close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY15732

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2012.04.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
H 01L 21/02 (2006.01)
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТВЕРДЫХ ПЛАНАРНЫХ
ИСТОЧНИКОВ БОРА ПРИ СОЗДАНИИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ
ПРИБОРОВ И ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ
(21) Номер заявки: a 20101422
(22) 2010.10.01
(71) Заявитель: Открытое акционерное
общество "ИНТЕГРАЛ" (BY)
(72) Авторы: Турцевич Аркадий Степанович; Глухманчук Владимир Владимирович; Соловьев Ярослав Александрович; Дудкин Александр Иванович;
Матюшевский Анатолий Петрович
(BY)
BY 15732 C1 2012.04.30
BY (11) 15732
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Открытое акционерное общество "ИНТЕГРАЛ" (BY)
(56) BY 10429 C1, 2008.
RU 1454157 C, 1995.
BY 11789 C1, 2009.
BY 9140 C1, 2007.
SU 936743 A, 1985.
BY 9818 C1, 2007.
US 6695903 B1, 2004.
(57)
Способ изготовления твердых планарных источников бора при создании полупроводниковых приборов и интегральных схем, включающий приготовление диффузанта путем
смешивания оксида бора, аэросила и водно-спиртового раствора тетраэтоксисилана, нанесение диффузанта на кремниевую пластину методом сеткографии, сушку, первый этап
термообработки при температуре 380-450 °С в среде азота и второй этап термообработки,
отличающийся тем, что компоненты диффузанта смешивают в следующем соотношении,
мас. %:
оксид бора
25,5-28,0
аэросил
1,4-2,4
вода, подкисленная до pH 1
7,6-8,6
спиртовой компонент
24,5-27,0
тетраэтоксисилан
остальное,
температуру после первого этапа термообработки повышают до температуры второго этапа термообработки со скоростью 2-7 °С/мин в среде азота, а второй этап термообработки
проводят при температуре 900-1070 °С сначала в течение 30-50 минут в среде азота, а затем в течение 15-30 минут в среде азота с добавлением 5-20 об. % кислорода.
Фиг. 1
BY 15732 C1 2012.04.30
Изобретение относится к электронной технике, а более конкретно к технологии изготовления твердых планарных источников бора (ТПИБ), используемых при формировании
структур изделий микроэлектроники (ИМЭ).
Известен способ изготовления твердых планарных источников бора [1], включающий
приготовление диффузанта путем смешивания этилового спирта, воды, тетраэтоксисилана, катализатора гидролиза тетраэтоксисилана - концентрированной азотной кислоты, тетраэтоксибора или борной кислоты, нанесение диффузанта на кремниевые пластины
центрифугированием, сушку, установку в кварцевые кассеты и термообработку при температуре диффузии.
Толщина слоя диффузанта в ТПИБ, изготовленных согласно данному способу, составляет 0,15-0,6 мкм. Такая толщина диффузанта обусловливает малый срок службы ТПИБ.
Кроме того, в данном способе после нанесения и термообработки диффузант дает сильную усадку, растрескивается, имеет низкую механическую стойкость, что обусловливает
плохое качество и низкий выход годных ТПИБ, а также низкий процент выхода годных
ИМЭ, изготовленных с их использованием.
Известен способ изготовления твердых планарных источников бора [2], 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
температуре 975-1050 °С в течение 30-60 минут в окислительной среде, где борсодержащий компонент - нитрид бора, наполнитель - кремний, связующее - 5 % раствор крахмала.
Изготовленный согласно данному способу диффузант характеризуется пастообразной
консистенцией, а толщина пленки диффузанта в ТПИБ достигает 0,8 мм. При этом диффузант наносится в виде отдельных блоков, что снижает вероятность растрескивания. Однако
и данный способ не лишен недостатков. ТПИБ, изготовленные согласно данному способу,
характеризуются плохим качеством и низким выходом годных 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 служит только тонкий слой B2O3, образующийся при активации источника в окислительной среде, что
требует периодической активации источников и обусловливает повышение разброса по
поверхностному сопротивлению легированных слоев от процесса к процессу и низкий
выход годных ИМЭ, изготовленных с применением данных ТПИБ.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ изготовления твердых планарных источников бора [3], включающий приготовление диффузанта
путем смешивания оксида бора, аэросила и водно-спиртового раствора тетраэтоксисилана,
нанесение диффузанта на кремниевую пластину методом сеткографии, сушку пластин,
первый этап термообработки при температуре 380-450 °С в среде азота и второй этап термообработки.
Однако и данный способ не лишен недостатков. Процесс изготовления ТПИБ по данному способу усложнен наличием двух термических операций - отжига при температуре
380-450 °С и термообработки при температуре 850-1050 °С. Качество ТПИБ, изготовленных по данному способу, не достаточно высокое - блоки диффузанта получаются пористыми и хрупкими, что приводит к их частичному осыпанию и снижает выход годных
ТПИБ. Кроме того, для первых процессов эксплуатации комплектов ТПИБ, изготовленных по данному способу, имеет место неконтролируемое взаимодействие B2O3 с поверхностью кремния рабочих пластин (эрозия кремния), что снижает выход годных ИМЭ,
изготовленных с использованием данных ТПИБ.
Предлагаемое изобретение решает задачу повышения выхода годных ИМЭ, изготовленных с их использованием ТПИБ согласно заявляемому способу, повышения выхода
годных ТПИБ, улучшения качества ТПИБ, упрощения технологического процесса изготовления ТПИБ.
2
BY 15732 C1 2012.04.30
Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления твердых планарных
источников бора при создании полупроводниковых приборов и интегральных схем, включающем приготовление диффузанта путем смешивания оксида бора, аэросила и водноспиртового раствора тетраэтоксисилана, нанесение диффузанта на кремниевую пластину
методом сеткографии, сушку пластин, первый этап термообработки при температуре 380450 °С в среде азота и второй этап термообработки, компоненты диффузанта смешивают в
следующем соотношении, мас. %:
оксид бора
25,5-28
аэросил
1,4-2,4
вода
7,6-8,6
спиртовой компонент
24,5-27,0
тетраэтоксисилан
остальное,
температуру первого этапа термообработки повышают до температуры второго этапа термообработки со скоростью 2-7 °С/мин в среде азота, а второй этап термообработки проводят при температуре 900-1070 °С сначала в течение 30-50 минут в среде азота, а затем в
течение 15-30 минут в среде азота с добавлением 5-20 об. % кислорода.
Сопоставительный анализ предлагаемого изобретения с прототипом показывает, что
компоненты диффузанта смешивают в следующем соотношении, мас. %:
оксид бора
25,5-28
аэросил
1,4-2,4
вода
7,6-8,6
спиртовой компонент
24,5-27,0
тетраэтоксисилан
остальное,
температуру первого этапа термообработки повышают до температуры второго этапа термообработки со скоростью 2-7 °С/мин в среде азота, а второй этап термообработки проводят при температуре 900-1070 °С сначала в течение 30-50 минут в среде азота, а затем в
течение 15-30 минут в среде азота с добавлением 5-20 об. % кислорода.
Решение поставленной задачи объясняется следующим образом. Аэросил, представляющий собой мелкодисперсную (размер частиц 5-20 нм) двуокись кремния, служит загустителем, что способствует поддержанию во взвешенном состоянии частиц оксида бора
во время нанесения их на поверхность кремниевой пластины при создании ТПИБ. При содержании аэросила в композиции менее 1,4 мас. % затрудняется процесс нанесения пасты
на кремниевую пластину и снижается качество ТПИБ. При содержании аэросила в композиции более 2,4 мас. % также снижается качество ТПИБ.
Тетраэтоксисилан (ТЭОС) - прозрачная бесцветная жидкость со специфическим запахом, легко растворимая в органических растворителях. В воде ТЭОС не растворяется, а
гидролизуется с образованием двуокиси кремния. В присутствии оксида бора скорость
гидролиза возрастает. Таким образом, водно-спиртовой раствор ТЭОС обеспечивает связывание частиц оксида бора и аэросила. При избыточном содержании связующего наблюдается плохое качество и низкий выход годных ТПИБ по причине отслаивания композиции
от кремниевой пластины при термообработке из-за усадки и увеличения напряжений при
гидролизе ТЭОС. При недостаточном содержании связующего снижается адгезия композиции к кремниевой пластине и затрудняется процесс создания диффузанта из-за недостаточного связывания оксида бора и аэросила продуктами гидролиза тетраэтоксисилана, что
также обусловливает плохое качество и низкий выход годных ТПИБ.
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. Первый этап термообработки при температуре 380450 °С в среде азота в течение 60-360 минут производится для полного удаления остатков
растворителя из диффузанта. Выполнение отжига в инертной среде исключает окисление
остатков растворителя, обусловливающее загрязнение и ухудшение качества ТПИБ. Со3
BY 15732 C1 2012.04.30
вмещение отжига ТПИБ при температуре 380-450 °С и термообработки при температуре
900-1070 °С путем их выдержки при температуре 380-450 °С в течение требуемого времени, затем повышения температуры до температуры второго этапа термообработки со
скоростью от 2 до 7 °С/мин упрощает технологический процесс изготовления ТПИБ,
поскольку данные обработки осуществляются в едином технологическом цикле. При повышении температуры с первого этапа термообработки до температуры второго этапа
термообработки со скоростью более 7 °С/мин наблюдается коробление кремниевых пластин с нанесенным диффузантом, что усложняет их эксплуатацию и приводит к снижению
выхода годных ИМЭ, изготовленных с их использованием. При повышении температуры
первого этапа термообработки до температуры второго этапа термообработки со скоростью менее 2 °С/мин не происходит дальнейших улучшений, но при этом удлиняется время процесса, что нецелесообразно экономически.
Второй этап термообработки ТПИБ при температуре 900-1070 °С в течение первых
30-50 минут в среде азота производится для сплавления и прочного сцепления блоков
диффузанта с кремниевой пластиной. Выполнение данного этапа термообработки в
инертной среде исключает окисление блоков диффузанта, обусловливающее загрязнение
и ухудшение качества ТПИБ. При температуре второго этапа термообработки менее
900 °С в течение менее 30 минут не происходит достаточного сплавления блоков диффузанта с кремниевой пластиной, что обусловливает низкое качество ТПИБ. При температуре второго этапа термообработки более 1070 °С в течение более 50 минут не наблюдается
дальнейших улучшений, что нецелесообразно экономически.
Последующая термообработка ТПИБ при температуре 900-1070 °С в течение 15-30 минут в среде азота с добавлением 5-20 об. % кислорода производится для оплавления блоков диффузанта, устранения их пористой структуры, обусловливающей низкое качество
ТПИБ. При длительности данного этапа термообработки менее 15 минут и добавлении
менее 5 об. % кислорода не происходит полного устранения пористой структуры блоков
диффузанта. При длительности данного этапа термообработки более 30 минут и добавлении более 20 об. % кислорода наблюдается сильное растекание диффузанта, что приводит
к смыканию блоков и, как следствие, к образованию трещин в ТПИБ, то есть снижает
процент выхода годных ТПИБ.
Сущность изобретения поясняется на фиг. 1, 2, где на фиг. 1 показан твердый планарный источник бора, изготовленный согласно заявленному способу. На фиг. 2 изображена
схема расстановки твердых планарных источников бора и рабочих пластин в кварцевую
лодочку при осуществлении процесса диффузии бора с использованием ТПИБ, изготавливаемых согласно заявляемому способу.
Приготовление диффузанта для изготовления ТПИБ осуществляется следующим образом. В реактор, снабженный магнитной мешалкой, помещают спиртовой компонент (например, спирт этиловый) и тетраэтоксисилан. При эффективном перемешивании к смеси
прибавляют небольшими порциями воду, подкисленную до pH = 1. После полного прибавления подкисленной воды и образования прозрачного гидролизата при эффективном
перемешивании добавляют оксид кремния - аэросил, а затем небольшими порциями вводят оксид бора и перемешивание производят 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
диаметром отверстий 4,0 мм и расстоянии между отверстиями от 3 до 6 мм.
Диффузант наносили при помощи ракеля на одну сторону кремниевых пластин КДБ10
диаметром 100 мм (1) (фиг. 1). Сушку проводили конвективным способом. Затем проводили термообработку пластин с блоками диффузанта (2) в диффузионной печи СДОМ
3/100 на двух температурных уровнях. После этого аналогичным образом диффузант на4
BY 15732 C1 2012.04.30
носили на вторую сторону кремниевой пластины и выполняли сушку и термообработку
пластин с блоками диффузанта.
Технологический процесс диффузии бора с использованием ТПИБ осуществляли следующим образом. Изготовленные ТПИБ (3) загружали в кварцевую кассету - лодочку (4) согласно схеме (фиг. 2). Рабочие кремниевые пластины (5) располагаются между источниками обратной стороной друг к другу (по две пластины в паз).
Испытания ТПИБ проводили при изготовлении ИМЭ К1242ЕР1. Сравнительные характеристики ТПИБ в зависимости от состава диффузанта представлены в табл. 1.
B/Bп2
1,00
плохое
1
24,0
3,0
7,0
23,0 43,0
2
25,5
2,4
7,6
24,5 40,0
1,15
3
27,0
2,0
8,0
26,0 37,0
1,28
4
28
1,4
8,6
5
30,0
1,0
6
34,0
3,0
27
ТЭОС
Спирт этиловый
плохое
Вода
0,94
Аэросил
1,03
№
п/п
Оксид бора
Bи/Bип1
Состав диффузанта, мас. %
Качество ТПИБ3
Таблица 1
Сравнительные характеристики ТПИБ с различным составом диффузанта
35,0
1,14
9,0
29,0 31,0
1,02
7,0
19,0 37,0
1,00
Примечание
cушка ТПИБ - 5,0 часов;
повышение температуры
до 1000 °С со скоростью
1,15 хорошее
3,5 °С/мин в азоте; выдержка при температуре 1000 °С
1,18 хорошее
40 минут в среде азота и
20 минут в среде азота
1,11 хорошее
с добавлением 12,0 об. %
кислорода; понижение тем1,05 плохое
пературы в среде азота
прототип
Bи/Bип - выход годных ТПИБ относительно способа-прототипа;
B/Bп - выход годных ИМЭ, изготовленных с использованием ТПИБ, относительно
прототипа;
качество ТПИБ оценивали визуально на предмет отсутствия блоков осыпающегося диффузанта, блоков диффузанта с пористой поверхностью, трещин в пластинах ТПИБ.
Из табл. 1 видно, что оптимальный состав диффузанта при изготовлении ТПИБ следующий: оксид бора 25,5-28 мас. %, аэросил 1,4-2,4 мас. %, вода 7,6-8,6 мас. %, спиртовой
компонент 24,5-27 мас. %, ТЭОС - остальное. При выходе содержания оксида бора, воды
и спиртового компонента за верхние границы оптимальных диапазонов наблюдается снижение выхода годных ТПИБ, ухудшение их качества, а также снижение выхода годных
ИМЭ, изготавливаемых с их использованием, обусловленное затруднением процесса нанесения пасты на кремниевую пластину ТПИБ и неконтролируемым взаимодействием
B2O3 с поверхностью кремния рабочих пластин ИМЭ. При выходе содержания оксида бора, воды и спиртового компонента за нижние границы оптимальных диапазонов также наблюдается снижение выхода годных ТПИБ, ухудшение их качества, а также снижение
выхода годных ИМЭ, изготавливаемых с их использованием, обусловленное отслаиванием композиции от кремниевой пластины ТПИБ и снижением срока службы ТПИБ.
В табл. 2 представлены сравнительные характеристики ТПИБ в зависимости от режимов сушки и термообработки.
5
BY 15732 C1 2012.04.30
Таблица 2
Сравнительные характеристики ТПИБ,
полученных при различных температурных режимах
Скорость,
°С/мин
Среда
Температура,
°С
Время, мин
Среда
Температура,
°С
Время, мин
Содержание в
азоте кислорода, об. %
Количество высокотемпературных операций
Bи/Bип
Качество ТПИБ1
Режимы второго этапа термообработки
1
1,5
N2
850
15
N2
850
10
0
1
1,02
-
2
2,0
N2
900
30
N2
900
15
10
1
1,18
3
5,0
N2
1000
40
N2
1000 20
12
1
1,28
4
7,0
N2
1070
50
N2
1070 30
15
1
1,21
5
9,0
N2
1100
60
N2
1100 40
20
1
1,01
6
3,5 N2 + O2 1000
40 N2 + O2 1000 20
0
1
0,90
не проводят
2
Повышение
температуры
№
п/п
7
-
Выдержка 1
1000
60
N2
Выдержка 2
1,00
Примечание
состав
+ диффузанта
(мас. %):
+
оксид
бора - 27,
+ аэросил - 2,
вода - 8,
спирт
этиловый - 26
прототип
+ - хорошее;
- - плохое.
Как видно из табл. 2, оптимальными являются диапазон скорости повышения температуры первого этапа термообработки до температуры второго этапа термообработки со
скоростью от 2 до 7 °С/мин, на втором этапе термообработки - температура 900-1070 °С,
первоначально среда - азот, время - 30-50 минут, а затем среда - азот с добавлением от 10
до 15 об. % кислорода, время - 15-30 минут. При выходе за нижние границы указанных
диапазонов наблюдается ухудшение качества ТПИБ, снижение выхода годных ТПИБ по
причине недостаточного сплавления блоков диффузанта с кремниевой пластиной и неполного устранения пористости структуры блоков диффузанта. При выходе за верхние
границы указанных диапазонов наблюдается ухудшение качества ТПИБ, снижение выхода годных ТПИБ по причине сильного растекания блоков диффузанта, которое приводит к
смыканию этих блоков с образованием трещин в ТПИБ.
Анализ табл. 1, 2 показывает, что заявляемое изобретение позволяет уменьшить количество высокотемпературных операций, улучшить качество ТПИБ, повысить выход годных
ТПИБ на 14-28 % и повысить выход годных ИМЭ, изготовленных с их использованием,
на 11-18 %.
Таким образом, предложенное изобретение позволяет решить задачу повышения
выхода годных ИМЭ, изготовленных с их использованием ТПИБ согласно заявляемому
способу, повышения выхода годных ТПИБ, улучшения качества ТПИБ, упрощения технологического процесса изготовления ТПИБ.
6
BY 15732 C1 2012.04.30
Источники информации:
1. А.с. СССР 936743, МПК H 01L 21/225, 1978.
2. Патент RU 1454157 C, МПК H 01L 21/225, 1995.
3. Патент BY 10429 C1, МПК H 01L 21/225, 2008.
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
7
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
183 Кб
Теги
by15732, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа