Раствор для получения поверхностного источника диффузии

Раствор для получения поверхностного источника диффузии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

РАСТВОР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО ИСТОЧНИКА ДИФФУЗЙ БОРА, включающий органический растворитель, катализатор, тетраэтоксисилан, эфир ортоборной кислоты и соединевия дру1 гчх легирукицих элементов, о т л и ч а ю щ и и с я тек, что, с цштыо получения близких к пределу раствори . мости в кремнии значений яоверхносI тной концентрации бора при твмперату- . ре диффузии не ниже 1423 К, раствор содержит компоненты, в следующем количественном соотношении, мае.%: 10,2-28,1 Этиловый спирт 0,8-9,0 Вода 0,5-2,5 Катализатор Эфир ортоборной 32,2-47,0 кислоты Азотнокислые соли алюминия или 10,9т-14,5 (Л галлия 17,4-25,4 Тетразтоксисилан с

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 4(S1) 0 ) 2 225

10 9-.14,5

17,4-25, 4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

По ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТЯ ЫТИй (21) 3211923/18-25 (?2) 04.1-2.80 (46) 07;02.85,Бюп. В 5 (72) Я.Д.Ниспевич, Л.E.×åðêàâà, Л.Н.Колоскова, 10.И.Локтаев, В.И.Пай. вель и М.Л.Шнцель

{71) Всесоюзный электротехнический институт им. В,.И.Ленина .(53) 621.382(088.8) (56) 1. Патент США И 3789023 кл. 252-518, опублик, 1974.

2. Патент США К 3660156, кл. 117-201, опублик. 1971 (прототип) (54) {57) РАСТВОР ДЛЯ ПОЛУЧЕИИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО ИСТОЧНИКА ДИФФУЗИИ БОРА, включающий органический растворитель, катализатор, тетразтоксисилан, эфир ортоборной кислоты и соединения дру; гих легирукнцих элементов, о т л ич а ю шийся тем, что, с цепью получения близких к пределу раствори» мости в кремнии значений поверхнос, тной концентрации бора при температу=

, ре диффузии не ниике 1423 К, раствор содержит компоненты в следуюп(ем количественном соотношении, мас.X:

Зтиловый спирт 10,2-28,1

Вода 0,8-9,0

Катализатор 0,5-2,5

Зфир ортоборной кислоты 32,2-47,0

Азотнокислые соли алюминия или галлия

Тетразтоксисилан

936743

Применение раствора такого соста. за позволяет получить относительно невысокую поверхностную концентрацию бора 3 10 см при температуре

5 1423 К н времени диффузии 1 ч, тем более, что с увеличением температуры и времени диффузии поверхностная концентрация уменьшается. Кроме того, отсутствие воды в растворе (гидролиз тетразтоксисилана проходит при его взаимодействии с уксусной кислотой) делает его очень гигроскопичным, а присутствие в качестве катализатора соединения титана ограничивает область применения такого растdopa,òàê как титан является легирую- щей примесью в кремнии. В то же время при изготовлении некоторых типов многослойных структур необходимо создавать глубокие сильнолегированные диффузионные слои с поверхностной.концентрацией, близкой к предельной растворимости бора в кремнии (более 10 см ), как прямое падение напряжения, коэффициент усиления по току и т.д.

Целью изобретения является получение близких к пределу растворимости в кремнии значений поверхностной концентрации бора при температуре не ниже 1423 К.

Данная цель достигается тем, что в растворе для получения поверхностного источника диффузии бора, вклюЗ5 . чающем органический растворитель, катализатор, тетраэтоксисилан, эфир ортоборной кислоты и соединения других легирующих элементов, раствор содержит компоненты в следуюшем количествен40 ном соотношении, мас. .:

Этиловый спирт 10, 2-28, 1

Вода 0,8-9,0

Катализатор . 0,5-2,5

Эфир ортоборной кислоты 32,2-47,0

Азотнокислые соли алюминия или галлия 10,9-14,5

Тетраэтоксисилан .17,4-25,4

В качестве растворимых соединений алюминия или галлия можно использоРастворитель, состоящий из абсолютного этилового спирта и уксусной кислоты

Эфир ортоборной кислоты

Катализатор и соединение легирующей примеси (четыреххлористый титан)

Тетраэтоксисилан

99(75-76)

18,3 (13,8-14, 1)

0,5-3,0(0,38-2, 26) 0,05(0,038)

12(9,1-9,25) 1

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов, а именно к раствору для получения поверхностного источника ,диффузии на основе легированного окисла, используемому для создания сильнолегированных бором областей в многослойных структурах силовых полупроводниковых приборов.

Известен раствор для получения .легированного окисла, в котором концентрация соединения бора не превышает 10 мас., так как применяемые неорганические соединения бора (окисел бора или борная кислота) имеют низкую растворимость в используемом органическом растворителе. Я .

Кроме того, раствор позволяет получать большие поверхностные концентрации примеси в кремнии (4 ° 10 см >) только при малой глубине залегания р-и перехода (от,десятков долей до единиц микрон), когда температура диффузии составляет около 1273 К.

Поэтому для получения больших поверхностных концентраций бора в кремнии, близких к предельнои растворимости,. при глубине залегания р-и перехода до 100-150 мкм (температура диффузии

1423-1573 К, .время-десятки и сотни часов) не может быть использован этот раствор.

Наиболее близким техническим решением является раствор для получения поверхностного источника диффузии бора, включающий органический растворитель, катализатор, тетраэтоксисилан, эфир ортоборной кислоты и соедине ниядругих легирующих элементов 12

Раствор имеет следующий состав компонентов, мас. : вать их азотнокислые соли.

Концентрация компонентов обеспечивает получение гомогенного .раствора со сроком службы более 10 суток.

-- Увеличение концентрации эфира ортоборной кислоты более 47 мас. нецелесообразно, так как при этом не увели936743 чивается уровень легирования, а умень шение ниже 32,2 мас.% — может привести к нарушению гомогенности раствора из-за образования борной кислоты при избытке воды по отношению к эфиру ортоборной кислоты. . Концентрация тетраэтоксисилана обеспечивает получение вязкости раствора не менее 5 сСт и связывание лишней воды, содержащейся в растворе tp и растворимых соединениях алюминия или галлия.

Количество этилового спирта и воды должно обеспечить растворение соединений легирующих элементов и продуктов гидролиза тетраэтоксисилана.

Уменьшение концентрации воды менее 0,9 мас. затрудняет проведение гидролиза тетраэтоксисилана, а увеличение более 9,0 мас. приводит к 20 образованию ортоборной кислоты, которая выпадает в осадок, так как она не может раствориться в том количестве этилового спирта, которое содержится в растворе. Для приготов- д ления раствора можно использовать о этиловый спирт 96, но в этом случае необходимо уменьшить содержание воды на количество, содержащееся в спирте. 30

В качестве катализатора можно взять хлористоводородную или азотную кислоту.

Пример ы. Первоначально изготовляют несколько растворов предла.

35 гаемого состава, соотношение между компонентами которых указаны в табл.1

Растворы приготавливают следующим образом.

В колбу наливают воду и в ней растворяют соли алюминия или галлия, затем растворяют. этиловый спирт и катализатор, добавляют тетраэтоксисилан и проводят его гидролиз, взбалтывая или встряхивая колбу до тех пор, 5 пока раствор не нагревается. После остывания в растворе гидролизованного тетраэтоксисилана растворяют эфир ортобориой кислоты.

Растворы осаждают на пластины кремния п-типа. проводимости с удельным сопротивлением 30 ом.см, диаметром 32 мм и толщиной 300 мкм на цент рифуге с частотой вращения

2800 об/мин. Пластины складывают

55 вплотную друг к другу в лодочку и помещают в диффузионную печь. После диффузии измеряют поверхностное сопротивление диффузионного слоя (К5) и поверхностную концентрацию бора по сопротивлению растекания в точечном зонде (И ). Режимы и результаты диффузии представлены в табл, 2.

Полученные результаты показывают что с помощью данного раствора можно получить поверхностный источник диффузии на основе легированного окисла, который при температуре диффузии 1423-1573 К и времени до 200 ч обеспечивает создание сильнолегированных областей с поверхностной концентрацией бора более 1 10 осм . Использо. ванне раствора по прототипу при тех же условиях диффузии не позволяет получить поверхностную концентрацию бора выше 1 10 см

Затем изготовливают многослойные структуры диодов р+р пп+ типа одновременной диффузией акцепторных и донорной примеси в противоположные стороны кремниевой пластины при температуре 1523 К и времени 60 ч.

В качестве акцепторного используют растворы предлагаемого состава и раствор по прототипу, в качестве донорного - раствор следующего состава, мас. : о

Этиловый спирт 96 66,8

Ортофосфорная кислота 70 15,7

Тетраэтоксисилан 17,5

Из р+р пп + структур изготавливают о стандартной технологии диоды с диаметром выпрямительного элемента

30 мм (площадь катода 400 мм ), на которых измеряют амплитудное значение прямого падения напряжения 6ц при амплитудном значении тока 1000 А.

На диодах, изготовленных с использованием заявляемого раствора,b,U = 1,201,25 В, а на диодах, изготовленных с использованием контрольного раствора, а11=1,30-1 45 В.

Таким образом, применение данного раствора при изготовлении многослойных структур позволяет улучшить электрические параметры полупроводниковых приборов, например уменьшить прямое падение напряжения, за счет получения близких к пределу растворимости в кремнии значений поверхностной концентрации бора.

936743

Таблица 11

Раствор По способу предлагаемому по прото-типу

Этиловый спирт

18,5

26,4 28, 1

10,2

10,2

4,0

9,0 0,8

6,0

490

Катализатор .2,5.

09-

2,5

2,0

Эфир ортоборной кислоты 47,0

39,5

47,0

35,6

32,2

9,16

2198

10,9

14,5 с

Таблица 2

1150 С

200 ч

1300 С

28 ч

1250 С

60 ч

Раствор, Р б ) 2 (3

4 J5 )б

Ю O «WW ÂÔßÂWW

395 095 0945 095 0945 298

1 ° 10 2 ° 10 2 10 2 10 2 "10 8" 10

0,5

3 910

Наименование компонентов раствора

Тетразтоксиснлаи

Азотиекислав соль (гндрат) алюминия

Параметры диффузионного слоя

И 9 ОМ/Д

-Ъ

Ns, см

Содержание ков1йанентов в растворах, мас.у

Температура и время диффузии

Ъ

ЗНИИПИ Заааа 303/1 Тираж 679 Подписное

Фзйихан .ППП Патент 9 х" ФУж1 ород9 Я ФПроайтиаа9

14,0(Уксус иаз кислота} (Четыр еххлористьй титан) 0,04 (Четыреххло ристый титан)