CN114121623A - 一种复合硼铝扩散源及其制备方法和半导体掺杂加工的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合硼铝扩散源及其制备方法和半导体掺杂加工的方法，这种复合硼铝扩散源按质量份数由正硅酸乙酯15‑20份，乙二醇甲醚30‑56份，九水硝酸铝1‑7份，乙醇25‑35份，水2‑5份，氧化硼2‑11份混合而成。这种复合硼铝扩散源及其制备方法和半导体掺杂加工的方法可以通过控制膜厚及复合硼铝扩散源中硼与铝的含量来实现硼和铝掺杂浓度的精确控制，能够一次性实现硼和铝掺杂扩散，扩散过程中不需要离子注入机的参与，减少了该设备的资金投入，且操作简单，整个扩散工艺都在扩散炉中一次完成，不需二次退火，且可以满足大结深产品的加工需求，提高了生产效率，且这种复合硼铝扩散源，保存期长，无需低温保存。
Description
技术领域
本发明属于复合硼铝扩散源及其加工方法以及半导体加工技术领域，具体是一种复合硼铝扩散源及其制备方法和半导体掺杂加工的方法。
背景技术
扩散源是半导体器件生产制造的掺杂工艺中一种必不可少的微电子化学品。根据不同的掺杂工艺所使用的掺杂源有所不同，掺杂工艺主要分为两种：热扩散和离子注入。
离子注入是通过高能量的离子束轰击硅片表面，在掺杂窗口处，杂质离子被注入到体硅内，而在其它不需掺杂的区域，杂质离子被硅表面的保护层屏蔽，从而完成选择性掺杂。在离子注入过程中，电离的杂质离子经静电场加速打到硅片表面，通过测量离子电流可严格控制注入剂量。
通常离子注入的深度较浅且浓度较大，必须进行退火和再分布工艺。由于离子进入硅晶体后，会给晶格带来大范围的损伤，为了恢复这些晶格损伤，在离子注入后要进行退火处理。在退火的同时，杂质在硅体内进行再分布，如果需要还可以进行后续的高温处理以获得所需的结深。工艺过程复杂，无法一次性满足大结深产品的加工需求。
另外离子注入机技术一直掌握在外企手中，设备价格昂贵，采购受限等问题突出。特别是对一些半导体分离期间制造企业来说，使用离子注入机来生产期间成本过高，且由于设备数量有限导致生产效率低，产品供货紧张。
热扩散掺杂是指利用分子在高温下的扩散运动，使杂质原子从浓度很高的杂质源向体硅中扩散并形成一定的分布。
热扩散通常分两个步骤进行：预淀积和再分布。预淀积是指在高温下，利用杂质源，如硼源、磷源等，对硅片上的掺杂窗口进行扩散，在窗口处形成一层较薄但具有较高浓度的杂质层。这是一种恒定表面源的扩散过程。再分布是限定表面源的扩散过程，是利用预淀积所形成的表面杂质层做杂质源，在高温下将这层杂质向体硅内扩散的过程，通常再分布的时间较长，通过再分布，可以在硅衬底上形成一定的杂质分布和结深。
但是热扩散掺杂工艺具有一个很明显的缺点就是不能精确控制杂质的浓度，从而所生产出来的电路会与所设计的电路有一定的差别。
由于热扩散工艺相较于离子注入操作简单，设备及环境要求相对较低。生产制造成本低廉，因此备受一些厂家的青睐。
由于硼适于用离子注入的方式扩散，并且具有极好的均匀性保障梳条的可靠工作，因此多选取硼/铝的组合分布。现有技术中的铝扩散，一般采用"插片式充氩闭管扩铝"或"叠片式充氩闭管扩铝"工艺。所使用的石英管容片量约500片。其中，插片式充氩闭管扩铝是将至多50片硅晶片插在带有卡槽的石英舟上，相邻两片硅晶片的间隔为1.52mm，然后将插有硅晶片的石英舟装入石英管，石英舟的两端放置有两个铝源壶，源壶中放有铝硅杂质源。用石英封头封住石英管管口，抽气充氩并封管，置于高温炉23天即可完成一批，在降温出炉后，可以开管并抽样测试。叠片式充氩闭管扩铝与上述插片式充氩闭管扩铝的区别在于将硅晶片彼此贴合放入石英管中，在石英管内的两端也放置有铝源壶，石英封头在封住管口的同时会将硅晶片和铝源壶顶住。发明人在利用现有技术实施硼/铝扩散的过程中，发现现有技术至少存在如下缺点：制作一般的半导体器件时，可以在硅晶片上先扩散铝，再扩散硼，或铝和硼同步扩散。但在制作GTO或IGCT的硼/铝组合分布时，由于GTO或IGCT结构的特殊要求，需要先离子注入硼并将硼扩散到预定深度，再在有硼扩散层的硅衬底上进行闭管扩铝。但是在实际操作中观察到，对于已经具有硼扩散层的硅晶片，很难再将铝扩散进去。现有技术需要将硼通过离子注入的方式先掺杂，然后在将铝进行扩散，这种方式首先是成本过高，且效率较低。现有硼铝混合源，保存期短，且需要低温保存。
发明内容
本发明针对现有技术不足，提供一种复合硼铝扩散源及其制备方法和半导体掺杂加工的方法，这种扩散源可以通过控制膜厚及复合硼铝扩散源中硼与铝的含量来实现硼和铝掺杂浓度的精确控制，能够一次性实现硼和铝掺杂扩散，扩散过程中不需要离子注入机的参与，减少了该设备的资金投入，且操作简单，整个扩散工艺都在扩散炉中一次完成，不需二次退火，且可以满足大结深产品的加工需求，提高了生产效率，且这种复合硼铝扩散源，保存期长，无需低温保存。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：一种复合硼铝扩散源，按质量份数由正硅酸乙酯15-20份，乙二醇甲醚30-56份，九水硝酸铝1-7份，乙醇25-35份，水2-5份，氧化硼2-11份混合而成。这种扩散源可以通过控制复合硼铝扩散源中硼与铝的含量来实现硼和铝掺杂浓度的精确控制，能够一次性实现硼和铝掺杂扩散，扩散过程中不需要离子注入机的参与，减少了该设备的资金投入，且操作简单，整个扩散工艺都在扩散炉中一次完成，不需二次退火，且可以满足大结深产品的加工需求，提高了生产效率，且这种复合硼铝扩散源，保存期长，无需低温保存。
一种复合硼铝扩散源的制备方法，包括以下步骤：1，按质量份数将正硅酸乙酯15-20份与乙醇25-35份均匀混合加热至60-65℃；2，按质量份数加入乙二醇甲醚30-56份，搅拌均匀；3，按质量份数依次加入九水硝酸铝1-7份与氧化硼2-11份，搅拌2-3h，将至室温即得。
上述复合硼铝扩散源的制备方法中，优选的，还包括步骤4，将步骤3制得的混合液采用0.5μm的滤芯压力过滤。
一种复合硼铝扩散源用于半导体掺杂加工的方法，包括以下步骤：1，将复合硼铝扩散源均匀涂布于硅片表面，所述复合硼铝扩散源按质量份数由正硅酸乙酯15-20份，乙二醇甲醚30-56份，九水硝酸铝1-7份，乙醇25-35份，水2-5份，氧化硼2-11份混合而成；2，对硅片预烘加热使得复合硼铝扩散源形成固化的膜层；3，将硅片移动至扩散炉中进行热扩散。这种复合硼铝扩散源用于半导体掺杂加工的方法可通过控制膜厚来实现硼和铝掺杂浓度的精确控制，能够一次性实现硼和铝掺杂扩散，扩散过程中不需要离子注入机的参与，减少了该设备的资金投入，且操作简单，整个扩散工艺都在扩散炉中一次完成，不需二次退火，且可以满足大结深产品的加工需求，提高了生产效率。
上述复合硼铝扩散源用于半导体掺杂加工的方法中，优选的，步骤1中，复合硼铝扩散源采用匀胶机涂布。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：这种复合硼铝扩散源及其制备方法和半导体掺杂加工的方法可通过控制膜厚及复合硼铝扩散源中硼与铝的含量来实现硼和铝掺杂浓度的精确控制，能够一次性实现硼和铝掺杂扩散，扩散过程中不需要离子注入机的参与，减少了该设备的资金投入，且操作简单，整个扩散工艺都在扩散炉中一次完成，不需二次退火，且可以满足大结深产品的加工需求，提高了生产效率，且这种复合硼铝扩散源，保存期长，无需低温保存。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述：实施例1，首先，制备出复合硼铝扩散源，具体步骤为：1，按质量份数将正硅酸乙酯15份与乙醇25份均匀混合加热至60℃；2，按质量份数加入乙二醇甲醚30份，搅拌均匀；3，按质量份数依次加入九水硝酸铝1份与氧化硼2份，搅拌2h，将至室温即得。在其他实施例中，也可包括步骤4，将步骤3制得的混合液采用0.5μm的滤芯压力过滤。
所制得的复合硼铝扩散源，按质量份数由正硅酸乙酯15份，乙二醇甲醚30份，九水硝酸铝1份，乙醇25份，水2份，氧化硼2份混合而成。测得产品粘度可满足涂布要求，及硼铝含量满足掺杂加工的要求。
将制得的复合硼铝扩散源用于半导体掺杂加工的方法，包括以下步骤：1，将上述制得的复合硼铝扩散源采用匀胶机均匀涂布于硅片表面，涂布厚度可根据扩散过程中所需的硼铝的含量来调整；2，通过电热板对硅片预烘加热使得涂布的复合硼铝扩散源形成固化的膜层；3，将预热后的硅片堆放置石英舟中放入扩散炉中，进行热扩散；4，出炉即完成掺杂加工。步骤1中，复合硼铝扩散源采用匀胶机涂布。
实施例2，首先，制备出复合硼铝扩散源，具体步骤为：1，按质量份数将正硅酸乙酯20份与乙醇35份均匀混合加热至65℃；2，按质量份数加入乙二醇甲醚56份，搅拌均匀；3，按质量份数依次加入九水硝酸铝7份与氧化硼11份，搅拌3h，将至室温即得。在其他实施例中，也可包括步骤4，将步骤3制得的混合液采用0.5μm的滤芯压力过滤。
所制得的复合硼铝扩散源，按质量份数由正硅酸乙酯20份，乙二醇甲醚56份，九水硝酸铝1-7份，乙醇35份，水5份，氧化硼11份混合而成。测得产品粘度可满足涂布要求，及硼铝含量满足掺杂加工的要求。
将制得的复合硼铝扩散源用于半导体掺杂加工的方法，包括以下步骤：1，将上述制得的复合硼铝扩散源采用匀胶机均匀涂布于硅片表面，涂布厚度可根据扩散过程中所需的硼铝的含量来调整；2，通过电热板对硅片预烘加热使得涂布的复合硼铝扩散源形成固化的膜层；3，将预热后的硅片堆放置石英舟中放入扩散炉中，进行热扩散；4，出炉即完成掺杂加工。步骤1中，复合硼铝扩散源采用匀胶机涂布。
上述两实施例中的复合硼铝扩散源及其制备方法和半导体掺杂加工的方法可以通过控制膜厚及复合硼铝扩散源中硼与铝的含量来实现硼和铝掺杂浓度的精确控制，能够一次性实现硼和铝掺杂扩散，扩散过程中不需要离子注入机的参与，减少了该设备的资金投入，且操作简单，整个扩散工艺都在扩散炉中一次完成，不需二次退火，且可以满足大结深产品的加工需求，提高了生产效率，且这种复合硼铝扩散源，保存期长，无需低温保存。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种复合硼铝扩散源，其特征在于，按质量份数由正硅酸乙酯15-20份，乙二醇甲醚30-56份，九水硝酸铝1-7份，乙醇25-35份，水2-5份，氧化硼2-11份混合而成。
2.一种复合硼铝扩散源的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1，按质量份数将正硅酸乙酯15-20份与乙醇25-35份均匀混合加热至60-65℃；2，按质量份数加入乙二醇甲醚30-56份，搅拌均匀；3，按质量份数依次加入九水硝酸铝1-7份与氧化硼2-11份，搅拌2-3h，将至室温即得。
3.如权利要求5所述的一种复合硼铝扩散源的制备方法，其特征在于，还包括步骤4，将步骤3制得的混合液采用0.5μm的滤芯压力过滤。
4.一种复合硼铝扩散源用于半导体掺杂加工的方法，其特征在于，包括以下步骤：1，将复合硼铝扩散源均匀涂布于硅片表面，所述复合硼铝扩散源按质量份数由正硅酸乙酯15-20份，乙二醇甲醚30-56份，九水硝酸铝1-7份，乙醇25-35份，水2-5份，氧化硼2-11份混合而成；2，对硅片预烘加热使得复合硼铝扩散源形成固化的膜层；3，将硅片移动至扩散炉中进行热扩散。
5.如权利要求7所述的一种复合硼铝扩散源用于半导体掺杂加工的方法，其特征在于，步骤1中，复合硼铝扩散源采用匀胶机涂布。
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- 2021-11-23 CN CN202111397121.0A patent/CN114121623A/zh active Pending
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