Источник диффузии для одновременного легирования кремния бором и золотом Советский патент 1993 года по МПК H01L21/22 

Изобретение относится к области микроэлектронике и предназначено для использования при изготовлении кремниевых пленарных транзисторов и интегральных твердых схем.

Широкое распространение в планарной технологии получили различные конструкции приспособлений для легирования бором и фосфором из газовой фазы для создания активных элементов транзисторных структур.

Наиболее распространенной является кварцевая лодочка. Известен источник для легирования акцепторной примесью из боросиликатного стекла в виде кварцевой лодочки, в которой пластины располагают горизонтально рабочей стороной вверх на первом этаже лодочки, при этом сторона второго этажа лодочки, обращенная к пластинам, насыщена борным ангидридом.

Для снижения времени жизни носителей базовую область легируют золотом.

Известен источник диффузии для одновременного легирования кремния бором и золотом, содержащий кварцевую подложку, насыщенную борным ангидридом, и золото.

Источник золота выполнен в виде лодочки с секциями, заполненными гранулами золота. Оба источника помещены в эвакуированный объем.

Недостаток этого источника состоит в том. что он предусматривает ампульное легирование, т.е. легирование под пониженным давлением. Так называемая ампульная технология имеет широко известные недостатки, заключающиеся в значительной сложности осуществления процесса.

Целью изобретения является упрощение процесса диффузии и снижение трудоемкости.. :

Цель достигается тем, что золото нанесено на поверхность насыщенной борным ангидридом кварцевой подложки.

При такой конструкции источника обеспечивается равномерность смеси паров бора и золота..

Кварцевую подложку насыщают соединением, содержащим бор. На полученный слой, например, боросиликатного стекла методом термического испарения в вакууме наносят пленку золота. Полученную слоистую систему спекают и используют в качестве источника диффузии.

На чертеже показана диффузионная печь с помещенными в нее источником диффузии и пластинами, в разрезе.

На кварцевые подложки Ги 2 наносят борный ангидрид. После отжига в аргоне при 940°С в течение 2 ч происходит стеклообразование, в результате чего на подложках образуются слои 3 боросиликатного стекла. На боросиликатные слои 3 наносят слои 4 золота при давлении 5 -10 мм рт.ст. в течение 20-25 с.

Расстояние от испарителя до подложки 70 мм, навеска золота весит 40 мг, Толщина напыленных слоев золота составляет 0,050,1 мм.-После напыления золота подложку отжигают в течение 20 мин при 940°С. Легирование ведут в открытой кварцевой трубе 5 в потоке аргона.

Температура диффузии 940 ± 1°С, время легирования 20-40 мин. Расход аргона 40-50 л/ч при диаметре трубы 58 мм. Пластины 6 кремния со вскрытыми окнами под базовое легирование расположены на кварцевых подложках 2 и 7 рабочей стороной вверх. Кварцевые подложки 1 и 2 со слоями боросиликатного стекла и золота 4 расположены над пластинами 6 на кварцевых столбиках 8 на расстоянии 7-10 мм от пластин 6.

В зависимости от диаметра пластин и диаметра трубы количество этажей может быть различным. Ширина подложки также может меняться. В описанной конструкции ширина подложки 42 мм, диаметр пластин 40 мм. Кварцевые столбики 8 приварены одним концом к верхней подложке и не закреплены на нижней подложке.

После введения реактора в рабочий режим через.трубу 5 пропускают инертный газ, затем источник диффузии с пластинами 6, находящимися на подложках 2 и 7, помещают в рабочую зону реактора. Источник диффузии и пластины нагреваются до рабочей температуры. Происходит одновременное испарение бора из слоев 3 и золота из слоев 4 подложек 1 и 2. В результате того что слои 4 находятся на поверхности слоев 3 и на одинаковом расстоянии от обрабатываемых пластин, обеспечиваемом столбиками 8, достигается равномерный состав парогазовой смеси у поверхности пластин и, следовательно, равномерное легирование бором и золотом.

Реализация источника позволяет повысить быстродействие приборов на 15-20%, значительно улучшить характеристики и снизить разброс параметров, упростить процесс легирования за счет обеспечения возможности проведения процесса в открытой трубе в потоке газа.

(56) Кремниевые планарные транзисторы. Под ред. проф. Федотова Я.А. М.; 1973, с. 30. . Патент США N; 3728592, кл. 148-189, опублик. 1973. Формулаизобретения .ИСТОЧНИК ДИФФУЗИИ для одноВРЕМЕННОГО ЛЕГИРОВАНИЯ КРЕМНИЯ БОРОМ И ЗОЛОТОМ, содержащий кварцевую подложку, насыщенную борным ангидРИДОМ, и золото, отличающийся тем что с целью упрощения процесса диффузиии снижения трудоемкости золото нанесено на поверхность насыщенной борным ангидридом кварцевой подложки.

. .//. X / /, / /

-г У У /У, f.

/ lif у // У / у у // / J У tf

ч .у

Ючхчххч k444V44j ГчУЧУчЧ Я

г-v

ft .Ч шцггг

/- / /// / У

X X ; X - / f / ff

ГЖ

HiiiX./ SiiX «ГЧлХ ,/

; x/.V x j;. Ж у x./ # # , / / /

-J

рго//

.т , / / / / /- / ;й ; /i X ..