипа.
В табл. 2 представлены характеристики композиций для получения ТИБ с использованием различных спиртов и их смесей. Как видно из табл. 2, весь указанный в таблице набор спиртовых компонентов обеспечивает достижение поставленной цели.
Из табл. 1, 2 видно, что оптимальный состав композиции, мас. %:
оксид бора - 32,0-36,0;
аэросил - 2,5-3,5;
тетраэтоксисилан - 35,0-40,0;
спиртовой компонент - 18,0-20,0;
вода, подкисленная азотной кислотой до рН 1, - 6,5-7,5.
По сравнению с прототипом представляемое изобретение позволяет увеличить срок
службы ТИБ в 1,0-1,15 раза, увеличить выход годных ТИБ в 1,1-1,31 раза, снизить затраты
на изготовление композиции и ТИБ в 3-3,5 раза, исключить активацию ТИБ для образования В2О3, а разброс по Rs между процессами уменьшается в 1,6 раза.
Таким образом, представляемое изобретение по сравнению с прототипом позволяет
решить задачу повышения качества твердых источников бора, увеличения срока их службы, снижения их стоимости, а также упрощения технологического процесса диффузии бора с использованием ТИБ.
6
BY 11789 C1 2009.04.30
Источники информации:
1. ДРО 734.579 ТК, СФНК 10200.0050 - маршрут изготовления м/с КР1181ЕНХХ.
2. Авторское свидетельство СССР 936743, МПК Н 01L 21/225, опубл. 1978.
3. Авторское свидетельство СССР 1340255, МПК H 01L 21/225, опубл. 27.06.2000.
4. Патент US 6695903 В1, 2004.
Фиг. 2
Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
7
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
145 Кб
Теги
by11789, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа