173322. lajstromszámú szabadalom • Eljárás védőüveg kialakítására félvezető eszközök felületén
3 173322 4 mozgékony töltéseket és elektromos tér hatására minél kevésbé polarizálódjék. Ezeknek a feltételeknek, különösen magas hőmérsékleten tokozott, nagy megbízhatóságú eszközöknél (pl. szubminiatűr diódák) csak a szilíciumnitrid és a speciális többkomponensű üvegek felelnek meg- Nagy hátránya viszont a nitrid és a többkomponensű üvegek alkalmazásának, hogy kialakításuk különleges technológiát, költséges berendezést igényel. Kísérleteinkben, melyek végül is találmányunkra vezettek, az említett nehézségek kiküszöbölésére törekedtünk- A planár technológiában alkalmazott berendezésben a szilíciumon egyszerű módon képezhető szilíciumoxidból kiindulva olyan dielektrikum struktúrát alakítottunk ki, mely biztosítja a félvezető felület megfelelő mechanikus védelmét, elektromos szempontból pedig passzív, kiváló dielektromos tulajdonságokkal rendelkezik. A találmányunk tárgyát képező védőüveg képzési eljárásnál megfelelően előkészített félvezető kristályszelet felületén első lépésként valamely ismert eljárással — szilícium esetében célszerűen termikusán — egy első szilíciumoxid réteget alakítunk ki. A réteg vastagságát úgy választjuk meg, hogy a későbbi hőkezelések során távol tartson az aktív félvezető felülettől minden szennyezőt, tehát diffúziós maszkként viselkedjen a technológia későbbi fázisaiban a felületre ható anyagokkal szemben. Ezt a SÍO2 réteget előállítása folyamán szándékosan nem szennyeztük, a Si és 02 komponenseken kívül csak olyan szennyezéseket (pl. alkaliákat, OH ionokat, protonokat) tartalmazhat, melyek beépülését meggátolni nem tudjuk a gyártástechnológia folyamán. Kialakítva az első Si02 réteget, egy első hőkezelést végzünk az oxiddal borított félvezető mintákon P205 gőzét tartalmazó 02, N2 illetve ezek és/vagy nemesgázok elegyéből álló gázkeverékben. A hőkezelés folyamán a Si02 réteg szabad felülete erősen szennyeződik foszforral, ill. P205-tel. Az első hőkezelés idejét és hőmérsékletét úgy választjuk meg, hogy - a későbbi magas hőmérsékletű műveletek hőmérsékletét és idejét is figyelembe véve - a foszfor ne doppolja át a teljes első Si02 réteget, tehát ne érjen el a technológia fázisai során az aktív félvezető felületig. Ezután a hőkezelt első Si02 réteg felületére valamely ismert eljárással egy második Si02 réteget viszünk fel, melyet kialakítása közben, vagy annak egy részében P2Os-tel szennyezünk. A második Si02 réteg lesz a struktúrák legkülső rétege, tehát valójában a felülete. Vastagságát az előre várható mechanikai hatások figyelembevételével választjuk meg. Fontos ezenkívül, hogy a második Si02 réteg megakadályozza a külső szennyezők bediffundálását. A második hőkezelés célja, hogy tömörítse az — általában alacsonyabb hőmérsékleten kialakított — második Si02 réteget, megfelelően eloszlassa az oxidba szándékosan doppolt szennyezőket, és végső soron az első Si02-vei összeolvadva kialakítsa a végleges szerkezetet. Találmányunk alkalmazását az alábbi példákon mutatjuk be: Z. 1. példa A találmányunk szerinti eljárás egyik alkalmazását szilícium mesa diódák készítésére vonatkozóan az alábbiakban mutatjuk be: Kiindulási alapanyag egy n+ szubsztrátra növesztett n, majd p típusú kettős epitaxiális rétegű szilíciumszelet. Fotolitográfiai eljárással a kettős epitaxiális réteget egy négyzetrács vonalai mentén átmarjuk úgy, hogy a kimart árkok legmélyebb pontjai elérjék a n+ szubsztrátumot. Ezáltal környezetükből asztalszerú'en kiemelkedő négyzetkeresztmetszetű, ún. mesa diódák rendszerét hoztuk létre, melynek a p és n típusú epitaxiális rétegek alkotta p—n átmenetei a kimart árkok oldalfalain végződnek. A felületre kijutó és így a környezeti hatásokra igen érzékeny p—n átmeneteket javaslatunk szerint a következő módon passziváljuk: A mesa diódák rendszerét tartalmazó Si szeletet 60 percig 1050 °C-on oxigén és vízgőz atmoszférában termikusán oxidáljuk. Ily módon kb. 5200 Â vastagságú, szándékosan nem szennyezett Si02 réteget hozunk létre. A szeletet ezt követően 1100 °C-ra beállított diffúziós kályhába helyezzük és a kályha reaktorcsövén 02,N2 és P2Os gőzét tartalmazó gázkeveréket bocsátunk át 30 percen keresztül. A szándékosan nem szennyezett Si02 réteg felületén ily módon foszforüvegréteget hozunk létre. A szeletre ezután 450 °C hőmérsékleten szilán, oxigén és foszfin gázok keverékéből 7000 Â vastag foszfor tartalmú pirolitikus oxidot választunk ki, majd 1000 °C-on N2 atmoszférában 30 percig tartó hőkezelést végzünk. Ezután a félvezető technológiában jól ismert módon a mesa diódaelemekhez kontaktusokat képezünk, a szeletet karcolással és tördeléssel különálló mesa diódaelemekre választjuk szét és a szétválasztott elemeket tokba szereljük-2. példa A találmányunk szerinti eljárást a szilícium planár diódák készítésére vonatkozóan az alábbiakban mutatjuk be. n+ szubsztrátumra növesztett n típusú epitaxiális szeletet 1050 °C hőmérsékleten vízgőz atmoszférában termikusán oxidálunk. Ily módon szándékosan nem szennyezett Si02 réteget hozunk létre. Az epitaxiális réteg felett a Si02 réteget fotolitográfiai úton lokálisan eltávolítjuk. Ily módon a Si02 rétegben ún. diffúziós ablakokat hozunk létre. A szeleteket 950 0 hőmérsékletre bórnitrid korongok közé helyezzük, és 60 perc időtartam alatt a bőr leválasztását elvégezzük-A bór le választás alatt a szelet teljes felületén bórüveg képződik, melyből a diffúziós ablakokban a csupasz szilíciumba bór diffundál be mintegy 0,5 ü mélységbe. A leválasztás után a bórüveget HF-HN03- H20 elegyben lemaratjuk. A maratás után az ablakokban csupasz szilícium, az abalakon kívül pedig szándékosan nem szennyezett Si02 réteg marad vissza. A szeletet ezután 1550 °C-on száraz oxigén atmoszférában 60 perc időtartamra diffúziós kályhába helyezzük, ahol az ablakokba diffundált bór tovább hatol és mintegy 3 p mélységű p típusú 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
