179820. lajstromszámú szabadalom • Eljárás n-tipusú rétegek előállítására Si félvezető kristályon
3 179820 4 és a diffúziós forrást egy kvarccsőbe helyezik, azt nagyvákuumra leszívatják és a csövet leforrasztják. A diffúzisó forrás a kívánt adalékanyaggal tetszőleges mértékig adalékolt Si por. Az így előállított rendszer a diffúzió hőmérsékletére melegítve (1000—1200 °C) addig vándorol át a forrásból adalékanyag a Si szeletek felületére, míg annak felületi koncentrációja a forráséval azonos nem lesz. Tehát szükségszerűen a forráséval azonos felületi koncentrációjú diffúziós réteget kapunk. Ilyen módszer leírását megtaláljuk pl. FUJITSU cikkében, Scientific and Technoi. Journal, 1972. jún. 93—114. oldal, „A new technique for As diffusion into Si’', továbbá J. of El. Chem. Technology, 1966. szept.—okt. 475—478. oldal, „A closed tube technique for diffusing impurities into silicon” címmel. Ezenkívül a Solid State Electronics, 1971. szept. 835—841. oldalán a „Phosphorous Diffusion in Sealed Tube” című cikkben. A vákuumampullás diffúzió az összes ismert módszer közül a legdrágább, mert minden egyes leválasztáshoz többé fel nem használható kvarcampulla szükséges. A módszer azonkívül költséges vákuumberendezést igényel, az ampulla leforrasztása pedig szakképzett üvegtechnikust. Továbbá, mivel a vákuumampullában a diffuzánsok mindig állandó koncentrációban vannak jelen, ezzel a módszerrel Gauss-profilú rétegek nem készíthetők. A doppolt oxidos módszernél a diffúzió hőmérsékleténél jóval alacsonyabb hőfokon pirolitikus úton Si02 réteget választanak le a Si kristály felületére, és az oxidot leválasztás közben alkalmas módon foszforral adalékolják. A módszer leírása megtalálható pl. M. L. Barry: Doped oxides as diffusion sources II. c. cikkében [J. of El. Chem. Soc. 117, 11. (1970) 1405. oldalán], A leválasztás elég hosszadalmas, rendszerint csak fektetett helyzetű szeleteknél ad homogén eredményt, ami a termelékenység rovására megy. Azonkívül az oxidban a doppolóanyag koncentráció csak nehezen ellenőrizhető. Homogén eredmény eléréséhez igen precíz gázadagolás szükséges, ami költséges gázrendszert igényel. Ez a módszer sem alkalmas Gauss-profil előállítására. Ezen hátrányai miatt a módszer nem is tudott elterjedni. A találmány szerinti eljárás részleteit ábrák segítségével fejtjük ki az alábbiakban. Az 1. ábra magát a porlasztó berendezést mutatja be, melynek segítségével az adalékanyagot finom permet formájában a reaktorcsőbe juttatjuk. A 2. ábra a szükséges gázrendszert, valamint a Si szeletek elhelyezkedését mutatja be. A találmány szerinti eljárással a legegyszerűbb, ún. nyitottcsöves módszerrel sikerült az alacsony felületi koncentrációjú rétegek homogén, reprodukálható leválasztását megoldani. Az eljárás az eddigiekkel ellentétben nem a diffuzáns csökkentettmérvű vagy hígított adagolásával oldja meg az ilyen rétegek leválasztását, hanem éppen ellenkezőleg, olyan nagy mennyiségű diffuzánst juttatunk a rendszerbe, hogy adott hőfokon az 5 összes Si szelet felületén telítési koncentráció alakuljon ki. Mivel a leválasztás hőfokán a képződött foszforüveg még nem olvad meg, a szeleten belüli homogenitás biztosítására a szokásosnál nagyságrendileg több adalék- 10 anyag bevitele szükséges. Viszont ezt a homogenitást olyan rövid idő alatt kell elérni, amely alatt az adalékanyagnak még nincs ideje számottevő mértékben a Si-ba bediffundálni. Tehát a szeleten belüli homogenitást, amelyet koráb- 15 ban a felületen megolvadt üvegfázis biztosított, most a reakciócsőbe igen nagy koncentrációban bevitt diffuzánssal valósítjuk meg. Ehhez általában 0,1—5 mmól/s, célszerűen 0,5—1 mmól/s mennyiségű anyag bejuttatása szükséges a reaktorcső átmérőjétől függően. Adott 20 rendszeren belül az elegendően nagy koncentrációt kísérletileg célszerű beállítani úgy, hogy egymás utáni leválasztásnál addig növeljük a diffuzáns mennyiségét, amíg tovább növelve azt, az Rs már nem csökken. A leválasztás történhet gázalakú diffuzánsokkal is, mint pl. 25 PH3, AsH3, SbH3 stb. úgy, hogy ezeket nagy koncentrációban tartalmazó palackból hígítás nélkül juttatjuk a leválasztó kályhába. A találmány szerinti eljárás különösen előnyös módon megvalósítható folyadékhalmazállapotú diffuzánsokkal, pl. POCl3-dal, PBr3-dal stb., ame- 30 lyeket pl. az 1. ábrán feltüntetett kvarc edényből megfelelő inert gáz, pl. N2, Ar stb. befúvás segítségével finoman eloszlatott permet alakjában juttatunk be a leválasztó rendszerbe. Az adalékoló kvarc edény csiszolattal csatlakozik a diffúziós kályha csövéhez. A befúvásra 35 használt inert gáz mennyisége annyi, hogy a diffuzánst 0,1—5 mmól/s mennyiségben juttassa a rendszerbe. A befúvás időtartama általában 1—30 s, célszerűen 5— 15 s. Adott esetben használhatunk gázterelő vagy keverő lemezeket is. 40 A módszer előnyei a következők: 1. A diffúziós forrás termosztálása, vagy pontos adagolása nem szükséges, tehát a találmány szerinti eljárás kivitelezéséhez nincs szükség költséges berendezésekre, pl. termosztátra, rotaméteres- vagy „mass-flow-meter”-es 45 gázszabályozókra. A találmány szerinti eljárásnál a leválasztott rétegek felületi koncentrációját ugyanis, telítési rendszerről lévén szó, egyedül csak a leválasztó kályhába helyezett Si szeletek hőmérséklete szabja meg. A leválasztás utáni felületi ellenállásoknak (Rs) a levá- 50 lasztási hőmérséklettől való függését 770 °C—870 °C tartományában az alábbi táblázat tartalmazza. A táblázatban feltüntetett értékeket 10 s leválasztási idővel és 20 perces további hőkezelés után kaptuk: Leválasztási hőfok: °C 770 780 790 800 810 820 Rs :ohm/D Leválasztási hőfok: °C 300—400 830 220—300 840 170—220 850 140—170 860 120—140 870 90—110 Rs :ohm/D 70—80 60—65 50 40 30 A leválasztási Rs szórása egy partin belül a magasabb Rs értéktartományban max. ± 10% (Rs nagyobb mint 200 ohmü ) és ± 5%-on belül van az alacsonyabb tartományban. 2. A fentiekből következik, hogy bármilyen felületi 65 koncentrációt kívánunk beállítani, a leválasztási program mindig ugyanaz. 3. Az adalékolás idejének extrém rövid volta miatt a teljes ciklusidő igen rövid. 4. Leválasztás alatt állított szelethelyzetet alkalmaz2
