Способ формирования сильнолегированных областей в многослойных структурах

(51) Н 1 225 ГОСУД АРС ПО ДЕЛА с 4 ьЩФ,БРЕтЕН СА ЕТЕЛЬСТВ ВТОР СКОМУ ВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(54)(57) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СИЛЬНОЛЕГИРОВАННЫХ ОБЛАСТЕЙ-В МНОГОСЛОЙНЫХСТРУКТУРАХ силовых .полупроводниковыхприборов,. включающий осаждение рас. -творов на поверхность кремниевыхпластин для получения легированногоокисла, помещение -в лодочку вертикальной стопки пластин, совмещенныходноименными, сторонами, загрузку лодочки.в .нагретую печь и проведениедиффузии при температуре 1100 -1300 С в точке газа с расходом.более 3 л/мин, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью .увеличения. процентавыхода годных приборов-путем повышения однородности и воспроизводимости поверхностного сопротивления диффузионных слоевзагрузку лодочки проводят в потоке кйслорода-при температуре на 50-350 С меньшейчем температура дифФузии, и через. 15-60 минпосле загрузки лодочки в.печь начинают нагревать до температуры диффузиисо скоростью (1-10)С/мин.Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов, а именно к диффузии акцепторных,и донорных примесей для создания кремниевых многослойных структур силовых. полупроводниковых приборов.Известен способ изготовления мно - гослойной структуры силового тиристора, в котором и+ - область изготав ливают в р-п-р структуре локальной диффузией фосфора из легированных окисных пленок, осаждаемых из растворов. Однако низкая однородность и воспроизводимость поверхностного со противления и+ - слоя приводят к боль- . шим значениям прямого падения напряжения, Кроме того, этим способом при изготовлении и+ -эмиттера нельзя одновременно сФормировать р+ -область 20 на противоположной стороне структуры, необходимую для улучшения параметров тиристора.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является спо соб формирования сильнолегированных областей в многослойных структурах силовых полупроводниковых приборов, включающий осаждение растворов на поверхность кремниевых пластин для получения легйрованного окисла, помещение в лодочку вертикальной стопки пластин, совмещенных одноименными сторонами, загрузку лодочки в нагретую печь и проведение диффузии при темпе.З ратуре 1100-1300 С в потоке газа с расходом более 3 л/мин.Недостаток заключается в том, что этим способом нельзя изготовить п+40 и р+ - области в многослойных структурах тиристоров с высокой однородностью и воспроизводимостью поверхностного сопротивления диффузионных слоев (легирования), а низкая однородность45 и воспроизводимость легирования и+.и р+ - областей приводит к неравномерному распределению тока по площади структур, а следовательно, к увеличению прямого падения напряжения как на отдельных тиристорах, так и его среднего значения в партии, и ухудшениюдинамических параметров.Целью изобретения является увеличение процента. выхода годных прибо ров путем повышения однородности и воспроизводимости поверхностного сопротивления диффузионных слоев. Поставленная цель достигается тем, что в способе формирования сильно- легированных областей в многослойных структурах силовых полупроводниковых приборов, включающем осаждение растворов на поверхность кремниевых пластин для получения легированного окисла, помещение в лодочку вертикальной стопки пластин, совмещенных одноименными сторонами, загрузку лодочки в нагретую печь и проведение диффузии при температуре 1100-1300 С в потоке газа с расходом более 3 л/мин, загрузку лодочки проводят в потоке кислорода при температуре на 50-350 С меньшей, чем температура диффузии, и через 15-б 0 мин после загрузки. печь начинают нагревать до температуры диффузии со скоростью 1-10 С/мин.При отсутствии специальной технологической операции "термодеструкции11пленок последняя происходит при загрузке в нагретую диффузионную печь. При деструкции происходит окисление и испарение продуктов окисления и разложения исходных компонентов раствора и продуктов их химического взаимодействия, а также испарение из формирующейся стекловидной пленки окислов фосфора, мышьяка, сурьмы и бора, причем в атмосфере кислорода происходит быстрее термодеструкция и меньше испаряются из пленки окислы этих примесей. К началу диффузии примесей стекловидная пленка должна быть окончательно сформирована и находиться в равноветсии с кремнием, например полная. деструкция легированных фосфором и мышьяком пленок происходит при температуре 800 фС, а легированных бором при 1050 С. Поэтому загрузка пластин должна производиться в печь, нагретую на 50-350 С ниже, чем температура диффузии, Если температура загрузки пластин в печь будет ниже более чем на 350 С или менее чем нао50 С по сравнению с температурой диффузии, то в первом случае за счет увеличения длительности нагрева печи до температуры диффузии будет уменьшаться уровень легирования из-за излишнего испарения примесей, а во втором случае сближение температуры деструкции и диффузии ухудшит однородность и воспроизводимость легирования, так как диффузия и деструкция будут происходить одновременно, В зависимости от массы загружаемых пла1098455 50 55 3стин (может составлять 2 кг) для проведения деструкции и установления теплового равновесия необходимо от 15 до 60 мин. Затем печь вместе с пластинами должна нагреться до температуры диффузии с небольшой скоростью,1-10 С/мин, обеспечивающей равномерный нагрев всех загруженных пластин, Только в этом случае можно обеспечить высокую однородность и 1 О .воспроизводимость легирования как п+, так и р+ слоев, Уменьшение времени деструкции и установления теплового равновесия ниже 15 мин и увеличениео скорости нагрева, печи выше 10 С/мин 15 не поэврляет всю рабочую площадку печи одновременно нагреть до температуры диффузии, что приводит к ухудшению однородности и воспроизводимости легирования, особенно при коротких процессах диффузии, Увеличение времени установления теплового равновесия более 1 ч и уменьшение скорости нагрева ниже 1 сС/мин нецелесообразно, так как только увеличи вает длительность процесса диффузии.П р и м е р ы. Способ был использован для изготовления нескольких опытных партий многослойных структур тиристора типа Т 173 в 12. Р-п-р струк-ЗО туры быпи изготовлены по типовому техпроцессу диффузией алюминия и бора из легированных окисных пленокв .кремниевые пластины и-типа проводимости с удельным сопритивлением180 Ом см,шлифованные микропорошком М 28. Локальная маскирующая пленка была сформирована термическим окислением с последующей фотолитографией по существующему техпроцессу. 40 Донорный раствор содержал компоненты в следующем количественном со.отношении см:сЭтиловый спирт 96 22Вода 2Ортофосфорная кислота, 707. 4Азотная кислота,конц. 0,2Тетраэтоксисилан 7Акцепторный раствор содержал компонент в следующем количественном соотношении, см 5:Этиловый спирт 96 10Вода 5Азотная кислота,конц. Алюминий азотнокислый, гидрат 8Тетраэтоксисилан 15Триэтоксибор 32Растворы осаждались на центрифуге при частоте вращения 2800 об/мин, затем пластины складывались плотной вертикальной стопкой в кварцевую лодочку. Лодочка с пластинами опытных партий "резко" загружалась.в нагретую до температуры 900, 1050, или 1200 С печь, а лодочка с пластинами контрольной партии - равномерно в течение 20 мин в печь, нагретую.до температуры диффузии, Диффузионная термообработка, проводилась при температуре 1250 сС в течение 2 ч в кварцевой трубе диаметром 110 мм при расходе кислорода 10 л/мин на опытных партиях и расходе аргона 40 л/мин на контрольной партии,Оценка однородности и воспроизводимости легирования и+и р+ областей проводилась по результатам измерений поверхностного сопротивления диффузионных слоев. Изменения проводили в 13 точках на каждом диффузионном слое структуры и из каждой партии для измерений бралось по 6 пластин.По результатам измерений рассчитывались средние значения. поверхностного сопротивления в партии (К ) со стоэ роны п+ и рслоев и относительные среднеквадратические отклонения по площади пластин - однородность легирования (Ч сд ) и между пластинами в партии - воспроиэводимость легирования (Чессдр ) е 1В табл. 1 представлены данные по режимам изготовления опытных и контрольной партии, а в табл. 2 данные по однородности и воспроизводимости поверхностного сопротивления диффузионных п" и р+ -областей. Таким образом, однородность и воспроизводимость легирования п+ и р+-об.- ластей многослойных структур тиристоров, изготовленных по данному способу, значительно вьпце, чем изготовленных по известному способу. Изобретение может быть применено для изготовления п+ или р+-областей вместо способа диффузии с использованием галогенидов фосфора и бора в потоке газа-носителя, для изготовлеЭ 1098455 6ния пф-областей в многослойных струк- фузией фосфора, а также для,изготовтурных симисторов и п-пф-структур ления пф-слоев диффузией мышьяка и для высоковольтных. транзисторов диф- сурьмы. Таблица 1 Время выдержки после загрузки, мин емпература зарузки лодочки Примечание ти 6 900 Формировалсятолько и+ сло.и р+ слои 50 Контрольная а б л и ц а 2 ераметры диффузионного сло 1" 1 У Тип проводимости артий диффузионного. сл ЧфкфР,6.1 0,3 рФ 57 16 8,8 едактор П. Горьков ехред М. Надь орректор В. Синицкая аказ 315 Тираж 679 Государственног елам изобретений осква, Ж, РаСредняя скоростьнагрева печи дотемпературы диффузии,фС/мин Одновременно формировалис