162613. lajstromszámú szabadalom • Szigetelő hordozón kialakított aktív félvezető eszköz és eljárás annak előállítására

MAGYAR NÉPKÖZTÁRSASÁG ORSZÁGOS TALÁLMÁNYI HIVATAL SXABADALMI LEÍRÁS SZOLGÁLATI TALÁLMÁNY Bejelentés napja: 1971. III. 12. (MA-2209) Közzététel napja: 1972. X. 28. Megjelent: 1974. XI. 30. 162613 Nemzetközi osztályozac H 01 I 3/16 H 01 I 7/38 Hársy Miklós vegyész (44%), Feltalálóik) dr. Gergely György villamosmérnök (12%), Lendvay Ödön vegyész (12%). dr. Bodó Zalán gépészmérnök (8%), Kovács Pál vegyész (8%), Rónai Tiborne vegyész (8%), Németh Tibor vegyész (8%), Budapest. Tulajdonos: " Magyar Tudományos Akadémia Műszaki Fizikai Kutató Intézete, Budapest. Szigetelő hordozón kialakított aktív félvezető eszköz és eljárás annak előállítására 1 A találmány tárgya szigetelő' hordozón kialakított aktív félvezető eszköz, valamint eljárás a félvezető eszköz előállítására. A félvezető technikában az egyes félvezető eszközöket, illetőleg integrált áramköröket a jelenleg használatos mód- 5 szerekkel túlnyomórészt Si hordozókristályokon alakítják ki. Ezen műszaki megoldásnak két lényeges hátránya van. Egyrészt az egyes áramköri elemek szigetelését záró irányban előfeszített p-n átmenetek segítségével kell biztosítani. Ennek hátrányos következménye a visszáram, és az, hogy az egyes 10 kristályhibák az integrált áramköröknél jelentős hibaforrásokat okozhatnak. Másrészt a záró irányú előfeszítés következtében az egyes elemek között parazita kapacitások lépnek fel, melyek az áramkörök nagyfrekvenciás alkalmazhatóságátkorlátozzák. 15 Már ismertettek olyan megoldást, mely szerint a fenti hátrányokat szigetelő hordozón kialakított egykristályos (epitaxiás) Si réteggel küszöbölik ki. A szakirodalom több megoldást ír le, így ismeretes kvarc (R.W.Bickvell - J.M. Charig - B.A. Joyce - D.J. Stirland: „The epitaxial 20 sepoxition of Sión quartz" Phyl. Mag. 102-9 (1964) p.965), zafir (H. Schloetterer: „Preparation and properties of single crystal semiconducting films on insulating substrates" előadás a „Heteroátmenetek és rétegszerkezetek fizikája és kémiája" Nemzetközi Konferencián, Budapest, 1970.), legújabban 25 spinel (P.H. Robinson - D.J. Dumin: „The deposition of Si on single-crystal spinel substrates" J. Electrochem. Soc. 115-1 (1968) p.75. és G.W. Cullen - G.E. Gottlieb - C.C. Wang - K.H. Zaininger: „Epitaxial growth and properties of Si on Al-rich single-crystal spinel,, J.Electrochem. Soc. 30 116-10 (1969) p.1444) hordozón kialakított egykristályos SI rétegek alkalmazása. Schloetterer idézett előadása összefoglalja a szigetelő hordozókon kialakított egykristályos félvezető rétegekkel és az alkalmazott technológiával kapcsolatos eddigi ismereteket. 35 Az ismertetett eszközökben lényegében heteroepitaxiás úton, különféle technológiai módszerekkel viszik fel a vékony Si réteget a szigetelő kristályra, amelynek szerkezeti tökéletességével és felületi előkészítésével szemben igen szigorú követelmények állnak fenn. Az ismert eszközök hátránya a zafir és spinel kristályok magas ára, valamint azok keménysége, ami a szükséges megmunkálást is nehézzé és költségessé teszi. További hátrány, hogy a zafírban és spinéiben jelenlévő Al a későbbi technológiai lépések során a félvezető réteg nem kívánt szennyezését okozhatja. Találmányunk szerinti félvezető eszköznek szigetelő hordozóra felvitt egykristályos félvezető rétege van, amelyben önmagukban ismert áramköri elemek, előnyösen integrált áramkörök vannak kialakítva, és az jellemzi, hogy a szigetelő hordozó cink- vagy kadmiumkalkogenid kristály, vagy ezek elegyéből álló elegykristály, az egykristályos félvezető réteg pedig germánium vagy szilícium alapú. A szigetelő hordozó kristály előnyösen ZnS vagy ZnSe lehet. A találmány szerinti megoldásnál alkalmazható szigetelő hordozón olyan nagytisztaságú vagy kompenzált cink- vagy kadmiumkalkogenid kristályt értünk, amelynek fajlagos ellenállása nagyobb mint 108 ohm cm. A találmány szerinti hordozóra felvitt vékony félvezető, célszerűen Si rétegben kialakított aktív félvezető eszköz számos előnnyel jár az eddig használatos szigetelő hordozókat alkalmazó félvezető eszközökkel szemben. A cink- vagy kadmiumkalkogenid kristályok, különösen a ZnS rácsállandója közel áll a Si-hoz, így egyenletesebb vékony félvezető réteg alakítható ki; az ilyen hordozó anyagok hó'tágulási együtthatója kevésbé különbözik a Si hó'tágulási együtthatójától, mint az eddig használatos szigetelő hordozóké, ezért a félvezető réteg a későbbi technológiai lépések során kevésbé válik el a hordozótól; a cink- vagy kadmiumkalkogenid kristályok felületi megmunkálása lényegesen egyszerűbb, kevésbé munkaigényes és így olcsóbb 162613