164755. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés töltésmentes fémoxid-félvezető rétegeknek elektrosztatikus villamos térben való előállítására és tisztítására

164755 3 4 A nyitófesztiltség eltolódása például egy p csatornás MOS tranzisztor esetén a nyitófesztiltség megnövekedését eredményezi, amely nem kívánatos jelenség. Fokozza a káros jelenséget az is, ha az oxidrétegben jelenlevő ionizált atomok a hő hatására elmozdulnak, ez akkor lép fel leggyakrabban, ha a hőhatás elektromos térben jön létre. Ilyenkor a töltésekhez kapcsolódó járulékos térerősség is megváltozik, ez is a nyitófesztiltség megváltozásához vezet. A MOS tranzisztorok esetében ez a folyamat a karakterisztika instabilitását eredményezi. A szakirodalomban számos szerző e káros jelenségeket az oxidokban található ionizált nátrium ionok jelenlétével magyarázza. Ennek a töltésnek a megszüntetésére több módszert dolgoztak ki. Egyik ilyen általánosan elterjedt módszer az úgynevezett foszfor getterezéses eljárás. Ennek az a lényege, hogy az oxid felületén kialakitott foszforüveg réteg néhány száz C°-os hőmérsékleten mozgó ionokat elnyeli és igy távoltartja azokat a szilicium-sziliciumdioxid határfelületétől. Ennek az eljárásnak az a nagy hátránya, hogy a nátrium ionokat elnyelő tulajdonsága nagyon lecsökken akkor, ha a getterezést nagy hőmérsékletet igénylő technológiai müvelet követi; pl.: poliszilicium leválasztása. Korszerűbb és hatásosabb eljárás a Goetzberger J. Elchem. Soc. vol. 113. No. 2. 138-140 old. 1966 közölt módszer, mely a villamos térben végzett oxidáció folyamatát irja le. Ezek szerint az oxidációt, az oxidáló hatásnak ellenálló platina térelektródával kiegészitett oxidáló kályhában végzi. A tér elektródával néhány KV /cm-es térerősséget létesit olyan polaritással, hogy a pozitiv ionokat a térelektróda irányában mozgassa. Az oxidáció 1100-1200 C°-os hőmérsékleten a nátrium nagyrészt az oxidáló gázközegben pozitiv ion állapotban van jelen és ezért ez a tér megakadályozza, hogy a nátrium ionok bejussanak az oxidrétegbe. Ez azt eredményezi, hogy az oxidréteg káros töltése lecsökken, ami maga után vonja a kedvezőbb nyitófeszültség alakulását a villamos tér nélkül növesztett oxidréteg nyitófeszültségéhez képest. A Goetzberger által közzétett irodalom szerint a villamos térben elvégzett oxidációt a 2. ábra mutatja be. Ahol az 1 a nagyfrekvenciás fűtést, 2 a platina térelektródát, 3 a hordozó szilicium kristályt, 4 pedig a kristály lemezt jelenti. Az oxidálás folyamata tehát nagyfrekvenciás árammal fűtött állőhelyzetü kvarc kristálykályhában történik. A 3 egykristályos szilíciumból kialakitott hordozón fekszik a 4 oxidálandó szelet. A szelet felett 2 platina térelektróda helyezkedik el. E módszer előnye az, hogy a nagyfrekvenciás fűtés következtében a kályha fala hideg és ezért nem ad le szennyezést az oxidálandó gázközegbe, továbbá megakadályozza a külső szenynyezés behatolását is. Zavaró jelenség azonban, 'hogy a hasonló módon oxidált szeleteknél a pozitiv GATE feszültség esetén szobahőmérsékletű instabilitás mutatkozik. Ez a jelenség nem zavaró abban az esetben, amikor a pozitiv GATE feszültség fellépése kizárt pl.: a Zener diódákkal védett MOS tranzisztor, vagy MOS integrált áramkörök esetében. Megfigyeléseink szerint ezt a jelenséget az oxidnövekedés folyamán az oxidba jutó platina részecskék okozzák, amelyek a villamos tér és a magas hőmérséklet együttes hatásaként fellépő katód porlasztási jelenség hatására válnak el és épülnek be az oxidrétegbe. Az általunk kidolgozott találmány ezeket a káros jelenségeket kiküszöböli és az eljárással, valamint a javasolt berendezés segítségével a töltésmentes és az ideálisan tiszta oxidrétegek nyitófeszültségét erősen megközelítő szeletek állíthatók elő. A kitűzött feladatot azzal érjük el, hogy az oxidáló gázközeget az oxidálás előtt ion tartalmától, portól és egyéb szennyezésektől előtisztítjuk és az oxidációt végrehajtó térbe vezetjük. Az oxidáló közeget ugy tisztitjuk meg a szennyezésektől, hogy teljesen fémmentes ellentétes potenciálra kapcsolt min. 1000 C°-ra felfűtött elektróda rendszeren folyamatosan vezetjük át az ugyancsak fémmentes oxidáló térbe, amelyben az oxidálást villamos tér jelenlétében hajtjuk végre. A találmány által javasolt eljárást a 3. ábrában vázolt kvarc térelektródás oxidáló berendezéssel valősitjuk meg. Ahol az 5 fűtőtestet, 6 a csévetestet, 7 oxidálandó kristály szeletet, 8 koaxiális külső kvarccsövet, 9 belső koaxiális kvarccsövet, 10 távtartó szemeket, 11 és 12 a platina huzalokat, 13 huzal védőcsövet, 14 előtisztító elektróda lemezeket, 15 csatlakozó huzalt és a 16 kvarc szelettartót jelenti. A kvarcelektródás oxidáló berendezés 5 fűtő és a 6 cséve testje a két 8 és 9 koaxiális kvarccsőnek a 8 külső csövén helyezkedik el. A külső cső belső oldalán 10 távtartó szemek vannak kiképezvet

a 9 belső kvarccső melegzónájában helyezkednek el a 14 kvarc lemezekből álló előtisztitó elektródák, melyek mögött a 16 kvarc szelettartón elhelyezett 7 kristály szeletek foglalnak helyet. A 8 külső kvarccső és a 16 kristály szelettartő a 11 platina huzallal a pozitiv,mig a 9 belső kvarccső, valamint a 14 előtisztító elektródák a 12 huzalon keresztül a negativ potenciálra vannak bekötve, az 5 fűtőtest és a 8 külső kvarccső között helyezkedik el a 15 negativ potenciálra bekapcsolt huzal elektróda, mig a 9 belső kvarccsőben helyezkedik el a 13 védőcsőben levő negativ potenciálú 12 platina huzal. A találmányban kidolgozott eljárás és a kiviteli példájaként felépitett kvarcelektródás oxidáló berendezés azon az ismert tényen alapszik, miszerint a kvarc 1000 °C felett már vezeti az elektromos áramot, igy megfelelő konstrukció esetén a térelektróda céljára illetve elektrosztatikus erőtér kialakítására alkalmas, továbbá a katódporlasztás jelenség, , amelyet SiO, választ lea kvarc. ről, a találmányunk esetében nem okoz zavart, 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2