187713. lajstromszámú szabadalom • Eljárás félvezető amorf vékonyrétegek előállítására különösen félvezető eszközökhöz
1 .187 713 2 A kész gáz halmazállapotú alapanyagot megfelelően kialakított reakciókamrába vezetjük, ahol a megbontás feltételeit biztosítjuk, így előnyösen legalább 10 Pa nyomást hozunk létre, és emellçtt a hőbontáshoz szükséges hőmérsékletre hevítjük a gázt, ezzel a megbontást megindítjuk. Ily módon a poliszilán(ok) megbontásával amorf szilícium keletkezik. Ezt az anyagot egyenletes, ellenőrzött körülmények között nyerjük, és ehhez a monoszilánok hőbontásához szükségesnél alacsonyabb hőmérséklet is elegendő. Ennek megfelelően az amorf szilícium, amit a poliszilánokból a javasolt eljárás révén kapunk, nem igényel a hidrogénhiány kiegyenlítésére szolgáló különleges kezelési eljárásokat. A találmány szerinti eljárással előállított félvezető vékonyrétegek, akár szilíciumból, akár pedig más említett fémből készülnek, a félvezető eszközök igen széles családjában előnyösen alkalmazhatók. Különösen vonatkozik ez a fotoelektromos, a fotovezetéses és az egyenirányító eszközökre. Poliszilánok esetében különösen előnyösnek bizonyult a diszilán, triszilán, tetraszilán, pentaszilán és a hexaszilán alkalmazása kiindulási anyagként. Más izomer szilánok is alkalmasak lehetnek. Az egyetlen korlátozást az jelenti, hogy a fe'dolgozandó poliszilánnak az alkalmazott reakció során a kívánt módon kell viselkednie. Növekvő molekulasúllyal a poliszilán molekulastabilitása csökken, de ezt megfelelő reakciófeltételek megteremtésével egy bizonyos határig ki lehet egyenlíteni. A poliszilánokból hőbontással előállított amorf vékonyréteg szempontjából gyakorlatilag mindegy, hogy a gáz halmazállapotú anyag csak egy poliszilánt tartalmaz, vagy különböző polimerizációs fokú poliszilánok keverékéből áll. A gázkeverékben monoszilán is jelen lehet, ha legalább egy poliszilán is van benne. Ennek eredménye, hogy a poliszilán parciális nyomása csökken, és így az eljárás végrehajtásának feltételei módosulnak. A gázkeverék dópoló anyagokat és közömbös hordozógázt is tartalmazhat. Az alkalmazott nyomásérték általában 1 a 105 Pa határt nem lépi túl, de az alacsonyabb értékek előnyösebbek lehetnek, így a 130 Pa körüli nyomás bizonyul különösen kedvezőnek. A nyomás célszerűen nem lépi túl az 1,5 • 10* Pa értéket. A nagyobb polimerizációs fokú szilánok, így a hexaszilán fölötti, hatnál több szilíciumatomot tartalmazó polivegyületek általában igen kis arányban képesek részt venni a kívánt tulajdonságú amorf vékonyréteg előállításában, mivel szobahőmérsékleten és szokásos nyomáson viszonylag kicsi a gőznyomásuk. Ha viszont ezeket a nagyobb molekulasúlyú szilánokat erőteljesen felmelegítjük, hogy gőznyomásuk viszonylag nagy, például 0,15 Pa körüli értékű legyen, igen jó minőségű amorf szilícium vékonyréteg állítható elő belőlük. Amorf félvezető anyagokból álló vékonyrétegeknek a találmány szerinti eljárással való előállítására szolgáló berendezés példáját mutatja az 1. és a 2. ábra. Az eljárás foganatosítására is alkalmas berendezés két részből áll, mégpedig 210 és 250 részegységből. A 210 részegység (1. ábra) a megfelelő polivegyületeket tartalmazó alapanyag előállítását, míg a 250 részegység (2. ábra) az alapanyagnak a kívánt amorf vékonyréteggé való alakítását biztosítja. A 210 részegység a példa szerint amorf szilícium hőbontással történő előállításához szükséges alapanyag előkészítésére alkalmas, de természetesen has Dnló felépítésű, szükség szerint módosított egységekkel más fémekből kiindulva is lehet hasonló módon félvezető amorf vékonyrétegek alapanyagát előállítani. A 210 részegység 211 reakciókamrát, 212 savtartályt, 213 szilicid-tartály t és 214 valamint 215 csapdákat tartalmaz. A 250 részegységben a félvezető-fém megfelelően e'őkészített polivegyületei, tehát adott esetben a poliszilánok 260 reakciókamrába jutnak, amely 261 burkolattal van kialakítva. A 260 reakciókamriban van a 262 szubsztrátum, amelyre az amorf sdliciumot le kell rakatni. A 261 reakciókamra anyagát előnyösen úgy választjuk, hogy az a 262 smbsztrátumot ne szennyezhesse. Ilyen anyag például a kvarc, az üveg, vagy a rozsdamentes acél. A 2. ábra szerint kialakított példakénti 261 reakc ókamrának 263 bemeneti csővezetéke és 264 kimeneti csővezetéke van. A 263 bemeneti csővezetéken elhelyezett 251 vezérlőszelepen átjut a poliszilanokat vagy az esetleg monoszilánt is tartalmazó gázkeverék a 261 reakciókamrába. A 251 vezérlőszelep arra szolgál, hogy 252 és/vagy 255 tartályból a gázáramhoz egy vagy több dópoló gázt lehessen adagolni. A 263 bemeneti csővezeték szintje alatt a 251 reakciókamrában 265 támasz van kialakítva, amelyre a 262 szubsztrátumot hordozó 266 tartó van felerősítve. A 266 tartó lehet például egy fűtőbetétes tartóeszköz, amelyben csavarmenetes kerámia magban és kerámia kötőelemekkel körbevéve 256r ellenálláselem helyezkedik el. Ez utóbbi megfelelően feltekercselve van kialakítva a 265 támasz é; a 266 tartó között. Rozsdamentes acélburkolattal lehet a kerámiamagot a G nyíllal jelölt belépő gázáramtól elválasztani. A 261 reakciókamrában 270 manométer szolgál a belső nyomás értékének megállapítására, követésére. A 262 szubsztrátum hőmérsékletét az ábrán nem látható mérőeszköz követi, amely a 266r ellenálláselemben kialakított nyílásba helyezhető. A 262 szubsztrátum anyaga á tálában üveg. A kívánt amorf szilíciumréteg lerakatására a gázk;verék a G nyíl irányában a 262 szubsztrátum fölé halad, majd onnan a rajzon nem látható vákuumszivattyú hatására a 264 kimeneti csővezetéken át A irányban távozik. A 262 szubsztrátumot szilánok esetében általában 350 °C és kb. 500 °C közötti hőmérsékleteken tartjuk, aminek révén a gázáram legalább egy részéből hőbontással szilícium rakód k le. Ezt a folyamatot a D nyil mutatja. A gáz halmazállapotú keverék E nyíl irányában halad a 2i)4 kimeneti csővezeték felé, ahol elszívódik. A fentiekben leírt dinamikus rendszer alternatívíjaként kidolgozhatok statikus elrendezések is. Ebben az esetben a félvezető alapanyag szelepen keresztül jut a leszívott reakciótérbe. Ezt követően a reakcióteret lezárjuk és így elérjük, hogy a gázkeverék egy része a kamrában maradjon. A gázkeverek, amelynek túlnyomó részét előnyösen közömbös hordozó gázként is alkalmazzuk, olyan összetételű, hogy késlelteti a 261 reakciókamra meghibá5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4
