Раствор для получения поверхностного источника диффузии

 

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

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 4(S1) 0 ) 2 225

10 9-.14,5

17,4-25, 4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

По ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТЯ ЫТИй (21) 3211923/18-25 (?2) 04.1-2.80 (46) 07;02.85,Бюп. В 5 (72) Я.Д.Ниспевич, Л.E.×åðêàâà, Л.Н.Колоскова, 10.И.Локтаев, В.И.Пай. вель и М.Л.Шнцель

{71) Всесоюзный электротехнический институт им. В,.И.Ленина .(53) 621.382(088.8) (56) 1. Патент США И 3789023 кл. 252-518, опублик, 1974.

2. Патент США К 3660156, кл. 117-201, опублик. 1971 (прототип) (54) {57) РАСТВОР ДЛЯ ПОЛУЧЕИИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО ИСТОЧНИКА ДИФФУЗИИ БОРА, включающий органический растворитель, катализатор, тетразтоксисилан, эфир ортоборной кислоты и соединения дру; гих легирукнцих элементов, о т л ич а ю шийся тем, что, с цепью получения близких к пределу раствори» мости в кремнии значений поверхнос, тной концентрации бора при температу=

, ре диффузии не ниике 1423 К, раствор содержит компоненты в следуюп(ем количественном соотношении, мас.X:

Зтиловый спирт 10,2-28,1

Вода 0,8-9,0

Катализатор 0,5-2,5

Зфир ортоборной кислоты 32,2-47,0

Азотнокислые соли алюминия или галлия

Тетразтоксисилан

936743

Применение раствора такого соста. за позволяет получить относительно невысокую поверхностную концентрацию бора 3 10 см при температуре

5 1423 К н времени диффузии 1 ч, тем более, что с увеличением температуры и времени диффузии поверхностная концентрация уменьшается. Кроме того, отсутствие воды в растворе (гидролиз тетразтоксисилана проходит при его взаимодействии с уксусной кислотой) делает его очень гигроскопичным, а присутствие в качестве катализатора соединения титана ограничивает область применения такого растdopa,òàê как титан является легирую- щей примесью в кремнии. В то же время при изготовлении некоторых типов многослойных структур необходимо создавать глубокие сильнолегированные диффузионные слои с поверхностной.концентрацией, близкой к предельной растворимости бора в кремнии (более 10 см ), как прямое падение напряжения, коэффициент усиления по току и т.д.

Целью изобретения является получение близких к пределу растворимости в кремнии значений поверхностной концентрации бора при температуре не ниже 1423 К.

Данная цель достигается тем, что в растворе для получения поверхностного источника диффузии бора, вклюЗ5 . чающем органический растворитель, катализатор, тетраэтоксисилан, эфир ортоборной кислоты и соединения других легирующих элементов, раствор содержит компоненты в следуюшем количествен40 ном соотношении, мас. .:

Этиловый спирт 10, 2-28, 1

Вода 0,8-9,0

Катализатор . 0,5-2,5

Эфир ортоборной кислоты 32,2-47,0

Азотнокислые соли алюминия или галлия 10,9-14,5

Тетраэтоксисилан .17,4-25,4

В качестве растворимых соединений алюминия или галлия можно использоРастворитель, состоящий из абсолютного этилового спирта и уксусной кислоты

Эфир ортоборной кислоты

Катализатор и соединение легирующей примеси (четыреххлористый титан)

Тетраэтоксисилан

99(75-76)

18,3 (13,8-14, 1)

0,5-3,0(0,38-2, 26) 0,05(0,038)

12(9,1-9,25) 1

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов, а именно к раствору для получения 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 концентрация соединения бора не превышает 10 мас., так как применяемые неорганические соединения бора (окисел бора или борная кислота) имеют низкую растворимость в используемом органическом растворителе. Я .

Кроме того, раствор позволяет получать большие поверхностные концентрации примеси в кремнии (4 ° 10 см >) только при малой глубине залегания р-и перехода (от,десятков долей до единиц микрон), когда температура диффузии составляет около 1273 К.

Поэтому для получения больших поверхностных концентраций бора в кремнии, близких к предельнои растворимости,. при глубине залегания р-и перехода до 100-150 мкм (температура диффузии

1423-1573 К, .время-десятки и сотни часов) не может быть использован этот раствор.

Наиболее близким техническим решением является раствор для получения поверхностного источника диффузии бора, включающий органический растворитель, катализатор, тетраэтоксисилан, эфир ортоборной кислоты и соедине ниядругих легирующих элементов 12

Раствор имеет следующий состав компонентов, мас. : вать 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 увели936743 чивается уровень легирования, а умень шение ниже 32,2 мас.% — может привести к нарушению гомогенности раствора из-за образования борной кислоты при избытке воды по отношению к эфиру ортоборной кислоты. . Концентрация тетраэтоксисилана обеспечивает получение вязкости раствора не менее 5 сСт и связывание лишней воды, содержащейся в растворе tp и растворимых соединениях алюминия или галлия.

Количество этилового спирта и воды должно обеспечить растворение соединений 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 20 образованию ортоборной кислоты, которая выпадает в осадок, так как она не может раствориться в том количестве этилового спирта, которое содержится в растворе. Для приготов- д ления раствора можно использовать о этиловый спирт 96, но в этом случае необходимо уменьшить содержание воды на количество, содержащееся в спирте. 30

В качестве катализатора можно взять хлористоводородную или азотную кислоту.

Пример ы. Первоначально изготовляют несколько растворов предла.

35 гаемого состава, соотношение между компонентами которых указаны в табл.1

Растворы приготавливают следующим образом.

В колбу наливают воду и в ней растворяют соли алюминия или галлия, затем растворяют. этиловый спирт и катализатор, добавляют тетраэтоксисилан и проводят его гидролиз, взбалтывая или встряхивая колбу до тех пор, 5 пока раствор не нагревается. После остывания в растворе гидролизованного тетраэтоксисилана растворяют эфир ортобориой кислоты.

Растворы осаждают на пластины кремния п-типа. проводимости с удельным сопротивлением 30 ом.см, диаметром 32 мм и толщиной 300 мкм на цент рифуге с частотой вращения

2800 об/мин. Пластины складывают

55 вплотную друг к другу в лодочку и помещают в диффузионную печь. После диффузии измеряют поверхностное сопротивление диффузионного слоя (К5) и поверхностную концентрацию бора по сопротивлению растекания в точечном зонде (И ). 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 диффузии 1423-1573 К и времени до 200 ч обеспечивает создание сильнолегированных областей с поверхностной концентрацией бора более 1 10 осм . Использо. ванне раствора по прототипу при тех же условиях диффузии не позволяет получить поверхностную концентрацию бора выше 1 10 см

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, мас. : о

Этиловый спирт 96 66,8

Ортофосфорная кислота 70 15,7

Тетраэтоксисилан 17,5

Из р+р пп + структур изготавливают о стандартной технологии диоды с диаметром выпрямительного элемента

30 мм (площадь катода 400 мм ), на которых измеряют амплитудное значение прямого падения напряжения 6ц при амплитудном значении тока 1000 А.

На диодах, изготовленных с использованием заявляемого раствора,b,U = 1,201,25 В, а на диодах, изготовленных с использованием контрольного раствора, а11=1,30-1 45 В.

Таким образом, применение данного раствора при изготовлении многослойных структур позволяет улучшить электрические параметры полупроводниковых приборов, например уменьшить прямое падение напряжения, за счет получения близких к пределу растворимости в кремнии значений поверхностной концентрации бора.

936743

Таблица 11

Раствор По способу предлагаемому по прото-типу

Этиловый спирт

18,5

26,4 28, 1

10,2

10,2

4,0

9,0 0,8

6,0

490

Катализатор .2,5.

09-

2,5

2,0

Эфир ортоборной кислоты 47,0

39,5

47,0

35,6

32,2

9,16

2198

10,9

14,5 с

Таблица 2

1150 С

200 ч

1300 С

28 ч

1250 С

60 ч

Раствор, Р б ) 2 (3

4 J5 )б

Ю O «WW ÂÔßÂWW

395 095 0945 095 0945 298

1 ° 10 2 ° 10 2 10 2 10 2 "10 8" 10

0,5

3 910

Наименование компонентов раствора

Тетразтоксиснлаи

Азотиекислав соль (гндрат) алюминия

Параметры диффузионного слоя

И 9 ОМ/Д

-Ъ

Ns, см

Содержание ков1йанентов в растворах, мас.у

Температура и время диффузии

Ъ

ЗНИИПИ Заааа 303/1 Тираж 679 Подписное

Фзйихан .ППП Патент 9 х" ФУж1 ород9 Я ФПроайтиаа9

14,0(Уксус иаз кислота} (Четыр еххлористьй титан) 0,04 (Четыреххло ристый титан)