专利名称：一种用于锑乳胶源埋层扩散的专用设备及方法
技术领域：
本发明涉及一种用于锑乳胶源埋层扩散的专用设备及方法。
背景技术：
埋层扩散(BLN+)是双极型集成电路和双极性工艺为基础的BiCMOS集成电路制造中必不可少的工艺之一，它是为了解决集成电路中晶体管集电极引线(连线)必须走向表面，造成集电区串联电阻增大、晶体管饱和压降增大等矛盾而引入的，在衬底外延之前，必须先形成低阻的N +型薄层的工艺即埋层扩散，以降低集电区串联电阻，以及减小寄生pnp晶体管的影响，(见图1所示)。但现有常规埋层扩散存在如下问题:有的工艺复杂、有的对后续工艺影响大要求严格工艺兼容性差、有的造成晶体管饱和压降偏大且不易控制等等问题。因此有必要对此进行改进。
发明内容
本发明的任务是提供一种锑乳胶源埋层扩散方法，用锑作为杂质源的乳胶源热扩散方法制备埋层扩散层，为此，同时相应提供与之对应的专用设备一用于锑乳胶源埋层扩散的专用设备。本发明的任务是由如下技术方案来实现的:
一、用于锑乳胶源埋层扩散的专用设备，所述的专用设备设有扩散高温炉、石英扩散管、排气口、进气口、均流石英装置；石英扩散管设置在扩散高温炉中，石英扩散管的前部设有进气口，进气口与均流石英装置相连，石英扩散管的后部设排气口，扩散高温炉分为为三区，炉外设有三区温控装置。根据上述的专用设备进行锑乳胶源埋层扩散的方法，所述的锑乳胶源埋层扩散方法采用市售光谱纯共聚型锑乳胶杂质源-高纯乳胶一烷氧基硅烷的水解聚合物、无水乙醇及三氧化二锑混合体，在电阻率8-10 Ω.cm、厚35 μ m的4英寸P型单晶硅园晶片采用常规的旋涂固态源热扩散工艺；滴胶后甩胶涂布在甩胶机上旋转40秒，转速在2500-5000转/分中选择；
所述的锑乳胶源埋层扩散的方法包括如下步骤:涂胶后石英舟装片放入石英管炉口通N2预烘30分，炉温调节在350 °C，预烘后用3分钟慢慢推进炉中恒温区，同时以垂直流方式通N2:02=8.8:1.8两小时，然后以5°C /分速率升温达到所需恒温温度1250°C，恒温7小时，然后以5°C /分速率降温到350 °C再用3分钟推出石英舟；把硅园片放在10:1的HF溶液漂洗即可完成埋层扩散，其埋层薄层电阻稳定在15-20Ω/ □，结深> 15μπι，其薄层电阻相对偏差< 4.5%，同炉片间的相对偏差< 5%，不同批间之间相对偏差< 10%。与现有技术比较，本发明具有如下的优点:
1、可适用所有的热扩散方法制备η+埋层扩散层。2、本发明工艺上容易操作，装片量大，高产量，生产效率高，成本低。3、埋层扩散均匀，薄层电阻相对偏差小，重复性好，也可适用于双极性工艺为基础的BiCMOS集成电路和其它需要降低集电区串联电阻的含双极型结构的半导体器件，应用灵活。本发明有针对性地设计工艺条件并采用独有的工艺参数，使之成为可推广使用的一种双极型集成电路及其它含有双极型结构的器件中埋层扩散技术。本发明经固态热扩散理论估算和大量工艺试验设计思路，采用锑乳胶源埋层扩散技术通过扩散理论机理探索结合多次试验实践，提出和设计一种先进锑乳胶源埋层扩散工艺技术用于双极型集成电路中制备埋层扩散层，解决了一般其它热扩散工艺技术(如箱法锑扩散、锑两温区扩散等)常见的工艺问题，较好解决了其它埋层扩散复杂对后续工艺影响大，和造成晶体管饱和压降不易控制，往往偏大等问题，工艺上容易操作、产能大，优化了双极型集成电路埋层扩散技术；保证了在4英寸双极集成电路制造工艺线上成功应用；本发明工艺容易操作，产能大，成本低，实现了双极型集成电路埋层扩散技术优化，也可以推广应用到其它如双极型分立器件埋层扩散，解决了要求晶体管饱和压降低而会影响其它参数以及寄生晶体管等问题，也可以应用在双极型工艺为主的BiCMOS集成电路生产线上。
图1为埋层扩散原理示意图。图1说明:
图中11区一即为埋层扩散区(Buried Layer区)，
B—基极、C-集电极、E-发射极，
I—Poly-多晶娃、10—Oxide-氧化膜层、11 —Metal-金属膜层。图2为热扩散系统设备示意图。图2说明: 1-扩散高温炉、2--石英扩散管、3—排气口、
4-进气口、5-放上待扩散硅片的石英舟、6-均流石英装置。
具体实施例方式以下结合附图的具体实施例对本发明进一步说明。(但不是对本发明的限制)。图1为埋层扩散原理示意图。图1中A区一Buried Layer区即为埋层扩散区，它以高掺杂η +埋层区解决了集成电路中ηρη —管中集电区η —到表面集电极C低阻通路问题，使晶体管集电区等效串联电阻降低，解决了饱和压降压降低而影响晶体管工作电压及其它电学技术参数变差的矛盾。如图2所示，用于锑乳胶源埋层扩散方法的专用设备设有扩散高温炉1、石英扩散管(热扩散反应室)2、排气口 3、进气口 4、均流石英装置6。石英扩散管2设置在扩散高温炉I中，放上待扩散硅片的石英舟5置在石英扩散管2内，石英扩散管2的前部设有进气口 4，进气口 4与均流石英装置6相连，石英扩散管2的后部设排气口 3，扩散高温炉I炉分为三区，炉外设有三区温控装置。用于上述专用设备进行锑乳胶源埋层扩散方法，采用市售光谱纯共聚型锑乳胶杂质源(高纯乳胶一烷氧基硅烷的水解聚合物、无水乙醇及三氧化二锑混合体)，在4英寸P型单晶硅园晶片-其电阻率8-10 Ω.cm、厚35 μ m，采用常规的旋涂固态源热扩散工艺；滴胶后甩胶涂布在甩胶机上旋转40秒，转速在2500-5000转/分中选择；本发明的锑乳胶源埋层扩散方法的工艺包括如下步骤:涂胶后石英舟装片放入石英管炉口通N2预烘30分，炉温调节在350 V，预烘后用3分钟慢慢推进炉中恒温区，同时以垂直流方式通N2:02=8.8:1.8两小时，然后以5°C /分速率升温达到所需恒温温度(如1250°C)，恒温7小时，然后以5°C /分速率降温到350 °C再用3分钟推出石英舟；把硅园片放在10:1的HF溶液漂洗即可完成埋层扩散，其埋层薄层电阻稳定在15-20 Ω/ □，结深^ 15 μ m,其薄层电阻相对偏差< 4.5%,同炉片间的相对偏差< 5%,不同批间之间相对偏差< 10%。满足量产工艺线产品对工艺偏差和重复性的要求。
本发明采用工艺线上通常使用的热扩散方法制备低阻埋层，涂胶转速转速在2500-5000转/分、扩散条件(扩散最佳温度1250°C、恒温时间7小时、升降温速度5 V /分)、保护气氛(扩散气氛)配比N2:02=8.8:1.8。锑是用于埋层扩散的N型杂质源，与其它杂质源(如剧毒的砷、磷)相比，具有较低扩散系数、较低的蒸气压和毒性小，因此后续的热处理工艺过程中外扩散较小、横向扩散较小有利于集成度的提高，也有利于薄外延和低阻外延，便于制作高速集成电路。乳胶源热扩散与氧化物源热扩散和箱式扩散相比的优点是:仅需一次高温过程(氧化物源热扩散需要两步热扩散、箱式热扩散需双温区)工艺简单、高温时间短、设备简单、离子沾污少、晶格完整性好以及适用于在非硅衬底的器件表进行各种杂质的扩散等。实施例
扩散高温炉I炉为三区控温，精度为±0.5°C。热扩散工艺目的是经高温热处理达到预定的杂质浓度分布，其表征为可直接测量的薄层电阻和结深，对一定的扩散方法为了得到所需的薄层电阻和结深，主要决定于扩散工艺条件:扩散温度、时间和保护气氛及流量。经理论估算和大量工艺试验确定工艺条件后，在批量生产中加以严格控制执行。
本发明可使用市售光谱纯共聚型锑乳胶杂质源(高纯乳胶、无水乙醇及三氧化二锑混合体)，在4英寸P 型单晶硅园晶片(电阻率8-10 Ω.cm、厚35 μ m)采用常规的旋涂固态源热扩散工艺；滴胶后甩胶涂布在甩胶机上旋转40秒，转速在2500-5000转/分中选择；本发明的工艺包括如下步骤:
涂胶后石英舟装片放入石英管炉口通N2预烘30分，炉温调节在350 V，预烘后用3分钟慢慢推进炉中恒温区，同时以垂直流方式通N2:02=8.8:1.8两小时，然后以5°C /分速率升温达到所需恒温温度(如1250°C)，恒温7小时，然后以5°C /分速率降温到350 1:再用3分钟推出石英舟；把硅园片放在10:1的HF溶液漂洗即可完成埋层扩散，其埋层薄层电阻稳定在15-20 Ω / □,结深彡15 μ m,其薄层电阻相对偏差< 4.5% ,同炉片间的相对偏差<5%，不同批间之间相对偏差< 10%。满足量产工艺线产品对工艺偏差和重复性的要求。
恒温时，以垂直流方式通N2:02=8.8:1.8气氛，为了改善气流均匀性在石英管进气端加上均流石英装置板避免气流喷射，能均匀地进入扩散区，此外，例行地在石英舟两头放几片假片(即不做正片的可多次使用的硅园片)。气流流量参照Re= (D — μ P)/w彡15估算，式中:Re为雷诺系数；D为石英管直径；μ为气体流平均流速；P为气体密度；w为气体粘滞系数。本发明己实现在双极型集成电路工艺线上稳定运用。典型的试验数据如下:电阻率为8-10 Ω.cm的晶面的P型单晶硅园晶片，在甩胶机上用5000转/分转速涂胶，在T=1250°C，N2:02=8.8:1.8气氛中恒温t=2h，测得平均薄层电阻为18.16 Ω/ □，结深^ 15μπι满足工艺设计要求和均匀 性好的低阻埋层扩散层，且硅片表面状况良好。
权利要求
1.一种用于锑乳胶源埋层扩散方法的专用设备，其特征在于，所述的专用设备设有扩散高温炉、石英扩散管、排气口、进气口、均流石英装置；石英扩散管设置在扩散高温炉中，石英扩散管的前部设有进气口，进气口与均流石英装置相连，石英扩散管的后部设排气口，扩散高温炉分为为三区，炉外设有三区温控装置。
2.根据权利要求1所述的专用设备进行锑乳胶源埋层扩散的方法，其特征在于，所述的锑乳胶源埋层扩散方法采用市售光谱纯共聚型锑乳胶杂质源-高纯乳胶一烷氧基硅烷的水解聚合物、无水乙醇及三氧化二锑混合体，在电阻率8-10 Ω.cm、厚35 μ m的4英寸P型单晶硅园晶片采用常规的旋涂固态源热扩散工艺；滴胶后甩胶涂布在甩胶机上旋转40秒，转速在2500-5000转/分中选择； 所述的锑乳胶源埋层扩散的方法包括如下步骤:涂胶后石英舟装片放入石英管炉口通N2预烘30分，炉温调节在350 °C，预烘后用3分钟慢慢推进炉中恒温区，同时以垂直流方式通N2:02=8.8:1.8两小时，然后以5°C /分速率升温达到所需恒温温度1250°C，恒温7小时，然后以5°C /分速率降温到350 °C再用3分钟推出石英舟；把硅园片放在10:1的HF溶液漂洗即可完成埋层扩散，其埋层薄层电阻稳定在15-20Ω/ □，结深> 15μπι，其薄层电阻相对偏差< 4.5%，同炉片间的相对偏差< 5%，不同批间之间相对偏差< 10%。
3.根据权利要求2所述的专用设备进行锑乳胶源埋层扩散的方法，其特征在于，所述的锑乳胶源埋层扩散的方法，在石英舟两头放几片假片；气流流量参照Re = (D — μ P )/w < 15估算，式中:Re为雷诺系数，D为石英管直径，μ为气体流平均流速，P为气体密度，w为气体粘滞系数。
全文摘要
本发明涉及一种用于锑乳胶源埋层扩散的专用设备及方法。所述的专用设备,石英扩散管设置在扩散高温炉中,石英扩散管的前部设有进气口,进气口与均流石英装置相连,石英扩散管的后部设排气口,扩散高温炉分为为三区,炉外设有三区温控装置;所述的锑乳胶源埋层扩散方法本发明采用工艺线上通常使用的热扩散方法制备低阻埋层，涂胶转速转速在2500-5000转/分、扩散条件(扩散最佳温度1250℃、恒温时间7小时、升降温速度5℃/分)、保护气氛(扩散气氛)配比N2O2=8.81.8。本发明实现了双极型集成电路埋层扩散技术优化，也可以推广应用到其它如双极型分立器件埋层扩散，也可以应用在双极型工艺为主的BiCMOS集成电路生产线上。
文档编号H01L21/228GK103199009SQ20131015816
公开日2013年7月10日 申请日期2013年5月2日 优先权日2013年5月2日
发明者黄福仁, 黄赛琴, 林吉申, 林志雄, 陈轮兴, 杨忠武 申请人:福建省安特半导体有限公司