Способ диффузии галлия Советский патент 1993 года по МПК H01L41/22 

Изобретение относится к области производства полупроводниковых приборов, а именно, к способу диффузии галлия в кремниевые пластины методом открытой трубы.

Целью предложенного способа является образование на поверхности кремниевых пластин одновременно с проведением диффузии галлия маскирующего окисла, свободного от аномальных атомарных скоплений галлия, а также замедление процесса разрушения стенки кварцевого реактора.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе диффузия галлия во время разгонки галлия длительностью Т1 проводят окисление в парах воды длительностью ТЗ, где , после корректирующего легирования при рабочей температуре проводят дополнительное окисление в пэрах воды и по крайней мере начало охлаждения кремниевых пластин

проводят в парах воды в течение времени Т5, где , а Т2 - время охлаждения кремниевых пластин.

Благодаря дополнительному окислению в парах воды при рабочей температуре после корректирующего легирования моноокись галлия, адсорбированная во время корректирующего легирования поверхностью кремниевых пластин, оснастки и кварцевой трубы, эффективно окисляется до инертного нелетучего триоксида галлия, что, с одной стороны, предотвращает ее перенос к поверхности кремниевых пластин, с другой стороны, нейтрализует ее агрессивное разрушающее воздействие на поверхность кварцевого стекла оснастки и трубы. Кроме того, во время дополнительного окисления происходитэффективная редиффузия и нейтрализация атомарного галлия, находящегося в объеме приповерхностного слоя стенок оснастки и трубы реактора, что замедляет процесс кристаллизации кварцевососо

-ч

hO

ю

со

го стекла оснастки и трубы. Окисление же в парах воды во время охлаждения подавляет образование и перенос атомарного галлия из объема стенок трубы и оснастки к поверхности кремниевых пластин, и также замедляет процесс кристаллизации кварцевого стекла оснастки и трубы.

В результате предотвращается образование на поверхности кремниевых пластин областей аномальных атомарных скоплений галлия и замедляется процесс разрушения стенки кварцевого реактора.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ диффузии галлия отличается тем, что во время разгонки галлия длительностью Т1 проводят окисление в парах воды длительностью ТЗ, где , после корректирующего легирования при рабочей температуре проводят дополнительное окисление в парах воды и по крайней мере начало охлаждения кремниевых пластин проводят в парах воды в течение времени Т5, где , а Т2 - время охлаждения кремниевых пластин.

Предлагаемый способ диффузии галлия реализован следующим образом, Процесс диффузии проходит в диффузионной печи СД0-125/3-15,0 с применением кварцевого реактора 110 мм, в трубе которого со стороны газовой системы перед рабочей зоной печи расположена лодочка с порошком диф- фузанта.

Процесс диффузии включает в себя:

1.загрузку кремниевых пластин в рабочую зону печи при Т 830°С в течение 8 мин в середе кислорода расходом 90 л/ч;

2.нагрев пластин до Трад 12200С в течение 70 мин в среде водяного пара;

3.легирование в течение 70 минут в среде двухкомпонентной газовой смеси (N2+H2) расходом 90 л/час;

А. окисление в парах воды в течение 4 ч, во время которого на поверхности пластин получают маскирующий окисел толщиной 1,4 мкм;

5.разгонку галлия в течение 20 часов в среде азота расходом 90 л/ч;

6.корректирующее легирование в среде (№+Н2) расходом 90 л/ч;

7.дополнительное окисление в парах воды в течение 15 минут, во время которого нейтрализуется моноокись галлия, адсорбированная поверхностью кремниевых пластин, оснастки и кварцевой трубы и атомарный галлий в приповерхностном слое объема стенок оснастки и трубы;

8.охлаждение кремниевых пластин до Т 830°С в течение 80 мин в парах воды и 20

мин в среде сухого кислорода расходом 90 л/ч во время которого нейтрализуется процесс восстановления моноокиси галлия и редиффузии атомарного галлия из объема

стенок используемых оснастки и трубы;

9. выгрузка пластин из канала диффузионной печи в течение 10 мин в среде Oz

расходом 90 л/ч.

Предлагаемый способ диффузии галлия

может быть реализован на любой диффузионной печи. Использование способа наиболее эффективно для процессов диффузии галлия с продолжительным корректирующим легированием (t 30 минут) и с высокой поверхностной концентрацией получаемого слоя (Ns 5 ат/см3), в том числе для процесса изготовления тиристоров и мощных транзисторов.

Использование предлагаемого способа

диффузии галлия позволяет повысить процент выхода годных при производстве полу- проводниковых приборов и повысить срок алужбы используемых кварцевой оснастки и кварцевых труб.

Формул а изобретения 1. Способ диффузии галлия в кремниевые пластины методом открытой трубы, включающий загрузку кремниевых пластин в кварцевый реактор диффузионной печи, нагрев кремниевых пластин до рабочей температуры, легирование, разгонка галлия в среде кислорода или азота в течение времени Т1, корректирующее легирование, ох

лаждение кремниевых пластин в среде азота или кислорода в течение времени Т2 и выгрузку кремниевых пластин из кварцевого реактора диффузионной печи, отличающий с я тем, что, с целью образования на поверхности кремниевых пластин маскирующего окисла, свободного от аномальных атомарных скоплений галлия, а также замедления процесса разрушения стенки кварцевого реактора, во время разгонки

галлия в течение времени ТЗ, где , проводят окисление в парах воды, после корректирующего легирования при рабочей температуре проводят дополнительное окисление в парах воды в течение времени

Т4 и по крайней мере начало охлаждения кремниевых пластин проводят в парах воды в течение времени Т5, где .

2. Способ по п. 1,от л и ч а ющ и и с я тем, что время мин.

3. Способ по пп.1 и2.отличающ ий- с я тем, что после охлаждения кремниевых пластин в парах воды следует выдержка кремниевых пластин в среде сухого кислорода или азота.

Использование: способ диффузии галлия в кремниевые пластины, в котором источником диффузанта служит триоксид галлия, методом открытой трубы, применяемый при изготовлении полупроводниковых приборов с диффузионной структурой п-р-птипа. Сущность изобретения: во время разгонки галлия проводят окисление поверхности кремниевой пластины в пэрах воды, после корректирующего легирования при рабочей температуре проводят дополнительное окисление в парах воды и по крайней мере начало охлаждения кремниевых пластин проводят в парах воды, причем время дополнительного окисления не превышает 30 минут, а после охлаждения кремниевых пластин их выдерживают в среде сухого кислорода или азота, Способ позволяет получить на поверхности кремниевых пластин маскирующий окисел, свободный от аномальных атомарных скоплений галлия, а та кжезамедлить процесс разрушения кварцевого реактора. 2 з.п.ф-лы. сл с