СПОСОБ ДИФФУЗИИ ФОСФОРА ИЗ ТВЕРДОГО ПЛАНАРНОГО ИСТОЧНИКА Российский патент 2009 года по МПК H01L21/225 

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых приборов и мощных кремниевых транзисторов, в частности глубокой диффузии фосфора, для формирования диффузионных кремниевых структур.

Известны способы диффузии фосфора из жидких источников: оксихлорид фосфора (POCL₃) и трихлорид фосфора (PCL₃), при которых глубина диффузии фосфора незначительна при длительностях процесса 160 часов.

Недостатком этих способов являются высокие температуры, свыше 1300°С (на этапе разгонки), и длительные временные режимы, при которых нарушается поверхность пластин, не обеспечивается точное регулирование глубины диффузии, появляются различные примеси, влияющие на качество процесса [1].

Целью изобретения является уменьшение температуры и времени проведения процесса, обеспечение точного регулирования глубины диффузионного слоя и повышение процента выхода годных изделий.

Поставленная цель достигается проведением процесса с использованием твердого планарного источника фосфора (ТПДФ), при следующем соотношении компонентов: N₂ - 740 л/ч, O₂ - 37,8±0,5 л/ч, H₂ - 7,5 л/ч, при температуре процесса 1000°С на этапе загонки, при расходах кислорода O₂=37,8±0,5 л/ч и азота N₂=740 л/ч, при температуре Т=1150°С на этапе разгонки фосфора.

Сущность способа заключается в том, что на поверхности кремниевой подложки образуется слой фосфоросиликатного стекла при температуре 1000°С, за счет реакций между твердым планарным источником фосфора с кислородом и азотом, далее проводят процесс разгонки в карбидкремниевой трубе при температуре 1150°С, при расходах: кислорода O₂=37,8±0,5 л/ч и азота N₂=740 л/ч. Контроль процесса проводят путем измерения поверхностного сопротивления на установке FPP-5000 и определение глубины диффузионного слоя методом косого шлифа [1]. Поверхностное сопротивление для диффузионных кремниевых структур должно быть равным R_S=0,6 Ом/см.

Сущность изобретения подтверждается следующими примерами:

ПРИМЕР 1: Процесс проводят в однозонных диффузионных печах на установке СДОМ-3/100 с применением карбидкремниевой трубы. Кремниевые структуры размещаются на карбидкремниевых лодочках с соблюдением расстояния между структурами вместе с экранными и контрольными пластинами. Диффузионные кремниевые структуры предварительно нагревают до температуры 850°С, затем процесс проводят при следующем расходе газов: на этапе загонки - O₂=37,8±0,5 л/ч; N₂=740 л/ч; H₂=7,5 л/ч, и с твердого планарного источника (ТПИ), время загонки фосфора 20 минут при температуре 900°С, R_S=0,2±0,1 Ом/см; а на этапе разгонки процесс проводят при температуре 1000°С, при расходах газов: О₂=37,8±0,5 л/ч; N₂=740 л/ч, и времени разгонки 120 часов.

Контроль проводят на установке FPP-5000 и глубину диффузионного шлифа определяют методом косого шлифа:

- поверхностное сопротивление R_S=0,13±0,05 Ом/см;

- глубина диффузии x_J=108 мкм.

ПРИМЕР 2: Способ осуществляют аналогично условию примера 1.

Процесс проводят при следующем расходе газов на этапе загонки: O₂=37,8±0,5 л/ч; N₂=740 л/ч; H₂=7,5 л/ч, и с твердого планарного источника (ТПДФ-100), времени загонки фосфора - 30 минут при температуре 925°С, поверхностное сопротивление R_S=0,3±0,1 Ом/см.

На этапе разгонки фосфора процесс проводят при температуре Т=1050°С, при расходах газов: O₂=37,8±0,5 л/ч; N₂=740 л/ч, и времени разгонки 130 часов.

Контроль проводят на установке FPP-5000 и глубину диффузионного шлифа определяют методом косого шлифа:

- поверхностное сопротивление R_S=0,105±0,05 Ом/см;

- глубина диффузии x_J=113 мкм.

ПРИМЕР 3: Способ осуществляют аналогично условию примера 1.

Процесс проводят при следующем расходе газов на этапе загонки: O₂=37,8±0,5 л/ч; N₂=740 л/ч; Н₂=7,5 л/ч, и с твердого планарного источника (ТПДФ-100). Время загонки фосфора 40 минут при температуре 950°С, поверхностное сопротивления R_S=0,41±0,1 Ом/см.

На этапе разгонки фосфора процесс проводят при температуре 1080°С при расходах газов: O₂=37,8±0,5 л/ч; N₂=740 л/ч, и времени разгонки 140 часов.

Контроль проводят на установке FPP-5000, а глубину диффузионного шлифа определяют методом косого шлифа:

- поверхностное сопротивление R_S=0,18±0,05 Ом/см;

- глубина диффузии - 126 мкм.

ПРИМЕР 4: Способ осуществляют аналогично условию примера 1.

Процесс проводят при следующем расходе газов на этапе загонки стадии: O₂=37,8±0,5 л/ч; N₂=740 л/ч; H₂=7,5 л/ч, и с твердого планарного источника (ТПДФ-100). Время загонки фосфора 50 минут при температуре 980°С, поверхностное сопротивления R_S=0,48±0,1 Ом/см.

На этапе разгонки фосфора процесс проводят при температуре 1100°С при расходах газов: O₂=37,8±0,5 л/ч; N₂=740 л/ч, и времени разгонки 150 часов.

Контроль проводят на установке FPP-5000 и глубину диффузионного шлифа определяют методом косого шлифа:

- поверхностное сопротивление R_S=0,20±0,05 Ом/см;

- глубина диффузии - 135 мкм.

ПРИМЕР 5: Способ осуществляют аналогично условию примера 1.

Процесс проводят при следующем расходе газов на этапе загонки: O₂=37,8±0,5 л/ч; N₂=740 л/ч; H₂=7,5 л/ч, и с твердого планарного источника (ТПДФ-100). Время загонки фосфора 60 минут при температуре 1000°С, поверхностное сопротивления R_S=0,6±0,1 Ом/см.

На этапе разгонки фосфора процесс проводят при температуре 1150°С при расходах газов: О₂=37,8±0,5 л/ч; N₃=740 л/ч, и времени разгонки 160 часов.

Контроль проводят на установке FPP-5000 и глубину диффузионного шлифа определяют методом косого шлифа:

- поверхностное сопротивление R_S=0,25±0,05 Ом/см;

- глубина диффузии - 155 мкм.

Оптимальное расстояние между твердым планарным источником и кремниевыми структурами равна 4 мм.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет проводить процесс разгонки при температуре 1150°С, при этом не нарушается поверхность пластин, практически отсутствуют примеси, обеспечивается точное регулирование глубины диффузионного слоя и получение глубины 160±20 мкм за 160 часов.

Изобретение относится к технологии полупроводниковых приборов, в частности может быть использовано для глубокой диффузии фосфора при формировании диффузионных кремниевых структур. Способ диффузии фосфора из твердого планарного источника включает формирование диффузионных кремниевых структур с использованием твердого планарного источника фосфора (ТПДФ). Процесс проводят при температуре 1000°С на этапе загонки при следующем соотношении компонентов: О₂=37,8±0,5 л/ч; N₂=740 л/ч; Н₂=7,5 л/ч, и времени, равном 60 минут; на этапе разгонки процесс проводят при температуре 1150°С при следующем расходе газов: О₂=37,8±0,5 л/ч; N₂=740 л/ч. и времени разгонки, равном 160 часов. Техническим результатом изобретения является уменьшение температуры и времени проведения процесса, обеспечение точного регулирования глубины диффузионного слоя, получение глубины 160±20 мкм и повышение процента выхода годных изделий.

Способ диффузии фосфора из твердого планарного источника, включающий формирование диффузионных кремниевых структур с использованием твердого планарного источника фосфора (ТПДФ), отличающийся тем, что процесс проводят при температуре 1000°С на этапе загонки при следующем соотношении компонентов: O₂=37,8±0,5 л/ч; N₂=740 л/ч; H₂=7,5 л/ч и времени, равном 60 мин; на этапе разгонки процесс проводят при температуре 1150°С при следующем расходе газов: О₂=37,8±0,5 л/ч; N₂=740 л/ч и времени разгонки, равном 160 ч.