SK47093A3 - Process for achieving controlled precipitation profiles in silicon wafers - Google Patents

Description

- 1 - 'ľooeob spracovania kremíkových platov činov n s dosiahnutie regulovaných profilov hustoty orecioitácií ^blasl techniky /nyález sa týka spôsobu výroby polovodičových substrátov všeobecne, najma tzv. kremíkov’'ch plátov pre čipy, ktorá sa používajú pri vJrcbe elektronických súčiastok. nredov-Setfcým sa vynález týka soosobu snracovania kremíkových plátov za podmienok, ktorá sa hodia najreruláciu koncentrácie a distribučného profilu retrovar.ia alebo vnútorných pascových miest.

PoterajSÍ stav techniky ľonokryStalick.ý kremík, ktor'* .je, ako je známe východiskovou látkou pre v ä1; Sinú postupov nri výrobe polovodičových elektronických súčiastok, sr obvykle vyrába tzv. ^zochralská-ho poatUDOn., pri ktorom ea o kovací monokryStel ponorí do roztaveného kremíka a potom s% nechá rást nri pomalom odla-hovani. iŕe3že je roztavený kremík obsiahnutý v kremennom t trilku, dochádza k jeho kontaminácii rôznymi nečistotami, z ktorých je najdôležitejší kyslík, nri teplote kremíkovej taveniny kyslík vstupuje do kryštalickej mriežky tak dlho, kým sa nedosiahne koncentrácia, mtorá je daná rozpustná stou kyslíka v kremíku pri teolote 'remíkovej taveniny e konkrétnym sefrreťrečnýa koeficientom kyslíka v pevnom ''remíku. takéto koncentrácie sú vyčSie ako je rozpuctnosl kyslíka v pevnom kremíku pri teplotách, ktoré ε;1 typické pre spôsob výroby integrovaných obvodov, ý tohto dovodu dochádzs nri raste kryštálu z roztavenej hmoty a jeho chladení k rychlá-2:u poklesu rozoustnosti kyslíka, takže vo výsledných plátoch je kyslík prítomný v presýtenej koncentrácii. Táto presýte- ná koncentrácia soosobu.ie pri následných cykloch tepelného spracovania plátov orecioitáciu kyslí'-'s.

Precipitácia kyslíka môže spôsoboval užitočné, ale aj škodlivé efekty· užitočná efekty sú spojené εο echoonoelou kyslíkových orecioitátov (s "defektov", ktorá sií s nimi spojené) uväzniť nežiaduce kovová nečistoty, ktoré by βε dodatočne mohli dostal do styku s plátom v priebehu následnej výroby elektronických 8Úč.i.aatok a zhoršil vlastnosti týchto súčiastok. Škodlivé *činky vyplývajú zo skutočnosti, že samé tieto precipitáty predstavujú nečistoty, ak sú umiestené v aktívnej oblasti oiátu, kde je naopak pri výrobe, napríklad integrovaných obvodov, nutná vysoká čistota. V oriebrhu rokov bolo navrhnutých vela postupov spracovania kremíkových plátov, ktorými by bolo možné dosiahnul, aby aktívna oblasl, ktorá od pôvrchu plátu zasahuje do hĺbky niekolkých mikrometrov, v po'state neobsahovala vy?šie uvedené defekty, zatial čo aby zvšná hrúbka plátu mala hustotu takýchto defektov dostatočne vysokú na účinné uväznenie nežiadúcich kovových nečistôt.

Takéto postupy sú známe pod označením pascové alebo vnútorné •'etrovacie postupy s oblasl, ktorá neobsrhuje defekty, v blízkosti oovreku plátu býva označovfr.á názvom de-nuôovaná zóna. úlohou tohto vynálezu je vyvinúl spôsob regulácie koncentrácie p&scových centier prítomných v kremíkových plátoch s predovšetkým spôsob zrislovanie profilu hustoty defektov, ktor'r je potrebný pre získanie dobrej denudovanej zóny a dobrého vnútorného pascováho efektu.

Presnejšie sa dá vyjadril, Sc prvý aspekt vynálezu sa týka re/rulácie úrovne precioitéci* kyslíka v kremíkových τ,-átocio a druh^ i,aspekt se týko regulácie orofilu humtoty ky'lítiových orecioitátov tak, ab,y merimu' tohto oroTilu n.ohlo pôsobil ako osscová oblasl, ktoré by bola rozlíšitel-ná a vzdialené od actívnej oblasti súčiastky, '’retí asp-kt vynálezu βε t^ka výroby pléiov 3 regulovanou orecipitáciou, ktoré majú účinnú denudovanl zonu^odpovcdevicu účinnej oblá;, ti súčiastky a vysoko účinní pascovú zónu vo zvy?no~ objeme.

Podstata vynálezu

Vyššie uvedené úlohy sú vyriešená spôsobom spracovania kremíkových plátov určených na výrobu elektronických súčiastok ore inte/rrované obvody, ktorého podstate spočíva v tom, že zahrnuje nasledujúce základné operácie: a/ plát sa podrobí predbežnému tepelnému spracovaniu pri teoi-oU od ?50 do 1 130 T, predovšetkým pri asi 1 l?*' °Cr počas aci 15 minút*, b/ po St&ndartnom chémie ko·.:. koróznom (leotecom) spracovaní sa dvojice plátov, spojených do tesného vzéiomného tep-Iného styku, podrobia rýchlemu tepelnému spracovaniu žíhaním pri teplote v rozmedzí od 1 2^ do 1 ''•’ó 0f> počas niekolkých desiatok sekúnd’, c/ pláty so podrobia Salžiemu predĺženému tepelnému spracovrniu pri teplote v rozmedzí od ory' do 1 P'X? a nakoniec sa d/ pláty vyberú z pece a povrchy, ktoré boli v tesnom vzájomnom styku počas rýchleho spracovania žíhanírí, sa vyleštia, 'ľa spojenie dvoch plátov stačí, ak sa tieto pláty dostanú svojimi povrchmi do raechanieko-teoelného styku. Iní - 4 - metódy teánejíieho spojenia, pri ktorých vznikaj! medzi spojenými povrchmi plátov ató-.ové väzby, nie si nutné, ale môžu sa p oužit*Í

Ako bude lepSie vysvetlené v Salílora popise, dochádza počas rýchleho tepelného skracovania žíhaním nri soosobe podlá vynálezu pri vysokej teplote najprv ku tvorbe nukle-ačných centier, ktoré s! označované názvom prekurzory a z t ichto prekurzorov dodatočne vznikajú klasické efekty. ’ aorick tomu, že doterajší stav techniky zahrnuje publikácie, ktoré uvádzaj! tvorbu týchto prekurzorov, ori postupe podlá vynálezu evietujd, v porovnaní s doterajším stavom techniky, značné rozdiely, “redovSetkým, dobe tvorby týchto prekurzorov je po'stetne kratSia, ako skôr uvádzalo. Po druhá, nre vysokoteplotné spracovanie oodla vvnálezu postačuje teplota len asi 1 0f%. ~o tretie, nie ;e nutné sorreovanie nri po erne nízkej teplote, pri asi 0r>f na vytvorenie vhodného orosila hustoty defektov. *'onečne, pri spojení d\och plátov v ori°b<=hu rýchleho tepelného spracovania žíhaním pri vysokej teplote, dochádza v Každom pláte k dolné nesyretrickému prorilu, ktor'' je charakteristický tý®, ?e no jedj.ej strane plátu je velmi vysoká hus.ote defektov, zatial čo na druhej je hustota defektov velmi nízka. Takéto rozlomenie defektov sa doriehne iba tým, že sa využívajú zaistenia, *e chladenie plátov má dôležitú úlohu pri tvorbe profilu hustoty defektov. ^alČie konkrétne znaky vynálezu a ýh:dy, kto^á vynález prináSa, sú zrejcé z daláieho popisu, v k onom sa používaj! odkazy na pripojené obrázky, Tieto obrázky r rj! ilus-tratívny charakter a rrobmedzuj! r zsah vynálezu. - 5 - '’rehlad obr. ne výkrese ľľa obr. 1 je znázornený nrofil hustoty orecioitátov, ako funkcia hĺbky u /jedného kremíkového plátu zahrievaného ne teplotu blízku 1 oočas dvoch krátkych, ale zretelných časových intervaloch f"' a V> sekúnd. a obr. Γε fi 2b je uvedené Dorovnanie prípadu, pri ktorom se 3:recováva jeden Dlát e orípsdu, ori ktorom ea spracováva dvojica spojených plátov spôsobom podlá tohto vynálezu. ľa obr. " je znázornený profil hustoty orecioitátov, ako funkcia hĺbky jedného z dvoch plátov, k+orý bol v soo-jenej forme podrobený spracovaniu spôsobom oodlc vynálezu. ľred tým, ako sr prejde k podrobnému popisu jednotlivých stupňov spôso'u d:dla vynálezu, povaľuje se za dôležitá osvetlil korene, z ktorých vynález vychádza. Východiskovým bodom pre vynález sc stalo zistenie, ?e k«?3 sa kremíkové oláty oodrobia rýchlemu tepelnému spracovaniu *íhaním pri vysokej teplote, najmä pri teplote v rozmedz' od 1 do 1 T'"'*' °n, v krátkych česov/ch intervaloch, dosiahne sa Dodstrtné zlepSenie orecipitácie kyslíka. ľistilo oa oredo-vSetký;·, *e takáto intenzirikácia postupu je závislá na teplote a neprejaví βε homogenitou vn.ltri Plátu. Bolo ziste-Xié, Že vziiiknú dva koncentračná piky v blízkosti dvoch hlavných povrchov plátov, pričom v centrálnej zóne je oblssl rinima, ktorá .tá podobu ilató. OÔkazo.'. tohto javu je obr. 1, <1e možné lahko ro^ zoznal dva piky v blízkosti dvoch hlavných povrchov plátu ε centrálne ->lató. ^nkiato je zre Ή6 dliéi.osl profilov, v závislvjsti ηε dvojakom rôznom trvaní t.ohto spracovanie (?p s s 7 3 s ). ~ fyzikálneho bludiska bolo -istená, ?e pri tomto rýchlom tepelnom opracovaní ? í h επί r. pri vysoké,i teplote vznikajú tzv. defekty, ktorá posobia ako prekurzcry pri následnej nukleácii a raste kyslíkom ách orrcipitátov. ^alej s u pri práci na vynáleze zistilo, *e tepelná spracovanie pri teplote '.’f"' a* 1 ?r plátov, ktorá u? boli predtý: podrobení rýchlemu tepelnému sprs-ovaniu žíhaní;:., nepodporuje SalSiu nukleáciu a naopak soosobuje rozpustenie určitej časti vyč?i~ uvedených prekurzorov, ktorí vznikli iri vysokej teol;te. fkutočne bolo preukázaná, ?e takáto orekurzory prestavujú určitú nestabilitu, ke3 sú chladené na teplotu ni?Siu, ako je teplota, ori ktorej vznikli. Ako kompenzácia, má spracovanie pri β* 1 0f1 zo následok rast u? poori nad' vzniknutých orecipitačných jadier a celkovú stabilizáciu defektov vytvorených v orie-hs.hu rýchleho tehelného sorecovania čír sním. ^oaečne jo vynález zsločenf na objave, *e neste^ilita prekurzorov, vzniknutých pri vysokej teplote, ir^Se bvt u-vedená do tak blízkeho vzlahu s podmienkami chladenia, Če bola vytvorená hypotéza, ?e teplotný c*radi«nt vo vnúti plátu v priebehu chladenia mo*e mat za následok nerovnoremosl rozpúál&i.ia defektov pri vysokej teplote, ^áto hypotéza, ktorá by oredov8etkúir. o ohlo vysvetlil rozdiel v hodnote pi-kov hustoty, odpovedájúcick dvom rôznym povrchom t ý*, *c sa tu uplatňuje rozdielna hodnota emisivity týchto dvoch povrchov, z ktorých jeden je vyleštený a druhý je hrubú, bola dalej potvrdená expe^i entálnymi prácami, z ktorých ie zrejmé, ?e ak sa tepelná emisivita jedného z povrchov podstatne zní*i e ak sa teda chladenie plátu z tejto strany podstatne spomalí, napríklad tep.-lndu zatienením takéhoto povrchu, dôjde v podstate k eliminácii nika, ktorú zodpovedá tomuto povrchu. b t'η to dôle^itýp pozorov oní a: je soojenv jeden z hla-vn'c/L znakov tohto vynáltzu, ktorý spočíva v orr., ?e sr, pláty nesorecuvávajú jednotlivo, ale vo vzájomnom spojení do dvojíc, v ktorých sd plátky vo *zájemnom dzkom styku a navzájom si poskytuj:! tepelné tienenie. "vojpiková distribúcia profilu defektov pri spracovaní jedniného plátu, ktorá je označená Šípkou v obr. ^e, zostáva zachovaná aj v orí b ad r dvoch spojených plátov (pozri obr. ?b), ale v tomto príklade sa vzlahuje ne dvojicu plátov, tak?e no ich oddelení jude ir.ol Každý plát takv profil hustoty čhfektov, 3e v blízkosti jedného povrchu sa bude nachádzal oik e v blízkosti druhého takTer nulová olstó. A práve tento výsledok je *iaddce do.eiahnul bez toho, aby bolo nutné sa uchylovel k dlhér.u & nemáhavému, zložitému teoelnéTu sprateoviirniu, za ičelom vytvor nie kvalitnej denudovanej zóny, ktorá by bola v .odná ore 3slSiu v/robu inte^rovan'ch obvodov.

Tcfil hustoty kyslíkových oreciDitátov, ako funkcia hĺbky olátu spracovaného vo dvojici s iným plátom, v prípade dvoch teplôt (1 ?0Λ a 1 25C °C), .;p presr.ejSie znázornený ns obr. Ί.

Spôsob podlá vynálezu sr opiera o kombináciu vy?*ie uvedených vzorovaní e jeho podstatou si následné pracovné operácie.

Ti druhej operácii sa pláty, ktoré boli predt'% podrobené Stande rtnému chemickému koróznemu (leptaciemu^ spracovaniu, podrobí? vo dvojiciach, v ktorých jtsM pláty tesný vzájomný kontakt, rýchlemu tepelnému spracovrniu Číhením pri ktorom dostaná tepeln^ pulz v trvaní niekolkých desiatok eekdnd pri teplote l^iacej približne v intervale 1 a? i re3xe hustota vytvorených defektov závisí ako na dobe, tok ej na t,.· plote, βκο je zre imé z obr. 1 s h, zá- visí volba týčilo parametrov od ooíadovanrj hustoty defektov, sto-f'á se má dosishnul. ::a t,'to operáciu nadväzuje čclčie tepelné spracovanie pri teplote v rozmedzí od do 1 130 0/1, ktorá je poprípade rozdelená do dvoch stupňov (tak napríklad prv:' stupeň sa mô~e vykonával pri ?dp °Γ počas 4 hodín a druh* stupeň pri teplote 1 ďľO počas 16 hodír..) nčelom tejto ooerácie je stabilizácia a vyvolenie rastu orecioitačntfch prekurzo-rov, ktorá boli vytvorené v predchádzajúcej operácii o súčasná eliminácia ich neste Ll.aého podielu· 'Ti nasledujúcej operácii sa pláty vyber i z pece c- povrchy, ktorá boli v t"snom vzájomnom styku počas vysokoteplotného rýchleho tepelného spracovania ?íhaním, sa Stan-dartným spôsobom vyleStia. Profil pik - plató, ktorý bol vytvorený v dvoch predchádzajúcich operáciách zaisluje, 2e, uc jednej strane, v blízkosti vylešteného povrchu je velmi níz’ a hustota defektov (olató^ a tým je vytvorená denudova-ná zóna, ktorá sa výborne hodí ore výrobu integrovaných obvodov ε r*a druhej strane, v blízkosti zadného povrchu plátu, Saleko od aktívnej oblasti, ,ir vysoká a dobre regulovaná hustota defektov, ktorá ea výborne .odí pre oo^adovenú funkciu post» na kontaminujúce látky· "Ti spôsobe podlá vynálezu sa 8elej zistilo, ?e podoba profilov orecipitátov je prins menšom ovplyvnená, ak nie je priamo určená, orítomnoslou plynnej atmosféry, predovšetkým dusíkovej atmosféry na plátoch.

Asymetria profilu, ktorá sa dosahuje ztienením lícovej strany kremíkového plátu, je t e d í-, tie? dôsledkom skutočnosti, fe je plát tienený oroti dusíkovej atmosfére. bkrem toho je treba zdôraznil, ?e zatien nie nlátov sa - 9. - r.esueí v v kor. s l ich ί.ΊΟ.ΐ'ηίε *voiíc, '*e8?e rrvnr'c* íMno* s;:, ,ι.jfe .’oci&hr.ul ittUr.er.ía oosorou in-5ho *lens, n-mríttedl krecerxáho plátu. 'TcdpoJclcdá se tie?, ?e i .e aoy&etrlti oro^ilu : ** orlne.f-;.€»S-a priaznivý vplyv, ockift! ta nie ôc vB*?ic z-'visiosl, cl.-cjitá olyr.ová ct.-xsféra, ori5on k lícovej etrerx oiátu prilieha s rrónová u t.i xfáro *: k rub o v r .i strane o": á tu larí-•;pvá atroafárn. f ormk r h. rjodmio obmeň cval z rozen-octento- '.y nález bol hli^Pie uo prednostných cvopho podania. ľe viek zrejmé, *e ne tieto ^onry se vynález r.eobm.ôdzu.ie e xe sa r*.í rôzny;·»' sposo1 off a modifikoval, bez toho aby to iredatevovelo i nik-hu ochrany, orr· ktorý a .i íole*itá íha nrsleduŕýee vá nároky.

Claims (2)

1. ia - p A " 1 r ^ v * ľ λ 7 ' i" T 1. "posob spracovania kremíkových plátov, z© účelom dosiahnutia regulovaného profilu hustoty preeioitáeií vyznačuj d ci sa t | s, ?e zahrnuje nasledujúce operácie; a/ plát 3© podrobí ored.e?námu teodnímu skracovaniu pri teolote od 050 do 1 150 0/,f oredovčetk ha ori asi 1 170 °", počas asi 15 minúty b, po Standartnom chemickom koróznom (leptaciom} skracovaní sa dvojice plátov, spojených do tesného vzájomného tečelného styku, oodrobí rýchlemu tepelnému spracovaniu žíhaním ori teplote v rozmedzí od 1 ?V do 1 °75 ^ počas nie- kolk/ch desiatok sekúnd^ c/ oláty sa podrobia Salčiemu predĺženému teoelnésu spracovaniu pri teolote v rozmedzí od 900 do 1 OCO n a nakoniec 3a d/ pláty vyberá z pece, e povrchy, ktoré Poli v tesnom vzájomnom styku v priebehu r'chleho spracovania žíhaním, ea vylečtia. Sposob spracovania kremíkových plátov podie nároku 1, v y z n a č u j d c i sa t ý m, ž c predbežné tepelné spracovanie st vykonáva pri teplote asi 1 ICO a jeho d-lohou je 3slej znížil hustotu defektov a nestavil ŕmo^énne východiskové oodmienky. 3. .j po so b spracovania kreríkových plátov podie nároku 1, v ;/ z n © č u j d c i sa t ý m, že rýchle tepelné spracovanie žíhaním sa vykonáva tak, že sa dvojice spojených plátov podrobia tepelnému pulzu v trvaní 10 až 4Λ e, 11 - zt·. íčelo::. vytvorenia orckurzorov oreeioitécie. 4· Soosob sprscovanis kremíkových plátov podie nároku 1,vyznačujúci s ε t ý t, ?e ňal^ie oredí*ené •teoeln-ί spracovanie 3ε vykonáva v Jednom alebo dvoch stupňoch. 5· 'Γρδεοί» spracovania kr-ráfková c h plátov podXs nároku i, v y z n ε 5 u J \! c i sa t ý m, ?e ňalíie predĺžené tepelné spracovanie sa vykonáva v dvoch stupňoch, predovšetkým tak, že sa prvý stupeň vykonáva pri 0* počas 4 hodín a druh·1? stupeň Dri teplote 1 nrp °n oočaa 1^ hodín. A ;-’posoh spracovania kremíkových plátov podie nároku 1, vyznačujúci ss t ý m, že tesn'* vzájomný tepelný styk plátov sa dosahuje jednoduchom mechanicko-teoel-ivhn stykom ich povrchov, n* loosob skracovania kremíkových plátov podlá nároku 1, v y z n s δ u j ú c i sa t ý m, *e ss tesný vzájomný tepelný styk u dvojice plátov dosiahne metódami tesného spojenia, pri ktorých vznikajú medzi spojený. L povrchmi väzby (lepenie olátov). 8. 3oosob spracovania kremíkových plátov, za íčelom dosiahnutia regulovaného profilu hustoty nrecioitácií vyznačujúci sa t ý m, #e zahrnuje nasledujúce operácie: n/ plát sa podrobí predbežnému tepelnému spracovaniu pri teplote od 050 do 1 lčh °>, počas asi 15 minút; b/ po étandtrtnom cheiricvom koróznom sbacovaní sp olá-ty so zatienenou lícovou strenou v inertnej plynnej atmoc- 1? - fáre podrobíš. rýchlemu teoslnéru spracovaniu *íh&nís ori teplote v rozmedzí o ľ 1 r*''' dj 1 ?7r °r počas r.iekolkfch desiatok sekind.; c/ pláty 3r podrobia äelficiu predí*cn4inu troelnému spracovaniu pri teplote v roza.edoC o3 do 1 "T'' 0" a nakoniec so d/ pláty vyberá z oece o povrchy, ktor6 boli zatienená v priebehu rýchleho spracovanie híkaním, so vyleštia. b. ^posob spracovania kremíkových plátov podie nároku P, v v z n e δ u j ú c i n a t ŕ n, *e inertné atmon^ára je atmosféra dusíka. I", Toosob spracovania kremíkových plátov oodla nároku P alebo Λ, v y z n a č u j d c i sa t ý a, sa tiene nie vykonáva pomocou drlSieho kremíkového nlátu.
2. 11. Ppooob spracovania kremíkov'rch plátov oodle nároku ?, ©lebo 9, v y z n a δ u j ú c i sa t f n, *e sa tiene nie vykonáva pomocou krenennáho plátu. 12. foooob sorecovania kremíkov-'-cb olátov oodla nároku ? ©lebo 9, v y z n s δ u j i c i sa t f i, ?e ss tiene nie jednej strany plátu proti ’usíkovej atmosfére vykonáva aplikáciou arzénovej atmosféry na t*to stranu plátu.