CZ308558B6 - Koloidní difuzní zdroj fosforu pro přípravu dotovaného křemíku - Google Patents
Koloidní difuzní zdroj fosforu pro přípravu dotovaného křemíku Download PDFInfo
- Publication number
- CZ308558B6 CZ308558B6 CZ2018-721A CZ2018721A CZ308558B6 CZ 308558 B6 CZ308558 B6 CZ 308558B6 CZ 2018721 A CZ2018721 A CZ 2018721A CZ 308558 B6 CZ308558 B6 CZ 308558B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- phosphorus
- colloidal
- solution
- prepared
- phosphoric acid
- Prior art date
Links
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 29
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 25
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 title claims abstract description 25
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 23
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 title claims abstract description 15
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 18
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- XHXFXVLFKHQFAL-UHFFFAOYSA-N phosphoryl trichloride Chemical compound ClP(Cl)(Cl)=O XHXFXVLFKHQFAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- WVLBCYQITXONBZ-UHFFFAOYSA-N trimethyl phosphate Chemical compound COP(=O)(OC)OC WVLBCYQITXONBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- DQWPFSLDHJDLRL-UHFFFAOYSA-N triethyl phosphate Chemical compound CCOP(=O)(OCC)OCC DQWPFSLDHJDLRL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 4
- -1 phosphorus compound Chemical class 0.000 claims abstract description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 3
- 238000000137 annealing Methods 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 27
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 3
- 150000003018 phosphorus compounds Chemical class 0.000 description 3
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- YWEUIGNSBFLMFL-UHFFFAOYSA-N diphosphonate Chemical compound O=P(=O)OP(=O)=O YWEUIGNSBFLMFL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- DLYUQMMRRRQYAE-UHFFFAOYSA-N phosphorus pentoxide Inorganic materials O1P(O2)(=O)OP3(=O)OP1(=O)OP2(=O)O3 DLYUQMMRRRQYAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J13/00—Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
Abstract
Koloidní difuzní zdroj fosforu pro přípravu dotovaného křemíku zahrnuje způsob přípravy koloidních difuzních zdrojů a jejich využití při přípravě křemíkových polovodičů typu N nebo polovodičového přechodu PN. Koloidní difuzní zdroje fosforu jsou připraveny způsobem, kdy se sloučenina fosforu, kterou je trimethylester kyseliny fosforečné, triethylester kyseliny fosforečné nebo trichlorid fosforylu, rozpustí ve vznikajícím roztoku připraveném smícháním ethanolu a vody. Roztok se zahřívá při atmosférickém tlaku za vzniku koloidního roztoku, který se nechá vychladnou na laboratorní teplotu. Připravené koloidní difuzní zdroje nahrazují pravé roztoky v technologii křemíkových polovodičů typu N nebo polovodičového přechodu PN. Technologie zahrnuje nanesení na křemíkový substrát a žíhání.
Description
Koloidní difuzní zdroj fosforu pro přípravu dotovaného křemíku
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu přípravy a využití koloidních difůzních zdrojů fosforu k přípravě křemíkových polovodičů typu N nebo polovodičového přechodu PN.
Dosavadní stav techniky
Základem polovodičových součástek je PN přechod, který se připravuje dotací vybraných chemických prvků, především fosforu a bóru, do křemíkového substrátu. V současné průmyslové výrobě polovodičových součástek se k výrobě přechodu typu N využívá především difúze fosforu z tenkých vrstev, difúze z plynné fáze nebo iontová implantace [Chang, Sze 2000; Sze 1997],
Tenké vrstvy jsou jako difuzní zdroj fosforu preferovány pro nízkou technologickou náročnost. Při této metodě je na křemíkový substrát nanesen tzv. „pravý“ roztok připravený rozpuštěním oxidu fosforečného nebo kyseliny fosforečné. Po odpaření rozpouštědla vznikne na křemíkovém substrátu tenká vrstva obsahující fosfor. Křemíkový substrát s připravenou vrstvou je tepelně zpracován v rozsahu teplot 80 až 1300 °C. V průběhu tepelného zpracování dojde k difúzi fosforu z tenké vrstvy do křemíkového substrátu a vzniká tak křemíkový polovodič typu N. Po tepelném zpracování je nezreagovaný zbytek tenké vrstvy odleptán v roztocích kyseliny fluorovodíkové.
Uvedeným postupem lze připravit křemíkové polovodiče typu N dopované fosforem, degenerované křemíkové polovodiče typu N dopované fosforem nebo, při použití dotovaného křemíkového substrátu typu P, polovodičový přechod PN. Nevýhodou pravých roztoků je jejich nízká viskozita, která zabraňuje přípravě tlustších vrstev a omezuje tak maximální množství difundovaného fosforu, a nízká tenze par rozpouštědla, která má negativní vliv na homogenitu vrstev v důsledku nerovnoměrného odpařování v průběhu nanášení roztoků na křemíkový substrát. Zvýšení užitných vlastností vrstev (např. tloušťka koncentrace dopantu) lze náhradou pravých roztoků za koloidní roztoky. V porovnání s pravými roztoky vykazují koloidní roztoky vyšší viskozitu v důsledku fyzikálně-chemických interakcí mezi koloidními částicemi dispergovanými v rozpouštědle a po nanesení na křemíkový substrát dochází ke vzniku gelové vrstvy, která brání rychlému odpařování rozpouštědla a umožňuje zvýšit tloušťku nanesené vrstvy, čímž dojde k navýšení maximální množství difundovaného fosforu do křemíkového substrátu.
Uiteratura:
[Chang, Sze 2000] C. Y Chang and M. S. Sze, “UUSI Devices.” in. Wiley, 2000.
[Sze 1997] M. S. Sze, “Modem Semiconductor Device Physics.” in. Wiley-Interscience, 1997.
Podstata vynálezu
Podstatou vynálezu je náhrada pravých roztoků sloučenin fosforu za koloidní roztoky připravené způsobem, kdy se sloučenina fosforu, kterou je trimethylester kyseliny fosforečné, triethylester kyseliny fosforečné nebo trichlorid fosforylu, rozpustí ve vznikajícím roztoku připraveném smícháním ethanolu a vody. Koncentrace fosforu v roztoku činí 2,1 mold1 a molámí poměr fosforu k vodě je 3:1. Roztok se zahřívá při atmosférickém tlaku za vzniku koloidního roztoku, který se nechá vychladnout na laboratorní teplotu. Teplota při zahřívání je mezi 40 a 90 °C a čas zahřívání je mezi 30 minutami a 1 hodinou.
Důsledkem toho, že se sloučeniny fosforu rozpustí ve vznikajícím roztoku připraveném smícháním ethanolu a vody, který se zahřívá, dochází ke vzniku koloidních roztoků, které jsou naneseny na křemíkový substrát a dále zpracovány obdobně jako pravé roztoky sloučenin fosforu pro přípravu křemíkových polovodičů typu N nebo polovodičového přechodu PN.
Objasnění výkresu
Na obr. 1 je znázorněný blokový diagram shrnující přípravu koloidních difůzních zdrojů fosforu a jejich využití k přípravě křemíkových polovodičů typu N. Postup přípravy koloidních difůzních zdrojů fosforu je znázorněn v diagramu v části A. Prekurzory fosforu 1 jsou rozpuštěny s rozpouštědlem 2 a vzniklý roztok je zahříván pod refluxem k bodu varu 3. Připravený koloidní roztok je využit k přípravě křemíkových polovodičů typu N nebo polovodičového přechodu PN jak je uvedeno v diagramu v části B. Připravený koloidní roztok je nanesen na křemíkový substrát za vzniku tenké gelové vrstvy 4. Substráty s nanesenou gelovou vrstvou jsou tepelně zpracovány v ochranné atmosféře 5. Po vychladnutí je nezreagovaná vrstva omyta vodným roztokem kyseliny fluorovodíkové 6.
Příklady uskutečnění vynálezu
Příklad 1
Provedení podle vynálezu uskutečněného na vzorcích triethylesteru kyseliny fosforečné (TEP) o čistotě 99,8 % (CAS 78-40-0, dodavatel Sigma-Aldrich), trimethylesteru kyseliny fosforečné o čistotě 99,8 % (CAS 512-56-1, dodavatel Sigma-Aldrich) nebo trichloridu fosforylu o čistotě 99 % (CAS 10025-87-3, dodavatel Sigma-Aldrich). Pro typickou přípravu koloidních roztoků bylo 17 ml TEP (1) rozpuštěno v 30 ml azeotropické směsi ethanolu s vodou (96 % obj. etanolu, Sigma-Aldrich). Připravený roztok byl zahříván pod refluxem k bodu varu po dobu 60 minut 3. Poté byl připravený roztok odstaven při laboratorní teplotě do vychladnutí.
Připravený koloidní roztok fosforu byl nanesen metodou spin-coating při otáčkách 5000 min1 na křemíkové substráty za vzniku tenké gelové vrstvy 4. Substráty s nanesenou gelovou vrstvou byly tepelně zpracovány v ochranné dusíkové atmosféře při teplotě 1250 °C po dobu 3 hodin 5. Po vychladnutí byly substráty omyty kyselinou fluorovodíkovou 6 a čtyřbodovou metodou byl změřen povrchový odpor. Na každém dopovaném substrátu bylo měření realizováno v pěti pozicích. Minimální hodnota odporu činila 0,8 ohm. Na referenční sadě vzorků připravených obdobným postupem z 2 molámího roztoku oxidu fosforečného v etanolu bylo dosaženo hodnoty odporu 0,14 ohm.
Stejný postup a obdobné výsledky byly dosaženy pro trimethylesteru kyseliny fosforečné a trichlorid fosforylu.
Průmyslová využitelnost
Koloidní difůzní zdroje fosforu nahrazují pravé roztoky v technologii křemíkových polovodičů typu N nebo polovodičového přechodu PN. V porovnání s pravými roztoky umožňují koloidní roztoky přípravu dopovaného křemíku o homogennější distribuci dopantů, která je nezbytná pro přípravu součástek s vyšší integrací nebo pro přípravu výkonových polovodičových zdrojů.
Claims (2)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Způsob přípravy koloidních difuzních zdrojů fosforu, vyznačující se tím, že zahrnuje následující kroky:a) sloučenina fosforu, kterou je trimethylester kyseliny fosforečné, triethylester kyseliny fosforečné nebo trichlorid fosforylu, se rozpustí ve vznikajícím roztoku připraveném smícháním ethanolu a vody, přičemž koncentrace fosforu v roztoku činí 2,1 mol.T1 amolámí poměr fosforu k vodě je 3:1, ab) roztok z kroku a) se zahřívá při atmosférickém tlaku za vzniku koloidního roztoku, který se nechá vychladnout na laboratorní teplotu, přičemž teplota při zahřívání je mezi 40 a 90 °C a čas zahřívání je mezi 30 minutami a 1 hodinou.
- 2. Použití koloidních difuzních zdrojů fosforu připravených způsobem podle nároku 1 při přípravě tenkých vrstev určených k difúzi fosforu do křemíkového substrátu v technologii křemíkových polovodičů typu N nebo polovodičového přechodu PN.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2018-721A CZ308558B6 (cs) | 2018-12-20 | 2018-12-20 | Koloidní difuzní zdroj fosforu pro přípravu dotovaného křemíku |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2018-721A CZ308558B6 (cs) | 2018-12-20 | 2018-12-20 | Koloidní difuzní zdroj fosforu pro přípravu dotovaného křemíku |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2018721A3 CZ2018721A3 (cs) | 2020-07-01 |
| CZ308558B6 true CZ308558B6 (cs) | 2020-11-25 |
Family
ID=71132464
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2018-721A CZ308558B6 (cs) | 2018-12-20 | 2018-12-20 | Koloidní difuzní zdroj fosforu pro přípravu dotovaného křemíku |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ308558B6 (cs) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3354005A (en) * | 1965-10-23 | 1967-11-21 | Western Electric Co | Methods of applying doping compositions to base materials |
| US8053867B2 (en) * | 2008-08-20 | 2011-11-08 | Honeywell International Inc. | Phosphorous-comprising dopants and methods for forming phosphorous-doped regions in semiconductor substrates using phosphorous-comprising dopants |
| CZ32924U1 (cs) * | 2018-12-20 | 2019-06-10 | Ăšstav fotoniky a elektroniky AV ÄŚR, v. v. i. | Koloidní difuzní zdroj fosforu pro přípravu dotovaného křemíku typu N |
-
2018
- 2018-12-20 CZ CZ2018-721A patent/CZ308558B6/cs unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3354005A (en) * | 1965-10-23 | 1967-11-21 | Western Electric Co | Methods of applying doping compositions to base materials |
| US8053867B2 (en) * | 2008-08-20 | 2011-11-08 | Honeywell International Inc. | Phosphorous-comprising dopants and methods for forming phosphorous-doped regions in semiconductor substrates using phosphorous-comprising dopants |
| CZ32924U1 (cs) * | 2018-12-20 | 2019-06-10 | Ăšstav fotoniky a elektroniky AV ÄŚR, v. v. i. | Koloidní difuzní zdroj fosforu pro přípravu dotovaného křemíku typu N |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2018721A3 (cs) | 2020-07-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI539493B (zh) | 用於摻雜具有分子單層之矽基材之方法及組合物 | |
| JP6348801B2 (ja) | ドーパント含有ポリマーフィルムを介する、基板のドーピング | |
| CN114038741A (zh) | 一种复合磷扩散源及其制备方法和半导体掺杂加工的方法 | |
| JP6533443B2 (ja) | 半導体基板の製造方法 | |
| CZ308558B6 (cs) | Koloidní difuzní zdroj fosforu pro přípravu dotovaného křemíku | |
| JP2002075894A (ja) | 液状不純物源材料及びこれを使用した半導体装置の製造方法 | |
| Kalkofen et al. | Application of atomic layer deposited dopant sources for ultra‐shallow doping of silicon | |
| KR102436076B1 (ko) | 반도체 기판의 제조 방법 | |
| Kalkofen et al. | P-type doping of silicon suitable for structures with high aspect ratios by using a dopant source of boron oxide grown by atomic layer deposition | |
| JP2005123431A (ja) | 液状不純物源材料及びこれを使用した半導体装置の製造方法 | |
| CZ32924U1 (cs) | Koloidní difuzní zdroj fosforu pro přípravu dotovaného křemíku typu N | |
| KR20160118970A (ko) | 반도체 기판의 제조 방법 | |
| US9831086B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor substrate | |
| US11120993B2 (en) | Diffusing agent composition and method of manufacturing semiconductor substrate | |
| JPS6227727B2 (cs) | ||
| CZ33261U1 (cs) | Koloidní difuzní zdroj bóru pro přípravu dotovaného křemíku typu P | |
| TW202027291A (zh) | p型雜質擴散組成物與其製造方法、使用所述p型雜質擴散組成物的半導體元件的製造方法及太陽電池 | |
| KR20160125300A (ko) | 확산제 조성물 | |
| JP2017168523A (ja) | エピタキシャルウェーハの製造方法 | |
| CZ34311U1 (cs) | Hydrofobní koloidní difuzní zdroj fosforu pro přípravu dotovaného křemíku typu N | |
| CN114420550A (zh) | 一种复合锑扩散源制备方法和半导体掺杂加工的方法 | |
| KR20110038344A (ko) | 고안정성 ｐ형 산화아연 박막 및 그 제조방법 | |
| JP2018056204A (ja) | 拡散剤組成物の塗布方法 | |
| JP2017212393A (ja) | ケイ素酸化物薄膜の除去方法 | |
| TWI509662B (zh) | 提升ｐ型氧化鋅薄膜電洞濃度的方法 |