Твердый планарный источник диффузии фосфора
Изобретение относится к технологии интегральных схем, в частности к конструкции твердых планарных источников диффузии фосфора, которые применяются для выполнения технологических процессов диффузии при создании эмиттерных областей активных элементов, стабилизации окисла фосфорно-силикатным стеклом, легирования сток-истоковых областей МДП-транзисторов, легирования поликремния и т.д. Целью изобретения является увеличение срока эксплуатации за счет увеличения степени заполнения площади кремниевой подложки диффузантом и массы диффузанта и повышение термомеханических свойств источника. Твердый планарный источник диффузии фосфора представляет собой шайбу-кремниевую подложку, содержащую на обеих сторонах отдельные квадратные или прямоугольные блоки диффузанта на основе метафосфата алюминия со сторонами 1,6 - 5,0 и высотой 0,9 - 2,5 от толщины подложки, с зазором между ними 0,3 - 0,9 от толщины подложки, при толщине подложки 0,0065 - 0,0090 от ее диаметра, заполняющими подложку на расстоянии 0,025 - 0,050 ее диаметра. Изобретение позволяет повысить массу диффузанта в 2 - 4 раза и длительность эксплуатации источников в 2 раза. 2 ил., 3 табл.
Изобретение относится к технологии интегральных схем, в частности к конструкции твердых планарных источников диффузии фосфора (ТПДФ), которые применяются для выполнения технологических процессов диффузии при создании эмиттерных областей активных элементов, стабилизации окисла фосфорно-силикатным стеклом (ФСС), легирования сток-истоковых областей МДП-транзисторов, легирования поликремния и т.д. Целью изобретения является увеличение срока эксплуатации за счет увеличения степени заполнения площади кремниевой подложки диффузантом и массы диффузанта и повышение термомеханических свойств источника. На фиг. 1 представлен ТПДФ, поперечное сечение; на фиг. 2 - то же, вид сверху. ТПДФ содержит кремниевую подложку 1 и диффузант, спеченный с обеими сторонами подложки в виде квадратных или прямоугольных блоков 2, причем по краям 3 кремниевой подложки диффузант не наносится. На чертеже указаны оптимальные соотношения конструкции ТПДФ. При диаметре кремниевой подложки ТПДФ, равном d, толщина кремниевой подложки составляет t = (0,0065-0,0090)d, размеры (стороны) квадратных или прямоугольных блоков диффузанта составляют (1,6-5,0)t, высота (толщина) блока диффузанта составляет (0,9-2,5)t, зазор между блоками составляет (0,3-0,9)t, по краям обеих сторон кремниевой подложки на расстоянии (0,025-0,050)d не располагается свободная от диффузанта зона. П р и м е р 1. Приготавливают диффузант, смешивая 80 мас.ч. порошка метафосфата алюминия с 20 мас.ч. порошка кремния. Наносят пасту диффузанта в виде квадратных или прямоугольных блоков через металлическую или пластмассовую сетку на обе стороны кремниевой подложки диаметрами 100 и 60 мм. Производят сушку ТПДФ, а затем спекание при температуре 1030оС в течение 35 мин. Конструктивные параметры ТПДФ (типы образцов - 1 - 6) приведены в табл. 1. П р и м е р 2. Изготавливают ТПДФ на пластинах диаметром 60 мм по способу, как в примере 1, только диффузант наносят в виде круглых блоков через пластмассовую или металлическую форму с отверстиями. Конструктивные параметры ТПДФ (типы образцов 7-10) приведены в табл. N 1. Типы образцов 1-5 изготовлены для того, чтобы определить влияние изменения конструктивных параметров на длительность эксплуатации ТПДФ диаметром 100 мм. Типы образцов 6-10 изготовлены с целью сравнения заявляемой конструкции (тип образцов 6) с прототипом (тип образцов 11) и с элементами прототипа (типы образцов 7-10). По каждому примеру изготовлены по 4 шт ТПДФ. С целью определения длительности эксплуатации формировали 2 кассеты с ТПДФ и рабочими кремниевыми пластинами, в каждой кассете по 2 шт ТПДФ по каждому примеру. Затем производили процессы диффузии при температуре 1000оС по 30 мин каждый. В табл. 2 представлено количество годных ТПДФ после различных этапов наработки, а в табл. 3 - результаты измерений среднего значения удельного поверхностного сопротивления в рабочих кремниевых пластинах после различных этапов наработки ТПДФ, не вышедших из строя в процессе испытаний. Как видно из табл. 2, 3 использование в ТПДФ блоков квадратной и прямоугольной формы, а также использование свободного края в ТИДФ (типа образцов ТПДФ 1, 2) обеспечивает наибольшую длительность эксплуатации ТПДФ при сохранении их целостности в течение 200 процессов и незначительном понижении уровня легирования, так как удельное поверхностное сопротивление контрольных кремниевых пластин возрастает на 13-14%. Допустимым истощением ТПДФ считается разложение диффузанта ТПДФ до уровня, когда удельное поверхностное сопротивление кремниевых пластин, легированных из этих ТПДФ в процессе эксплуатации, повышается на 20% по сравнению с первоначальным. При понижении высоты квадратного блока (тип образцов ТПДФ 3) целостность ТПДФ сохраняется в процессе наработки, но вследствие понижения массы диффузанта понижаются концентрация выделяющихся молекул и давление паров фосфорного ангидрида, в результате чего после 200 процессов удельное сопротивление повышается примерно в 2 раза. При нанесении диффузанта на всю поверхность подложки, без свободного края, (тип образцов ТПДФ 4) и при понижении толщины подложки (тип образцов ТПДФ 5) резко снижается длительность эксплуатации ТПДФ (до 75 - 100) процессов. В ТПДФ диаметром 60 мм при использовании квадратных или круглых блоков и свободного края в ТПДФ также сохраняется целостность ТПДФ (типы образцов 6, 7, 9). При этом в связи с понижением высоты блоков отмечается понижение уровня легирования (типы образцов 6, 7) по сравнению с типом ТПДФ (1,2). В типе ТПДФ 7 наблюдается еще более резкое понижение давления паров диффузанта в связи с использованием круглой формы блоков, при использовании которых степень заполнения диффузантом поверхности термостойких носителей понижается на 17-18%. В типе ТПДФ 9 (с формой блоков и их параметрами по графику) отмечается максимальное понижение уровня легирования из-за самой низкой степени заполнения диффузантом. В конструкции ТПДФ по заявляемому изобретению по сравнению с прототипом (тип образцов 9) повышается заполнение диффузантом в 1,5-2 раза и толщина диффузанта в 1,6-4 раза. В результате масса непосредственно метафосфата алюминия на каждой стороне кремниевой подложки возрастает в 2-4 раза, что значительно увеличивает (в 2 раза) длительность эксплуатации источников, при которой обеспечивается стабильный уровень легирования и понижается разброс удельного поверхностного сопротивления по площади рабочих кремниевых пластин в 1,5 раза, достигая величины 
4%. Увеличение толщины кремниевой подложки, связанное с увеличением диаметра ТПДФ, а также отсутствие в ТПДФ по краям кремниевой подложки диффузанта обеспечивают значительное увеличение термомеханической стойкости ТПДФ и срока их службы. ТПДФ диаметром 100 мм с конструкцией согласно изобретению характеризуется при проведении диффузионных процессов на Т=1000оС в течение 30-40 мин высокими эксплуатационными характеристиками: срок службы 200 процессов, отказы из-за нарушения термомеханических свойств ТПДФ отсутствуют. Предлагаемая конструкция обеспечивает высокие эксплуатационные характеристики и качество ТПДФ разных диаметров.
Формула изобретения
ТВЕРДЫЙ ПЛАНАРНЫЙ ИСТОЧНИК ДИФФУЗИИ ФОСФОРА, содержащий диффузант на основе метафосфата алюминия, расположенный в виде отдельных блоков с плоской поверхностью по обеим сторонам кремниевой подложки, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока эксплуатации за счет увеличения степени заполнения площади кремниевой подложки диффузантом и массы диффузанта и повышения термомеханических свойств источника, блоки диффузанта имеют в горизонтальном сечении форму квадрата или прямоугольника со сторонами 1,6 - 5,0 и высоту 0,9-2,5 толщины подложки, при этом зазор между блоками составляет 0,3 - 0,9 толщины подложки, толщина кремниевой подложки составляет 0,0065-0,0090 ее диаметра, при этом блоки закрывают центральную часть поверхности подложки диаметром 0,90 - 0,95 от диаметра подложки.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 8-2000
Извещение опубликовано: 20.03.2000
