Раствор для получения поверхностного источника диффузии Советский патент 1985 года по МПК H01L21/225 

др

СО Oi sl

4i

СО Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов, а именно к раствору для п лучения 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 кон центрация соединения бора не превышает 10 мас.%, так как применяемые неорганические соединения бора (оки сел бора или борная кислота) имеют низкую растворимость в используемом органическом растворителе jjl . Кроме того, раствор позволяет по лучать большие поверхностные концен рации примеси в кремнии ( Только при малой глубине залегания р-п перехода (от.десятков долей до единиц микрон), когда температура диффузии составляет около 1273 К. Поэтому для получения больших повер ностных концентраций бора в кремнш близких к предельной растворимости, при глубине залегания р-п перехода до 100-150 мкм (температура диффузи 1423-1573 К, время-десятки и сотни часов) не может быть.использован этот раствор. Наиболее близким техническим реш нием является раствор для получения поверхностного источника диффузии бора, включающий органический раств ритель, катализатор, тетраэтоксисилан,эфирортобррной кислоты и соедине ния других легирующих элементов 2j Раствор имеет следующий состав компонентов, мас.%: Растворитель, состоящий из абсолютного этилового 99(75-76) спирта и уксусной кислоты . . 18,3(13,8-14,1) Эфир ортоборной кислоты 0,5-3,0(0,38-2,2 Катализатор и соединение легирующей примеси (четыреххлористый титан)0,05(0,038) Тетраэтоксисилан 12(9,1-9,25) Применение раствора такого состагза позволяет получить относительно невысокую поверхностную концентрацию бора 340 тe fflepaтype 1423 К и времени диффузии 1 ч, тем более, что с увеличением температуры и времени диффузии поверхностная концентрацияуменьшается. Кроме того, отсутствие воды в растворе (гидролиз тетраэтоксисилана проходит при его взаимодействии с уксусной кислотой) делает его очень гигроскопичным, а присутствие в качестве катализатора соединения титана -ограничивает область применения такого раствора, так как титан является легирующей примесью в кремнии. В то же время при изготовлении некоторых типов многослойных структур необходимо создавать глубокие сильнолегированные диффузионные слои с поверхностно, концентрацией, близкой к предельной растворимости бора в кремнии (более ), как прямое падение напряжения, коэффициент усиления по току и т.д. Целью изобретения является полу- . чение близких к пределу растворимости в крём1ши значений поверхностной концентрации бора при температуре . не ниже 1423 К. Данная цель достигается тем, что в растворе для получения поверхностного источника диффузии бора, включающем органический растворитель, катализатор, тетраэтоксисилан, эфир ортоборной кислоты и соединения других легирующих элементов,раствор содержит компоненты в следуюиг,ем количественном соотношении, мас.%: Этиловый Спирт 10,2-28,1 Вода . 0,8-9,0 Катализатор .0,5-2,5 Эфир ортоборной кислоты32,2-47,0 Азотнокислые соли алюминия или галлия10,9-14,5 Тетраэтоксисилан 17,4-25,4 В качестве растворимых соединений или галлия можно использовать 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 увеличивается уровень легирования, а умен шение ниже 32,2 мас.% - может привес ти к нарушению гомогенности раствора из-за образования борной кислоты при избытке воды по отношению к эфиру ОрТОборНОЙ КИСЛОТЫ . Концентрациятетраэтоксисилана обеспечивает получение вязкости раст вора не менее 5 сСт и связывание лишней воды, содержащейся в растворе и растворимых соединениях алюминия или галлия. Количество этилового спирта и воды должно обеспечить растворение сое динений 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 образованию ортоборной кислоты, которая выпадает в осадок, так как она не может раствориться в том количестве этилового спирта, которое содержится в растворе. Для приготовления раствора можно использовать этиловый спирт 96, но в этом случае необходимо уменьшить содержание воды на количество, содержащееся в спирте. В качестве катализатора можно взять хлористоводородную или азотную кислоту.. примеры. Первоначально изготовляют несколько растворов предла гаемого состава, соотношение между компонентами которых указаны в табл. Растворы приготавливают следующим об разом. В колбу наливают воду и в ней растворяют соли алюминия или галлия затем растворяют этиловый спирт и катсшизатор, добавляют тетраэтоксиси лан и проводят его гидролиз, взбалты вая или встряхивая колбу до тех пор пока раствор не нагревается. После остьшания в растворе гидролизованного тетраэтоксисилана растворяют эфир ортоборной кислоты. Растворы осаждйют на пластины кремния п-типа проводимости с удельным сопротивлением 30 ом.см, диаметром 32 мм и толданой 300 мкм на цент рифуге с частотой вращения 2800 об/мин. Пластичны складывают вплотную друг к другу в лодочку и 34 помещают в диффузионную печь. После диффузии измеряют поверхностное сопротивление диффузионного слоя (Rg) и поверхностную концентрацию бора по сопротивлению растекания в точечном зонде (Ng). 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 днффузии 1423-1573 К и времени до 200 ч обеспечивает создание сильнопегированных областей с поверхностной концентрацией бора более 1 . Использование раствора пр прототипу при тех же условиях диффузии не позволяет получить поверхностную концентрацию бора выше . 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 , мае.%: Этиловый спирт 96 66,8 Ортофосфорная кислота ,7 Тетраэтоксисилан 17,5 Из р-«-р пп + структур изготавливают по стандартной технологии диоды с диаметром вьшрямительного элемента 30 мм (площадь катода 400 мм), на которых измеряют амплитудное значение прямого падения напряжения iU при амплитудном значении тока 1000 А. На диодах, изготовленных с использованием заявляемого раствора, AU 1,201,25 В, а на диодах, изготовленных с использованием контрольного раствора, ,30-1,45 В. Таким образом, применение данно-|, го-раствора при изготовлении многослойных структур позволяет улучшить электрические параметры полупроводниковых приборов,например уменьшить рямое падение напряже1шя, за счет олучения близких к пределу раствоимости в кремнии значений поверхостной концентрации бора.

Таблица II

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

Тетраэтокси

17,419,0 сипаи Азотнокислая

9,16

25,4

2t,a