Способ изготовления твердых планарных источников для диффузии фосфора

Способ изготовления твердых планарных источников для диффузии фосфора

Реферат

 

Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к технологии изготовления твердых планарных источников фосфора для диффузии. Целью изобретения является увеличение срока службы путем снижения выкрашивания частиц диффузанта из источников и повышения термомеханической стойкости источников. Данный способ состоит в том, что приготавливают смесь порошков метафосфата алюминия и кремния в количестве 15 - 40 мас.ч., загружают ее в реактор в среде азота, отжигают при 1000 - 1050°С 15 - 40 мин, измельчают вновь, добавляют к порошку поливиниловый спирт, наносят на обе стороны кремниевой пластины-носителя, сушат и спекают при 980 - 1040°С. 2 табл.

Изобретение относится к технологии изготовления интегральных схем, в частности к твердым планарным источникам диффузии фосфора на основе метофосфата алюминия, которые применяются для проведения диффузионных процессов в кремниевых пластинах диаметром 100 мм и выше при производстве полупроводниковых приборов. Цель изобретения - увеличение срока службы путем снижения выкрашивания частиц диффузанта из источников и повышения термомеханической стойкости источника. Пример реализации способа. Приготавливали смесь порошка метафосфата алюминия и порошка кремния, шесть различных составов фосфорсодержащего диффузанта при соотношении компонентов, указанном в табл.1. Смеси N 1-5 после перемешивания помещали в кварцевую лодочку и загружали в реакционную зону кварцевого реактора диффузионной печи в атмосфере азота с различными рабочими температурами в зоне и в течение различного времени (см.табл.1). После отжига измельчали спеченый диффузант каждого состава до размера зерен частиц в дифузанте 5-70 мкм. Далее из каждого состава смесей N 1-6 приготавливали пасту диффузанта, добавляя к смеси порошков 5%-ный раствор поливинилового спирта. Наносили пасту диффузанта толщиной 0,6-0,9 мм на обе стороны пластин кремния диаметром 100 мм, а затем сушили пластины 30 мин при 180^оС, устанавливали вертикально в кварцевую кассету и спекали при соответствующих температурах и длительностях процессов (см.табл.1). Как видно из таблицы использован один состав по известному N 6 (с содержанием метафосфата алюминия 80 мас.ч. и кремния 20 мас.ч.), для их прямого сравнения с предлагаемым составом - N 3 и с составами N 2 и N 4. Всего изготовлено по 10 источников каждой группы (состава). Далее для определения эксплуатационных свойств изготовленных образцов производили многократную диффузию (100 процентов) из твердых планарных источников различных составов при 1000^оС, скорости загрузки/выгрузки 8 мин и выдержке в зоне 30 мин. При проведении технологических процессов эксплуатационных свойств источников или качество источников определяли по наблюдению за отслаиванием блоков спеченного диффузанта на источниках, причем забраковывали те источники, на поверхности которых произошло отслаивание спеченного диффузанта на площади 1 см² по всей поверхности источника, а также по изменению средней плотности светящихся точек (), обусловленной осаждением микрочастиц диффузанта на рабочих пластинах кремния. После 30 циклов диффузии в группах источников N 1 и 5 забраковали соответственно 30 и 40% источников, поэтому в дальнейшем их не эксплуатировали. В группах источников N 2-4, 6 забракованные источники отсутствовали как после 30 процессов, так и после 100 процессов. Относительные измерения на рабочих пластинах кремния после процессов N 5, 40, 100 представлены в табл.2. Как видно, при эксплуатации известных твердых планарных источников с увеличением числа процессов плотность светящихся точек повышается в 2,2 раза, т.е. их эксплуатационные свойства значительно ухудушаются. При использовании оптимального состава предлагаемого источника (состав N 3) плотность светящихся точек не повышается, а в составах N 2, 5 лишь незначительно ухудшаются эксплуатационные свойства источников по сравнению с источниками по прототипу. Осаждение микрочастиц диффузанта на рабочих пластинах кремния, в том числе на активных областях элементов, ведет к нарушению их работоспособности, нарушению металлизации, повышению сопротивления контактов и т.д., что в конечном итоге ведет к снижению процента выхода годных интегральных схем. Так, после 100 процессов при проведении рабочих процессов первой стадии диффузии фосфора при изготовлении интегральных схем с источниками составов N 3 и 6 (прототип) процент выхода годных с использованием источников по прототипу понизился в 1,25 раз. Сущность изобретения состоит в том, что спекание диффузанта твердого планарного источника происходит в других условиях, по сравнению с известным, а именно, уже при наличии на порошинках кремния слой ФСС, который предварительно образуется при дополнительном отжиге смеси диффузанта перед нанесением диффузанта на термостойкую подложку из кремния, благодаря взаимодействию поверхности кремниевых порошинок с пятиокисью фосфора, выделяемой метафосфатом алюминия, находящимся в смеси. При изготовлении по данному способу все порошинки контактируют между собой посредством ФСС. Так, частицы "порошинка кремния - порошинка кремния" в области непосредственного касания контактируют друг с другом слоями ФСС на их поверхности, в частицы "порошинка кремния - метафосфат алюминия" контактируют посредством слоя ФСС на порошинках кремния. Поэтому механизм спекания диффузанта в предлагаемом способе диффузии состоит в припекании порошинок друг к другу благодаря размягчению ФСС при нагреве до рабочей температуры спекания, дальнейшем увеличении толщины ФСС и повышении спекаемости, а для частиц порошинка кремния - метафосфат алюминия - в улучшении их спекаемости благодаря повышению спекаемости метафосфата алюминия с ФСС по сравнению с системой "метафосфат алюминия - кремний". В известном способе механизм иной, а именно: вначале образуется ФСС на поверхности порошинок, а затем происходит их припекание. Аналогичные различия существуют и при спекании диффузанта с кремниевой пластиной. В данном способе сначала происходит припекание порошинок, покрытых ФСС, к кремниевой пластине, а затем образование ФСС на кремниевой пластине, увеличение ФСС на порошинках кремния и их дальнейшее спекание. Новые условия спекаемости в предлагаемом источнике приводят к повышению пластичности диффузанта и источника при циклическом воздействии температур при проведении процессов, т.е. к повышению термомеханической стойкости источников, вследствие чего выкрашивания частиц из блоков диффузанта источников при возрастании количества проведенных с ними диффузионных процессов практически не происходит, т.е. повышаются эксплуатационные свойства или качество источников. Уменьшение температуры отжига смеси диффузанта ниже 1000^оС приводит к ухудшению спекаемости при изготовлении источников, а увеличение температуры отжига выше 1050^оС ведет к понижению температуры эксплуатации источников и срока службы из-за образования слоя ФСС большей толщины, повышению концентрации фосфора в ФСС и его размягчению при более низкой температуре. При спекании источника при температуре ниже 980 или выше 1040^оС понижается срок службы источников. Таким образом, данный способ изготовления твердых планарных источников диффузии фосфора на основе метафосфата алюминия обеспечивает повышение эксплуатационных свойств источников, а именно понижение выкрашивания частиц диффузанта из источников при возрастании количества проведенных с ними диффузионных процессов. Повышение качества источников обуславливается улучшением спекаемости источника при изготовлении и повышением их термомеханической стойкости при эксплуатации.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТВЕРДЫХ ПЛАНАРНЫХ ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ ДИФФУЗИИ ФОСФОРА, включающий приготовление смеси из порошка метафосфата алюминия и порошка кремния в количестве 15 - 40 мас.ч., нанесение на термостойкую положку из кремния, спекание диффузанта с подложкой в инертной или окислительной среде, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока службы путем снижения выкрашивания частиц диффузанта из источников и повышения термомеханической стойкости источников, перед нанесением диффузанта на термостойкую подложку из кремния проводят отжиг диффузанта в инертной среде при 1000 - 1050^oС в течение 15 - 40 мин и его измельчение, а спекание диффузанта с подложкой проводят при 980 - 1040^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 8-2000

Извещение опубликовано: 20.03.2000