專利名稱：一種用于銻乳膠源埋層擴散的專用設備及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于銻乳膠源埋層擴散的專用設備及方法。
背景技術：
埋層擴散(BLN+)是雙極型集成電路和雙極性工藝為基礎的BiCMOS集成電路制造中必不可少的工藝之一，它是為了解決集成電路中晶體管集電極引線(連線)必須走向表面，造成集電區(qū)串聯(lián)電阻增大、晶體管飽和壓降增大等矛盾而引入的，在襯底外延之前，必須先形成低阻的N +型薄層的工藝即埋層擴散，以降低集電區(qū)串聯(lián)電阻，以及減小寄生pnp晶體管的影響，(見圖1所示)。但現(xiàn)有常規(guī)埋層擴散存在如下問題:有的工藝復雜、有的對后續(xù)工藝影響大要求嚴格工藝兼容性差、有的造成晶體管飽和壓降偏大且不易控制等等問題。因此有必要對此進行改進。

發(fā)明內容
本發(fā)明的任務是提供一種銻乳膠源埋層擴散方法，用銻作為雜質源的乳膠源熱擴散方法制備埋層擴散層，為此，同時相應提供與之對應的專用設備一用于銻乳膠源埋層擴散的專用設備。本發(fā)明的任務是由如下技術方案來實現(xiàn)的:
一、用于銻乳膠源埋層擴散的專用設備，所述的專用設備設有擴散高溫爐、石英擴散管、排氣口、進氣口、均流石英裝置；石英擴散管設置在擴散高溫爐中，石英擴散管的前部設有進氣口，進氣口與均流石英裝置相連，石英擴散管的后部設排氣口，擴散高溫爐分為為三區(qū)，爐外設有三區(qū)溫控裝置。根據(jù)上述的專用設備進行銻乳膠源埋層擴散的方法，所述的銻乳膠源埋層擴散方法采用市售光譜純共聚型銻乳膠雜質源-高純乳膠一烷氧基硅烷的水解聚合物、無水乙醇及三氧化二銻混合體，在電阻率8-10 Ω.cm、厚35 μ m的4英寸P型單晶硅園晶片采用常規(guī)的旋涂固態(tài)源熱擴散工藝；滴膠后甩膠涂布在甩膠機上旋轉40秒，轉速在2500-5000轉/分中選擇；
所述的銻乳膠源埋層擴散的方法包括如下步驟:涂膠后石英舟裝片放入石英管爐口通N2預烘30分，爐溫調節(jié)在350 °C，預烘后用3分鐘慢慢推進爐中恒溫區(qū)，同時以垂直流方式通N2:02=8.8:1.8兩小時，然后以5°C /分速率升溫達到所需恒溫溫度1250°C，恒溫7小時，然后以5°C /分速率降溫到350 °C再用3分鐘推出石英舟；把硅園片放在10:1的HF溶液漂洗即可完成埋層擴散，其埋層薄層電阻穩(wěn)定在15-20Ω/ □，結深> 15μπι，其薄層電阻相對偏差< 4.5%，同爐片間的相對偏差< 5%，不同批間之間相對偏差< 10%。與現(xiàn)有技術比較，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點:
1、可適用所有的熱擴散方法制備η+埋層擴散層。2、本發(fā)明工藝上容易操作，裝片量大，高產(chǎn)量，生產(chǎn)效率高，成本低。3、埋層擴散均勻，薄層電阻相對偏差小，重復性好，也可適用于雙極性工藝為基礎的BiCMOS集成電路和其它需要降低集電區(qū)串聯(lián)電阻的含雙極型結構的半導體器件，應用靈活。本發(fā)明有針對性地設計工藝條件并采用獨有的工藝參數(shù)，使之成為可推廣使用的一種雙極型集成電路及其它含有雙極型結構的器件中埋層擴散技術。本發(fā)明經(jīng)固態(tài)熱擴散理論估算和大量工藝試驗設計思路，采用銻乳膠源埋層擴散技術通過擴散理論機理探索結合多次試驗實踐，提出和設計一種先進銻乳膠源埋層擴散工藝技術用于雙極型集成電路中制備埋層擴散層，解決了一般其它熱擴散工藝技術(如箱法銻擴散、銻兩溫區(qū)擴散等)常見的工藝問題，較好解決了其它埋層擴散復雜對后續(xù)工藝影響大，和造成晶體管飽和壓降不易控制，往往偏大等問題，工藝上容易操作、產(chǎn)能大，優(yōu)化了雙極型集成電路埋層擴散技術；保證了在4英寸雙極集成電路制造工藝線上成功應用；本發(fā)明工藝容易操作，產(chǎn)能大，成本低，實現(xiàn)了雙極型集成電路埋層擴散技術優(yōu)化，也可以推廣應用到其它如雙極型分立器件埋層擴散，解決了要求晶體管飽和壓降低而會影響其它參數(shù)以及寄生晶體管等問題，也可以應用在雙極型工藝為主的BiCMOS集成電路生產(chǎn)線上。


圖1為埋層擴散原理示意圖。圖1說明:
圖中11區(qū)一即為埋層擴散區(qū)(Buried Layer區(qū))，
B—基極、C-集電極、E-發(fā)射極，
I—Poly-多晶娃、10—Oxide-氧化膜層、11 —Metal-金屬膜層。圖2為熱擴散系統(tǒng)設備示意圖。圖2說明: 1-擴散高溫爐、2--石英擴散管、3—排氣口、
4-進氣口、5-放上待擴散硅片的石英舟、6-均流石英裝置。
具體實施例方式以下結合附圖的具體實施例對本發(fā)明進一步說明。(但不是對本發(fā)明的限制)。圖1為埋層擴散原理示意圖。圖1中A區(qū)一Buried Layer區(qū)即為埋層擴散區(qū)，它以高摻雜η +埋層區(qū)解決了集成電路中ηρη —管中集電區(qū)η —到表面集電極C低阻通路問題，使晶體管集電區(qū)等效串聯(lián)電阻降低，解決了飽和壓降壓降低而影響晶體管工作電壓及其它電學技術參數(shù)變差的矛盾。如圖2所示，用于銻乳膠源埋層擴散方法的專用設備設有擴散高溫爐1、石英擴散管(熱擴散反應室)2、排氣口 3、進氣口 4、均流石英裝置6。石英擴散管2設置在擴散高溫爐I中，放上待擴散硅片的石英舟5置在石英擴散管2內，石英擴散管2的前部設有進氣口 4，進氣口 4與均流石英裝置6相連，石英擴散管2的后部設排氣口 3，擴散高溫爐I爐分為三區(qū)，爐外設有三區(qū)溫控裝置。用于上述專用設備進行銻乳膠源埋層擴散方法，采用市售光譜純共聚型銻乳膠雜質源(高純乳膠一烷氧基硅烷的水解聚合物、無水乙醇及三氧化二銻混合體)，在4英寸P型單晶硅園晶片-其電阻率8-10 Ω.cm、厚35 μ m，采用常規(guī)的旋涂固態(tài)源熱擴散工藝；滴膠后甩膠涂布在甩膠機上旋轉40秒，轉速在2500-5000轉/分中選擇；本發(fā)明的銻乳膠源埋層擴散方法的工藝包括如下步驟:涂膠后石英舟裝片放入石英管爐口通N2預烘30分，爐溫調節(jié)在350 V，預烘后用3分鐘慢慢推進爐中恒溫區(qū)，同時以垂直流方式通N2:02=8.8:1.8兩小時，然后以5°C /分速率升溫達到所需恒溫溫度(如1250°C)，恒溫7小時，然后以5°C /分速率降溫到350 °C再用3分鐘推出石英舟；把硅園片放在10:1的HF溶液漂洗即可完成埋層擴散，其埋層薄層電阻穩(wěn)定在15-20 Ω/ □，結深^ 15 μ m,其薄層電阻相對偏差< 4.5%,同爐片間的相對偏差< 5%,不同批間之間相對偏差< 10%。滿足量產(chǎn)工藝線產(chǎn)品對工藝偏差和重復性的要求。
本發(fā)明采用工藝線上通常使用的熱擴散方法制備低阻埋層，涂膠轉速轉速在2500-5000轉/分、擴散條件(擴散最佳溫度1250°C、恒溫時間7小時、升降溫速度5 V /分)、保護氣氛(擴散氣氛)配比N2:02=8.8:1.8。銻是用于埋層擴散的N型雜質源，與其它雜質源(如劇毒的砷、磷)相比，具有較低擴散系數(shù)、較低的蒸氣壓和毒性小，因此后續(xù)的熱處理工藝過程中外擴散較小、橫向擴散較小有利于集成度的提高，也有利于薄外延和低阻外延，便于制作高速集成電路。乳膠源熱擴散與氧化物源熱擴散和箱式擴散相比的優(yōu)點是:僅需一次高溫過程(氧化物源熱擴散需要兩步熱擴散、箱式熱擴散需雙溫區(qū))工藝簡單、高溫時間短、設備簡單、離子沾污少、晶格完整性好以及適用于在非硅襯底的器件表進行各種雜質的擴散等。實施例
擴散高溫爐I爐為三區(qū)控溫，精度為±0.5°C。熱擴散工藝目的是經(jīng)高溫熱處理達到預定的雜質濃度分布，其表征為可直接測量的薄層電阻和結深，對一定的擴散方法為了得到所需的薄層電阻和結深，主要決定于擴散工藝條件:擴散溫度、時間和保護氣氛及流量。經(jīng)理論估算和大量工藝試驗確定工藝條件后，在批量生產(chǎn)中加以嚴格控制執(zhí)行。
本發(fā)明可使用市售光譜純共聚型銻乳膠雜質源(高純乳膠、無水乙醇及三氧化二銻混合體)，在4英寸P 型單晶硅園晶片(電阻率8-10 Ω.cm、厚35 μ m)采用常規(guī)的旋涂固態(tài)源熱擴散工藝；滴膠后甩膠涂布在甩膠機上旋轉40秒，轉速在2500-5000轉/分中選擇；本發(fā)明的工藝包括如下步驟:
涂膠后石英舟裝片放入石英管爐口通N2預烘30分，爐溫調節(jié)在350 V，預烘后用3分鐘慢慢推進爐中恒溫區(qū)，同時以垂直流方式通N2:02=8.8:1.8兩小時，然后以5°C /分速率升溫達到所需恒溫溫度(如1250°C)，恒溫7小時，然后以5°C /分速率降溫到350 1:再用3分鐘推出石英舟；把硅園片放在10:1的HF溶液漂洗即可完成埋層擴散，其埋層薄層電阻穩(wěn)定在15-20 Ω / □,結深彡15 μ m,其薄層電阻相對偏差< 4.5% ,同爐片間的相對偏差<5%，不同批間之間相對偏差< 10%。滿足量產(chǎn)工藝線產(chǎn)品對工藝偏差和重復性的要求。
恒溫時，以垂直流方式通N2:02=8.8:1.8氣氛，為了改善氣流均勻性在石英管進氣端加上均流石英裝置板避免氣流噴射，能均勻地進入擴散區(qū)，此外，例行地在石英舟兩頭放幾片假片(即不做正片的可多次使用的硅園片)。氣流流量參照Re= (D — μ P)/w彡15估算，式中:Re為雷諾系數(shù)；D為石英管直徑；μ為氣體流平均流速；P為氣體密度；w為氣體粘滯系數(shù)。本發(fā)明己實現(xiàn)在雙極型集成電路工藝線上穩(wěn)定運用。典型的試驗數(shù)據(jù)如下:電阻率為8-10 Ω.cm的晶面的P型單晶硅園晶片，在甩膠機上用5000轉/分轉速涂膠，在T=1250°C，N2:02=8.8:1.8氣氛中恒溫t=2h，測得平均薄層電阻為18.16 Ω/ □，結深^ 15μπι滿足工藝設計要求和均勻 性好的低阻埋層擴散層，且硅片表面狀況良好。
權利要求
1.一種用于銻乳膠源埋層擴散方法的專用設備，其特征在于，所述的專用設備設有擴散高溫爐、石英擴散管、排氣口、進氣口、均流石英裝置；石英擴散管設置在擴散高溫爐中，石英擴散管的前部設有進氣口，進氣口與均流石英裝置相連，石英擴散管的后部設排氣口，擴散高溫爐分為為三區(qū)，爐外設有三區(qū)溫控裝置。
2.根據(jù)權利要求1所述的專用設備進行銻乳膠源埋層擴散的方法，其特征在于，所述的銻乳膠源埋層擴散方法采用市售光譜純共聚型銻乳膠雜質源-高純乳膠一烷氧基硅烷的水解聚合物、無水乙醇及三氧化二銻混合體，在電阻率8-10 Ω.cm、厚35 μ m的4英寸P型單晶硅園晶片采用常規(guī)的旋涂固態(tài)源熱擴散工藝；滴膠后甩膠涂布在甩膠機上旋轉40秒，轉速在2500-5000轉/分中選擇； 所述的銻乳膠源埋層擴散的方法包括如下步驟:涂膠后石英舟裝片放入石英管爐口通N2預烘30分，爐溫調節(jié)在350 °C，預烘后用3分鐘慢慢推進爐中恒溫區(qū)，同時以垂直流方式通N2:02=8.8:1.8兩小時，然后以5°C /分速率升溫達到所需恒溫溫度1250°C，恒溫7小時，然后以5°C /分速率降溫到350 °C再用3分鐘推出石英舟；把硅園片放在10:1的HF溶液漂洗即可完成埋層擴散，其埋層薄層電阻穩(wěn)定在15-20Ω/ □，結深> 15μπι，其薄層電阻相對偏差< 4.5%，同爐片間的相對偏差< 5%，不同批間之間相對偏差< 10%。
3.根據(jù)權利要求2所述的專用設備進行銻乳膠源埋層擴散的方法，其特征在于，所述的銻乳膠源埋層擴散的方法，在石英舟兩頭放幾片假片；氣流流量參照Re = (D — μ P )/w < 15估算，式中:Re為雷諾系數(shù)，D為石英管直徑，μ為氣體流平均流速，P為氣體密度，w為氣體粘滯系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于銻乳膠源埋層擴散的專用設備及方法。所述的專用設備,石英擴散管設置在擴散高溫爐中,石英擴散管的前部設有進氣口,進氣口與均流石英裝置相連,石英擴散管的后部設排氣口,擴散高溫爐分為為三區(qū),爐外設有三區(qū)溫控裝置;所述的銻乳膠源埋層擴散方法本發(fā)明采用工藝線上通常使用的熱擴散方法制備低阻埋層，涂膠轉速轉速在2500-5000轉/分、擴散條件(擴散最佳溫度1250℃、恒溫時間7小時、升降溫速度5℃/分)、保護氣氛(擴散氣氛)配比N2O2=8.81.8。本發(fā)明實現(xiàn)了雙極型集成電路埋層擴散技術優(yōu)化，也可以推廣應用到其它如雙極型分立器件埋層擴散，也可以應用在雙極型工藝為主的BiCMOS集成電路生產(chǎn)線上。
文檔編號H01L21/228GK103199009SQ20131015816
公開日2013年7月10日 申請日期2013年5月2日 優(yōu)先權日2013年5月2日
發(fā)明者黃福仁, 黃賽琴, 林吉申, 林志雄, 陳輪興, 楊忠武 申請人:福建省安特半導體有限公司