195361. lajstromszámú szabadalom • Eljárás előírt adalékprofilú epitaxiális rétegek előállítására
1 195 361 2 A találmány tárgya eljárás előírt adalékprofilú cpitaxiális rétegek előállítására elsősorban szilícium hordozószclct felületén vagy már meglévő epitaxiális rétegrendszerek felületén cpitaxia reaktorban végrehajtott kémiai gőzfázisú leválasztás segítségével, amelynél a reaktorba betáplált anyag vivőgázból, réteg forrás anyagból és PDot betáplálás! parciális nyomású adalékforrás anyagból áll. Az eljárással előírt adalékprofilú epitaxiális réteg nő a hordozószelct, illetve már meglévő epitaxiális rétegrendszerek felületén, amely bipoláris és unipoláris félvezető elemek létrehozatalára szolgál. Bipoláris és unipoláris félvezető eszközöket gyakran szilíciumhordozó/epitaxiális rétegrendszerek felhasználásával állítják elő. Az epitaxiális réteg gázállapotú vegyületnek, az úgynevezett rétegforrásanyagnak a réteggel bevonandó anyag forró felületén szilíciummá történő elbomlása útján keletkezik, az így keletkező Si a hordozó vagy epitaxiális rétegrendszer felületére ránő. Ezen elektronikus eszközök működési tulajdonságait nagymértékben meghatározza az adalékatom eloszlás az epitaxiális réteg belsejében. Legtöbb esetben emellett az adalékprofil lefutásnak, azaz az adalékkoncentráció epitaxiális rétegbeli vertikális lefutásának, illetve eloszlásának meghatározó szerepe van. Sok esetben az elektronikus eszközök előállításánál az epitaxiális rétegben homogén adalékatom-eloszlást tételeznek fel. Ez a konstans adalékprofilú lefutás állandó folyamatparaméterek mellett történő epitaxiális rétegleválasztással problémamentesen megvalósítható. Ezenkívül bizonyos elektronikus eszközök előállításához az epitaxiális réteg belsejében az adalékkoncentráció lépcsőszerű átmenetei is szükségesek. Az epitaxiális réteg belsejében a lépcsőszerű átmeneteket úgy valósíthatják meg, hogy a leválasztási folyamat meghatározott paraméterét — amely az adalék beépülését befolyásolja —, a leválasztási folyamat alatt az epitaxiális réteg belsejében megkívánt koncentrációszintnek megfelelően változtatják. A leválasztási folyamat alatt az adalékforrásanyag bemeneti parciális nyomása, a leválasztás hőmérséklete, vagy a vivőgáz megváltoztatása vezethetnek az adalékatom beépülési koncentrációjának megváltozásához. Ily módon azonban csak aránylag fokozatos eloszlású beépülési koncentrációszint átmenetek valósíthatók meg. Ezzel az eljárással az adalékkoncentráció kívánt, lépcsőszerű eloszlása az epitaxiális réteg belsejében csak tökéletlenül valósítható meg. Egy az epitaxiális réteg belsejében létrehozandó tetszés szerinti egyértelmű függvény szerinti adalékprofil lefutás lényegében oly módon állítható elő, hogy az adalékatomok beépülési koncentrációját ismert módon befolyásoló külső paramétert megfelelő módon változtatjuk. Ennek a paraméternek értékét, pl. a betáplált parciális nyomás vagy leválasztási hőmérséklet, a kívánt adalékprofil lefutásnak megfelelően időben változtatják. Ismeretes', hogy a (JVD (Chemical Vapor Deposition) eljárásokkal előállított szilícium epitaxiánál az adalékforrás-anyag betáplált parciális nyomása és a kapott adalékprofilú lefutás között összefüggés van, amely lineáris szabályozó rendszer tulajdonságainak megfelel. Ennek a szabályozó rendszernek az átmeneti tulajdonságait kísérleti úton meg lehet határozni és az adalékforrás-anyag PDot(0 betáplált parciális nyomásának időbeli lefolyása kiszámítható, mely a kívánt adalékprofilú lefutást eredményezi. Az adalékforrás-anyag betáplált parciális nyomása optimális időbeli lefolyása, azaz a arendszer optimális irányítási függvénye azonban a szabályozásban közvetlenül gyakorlatilag nem használható. Ennek az az oka, hogy sok fontos gyakorlati esetben az adalékforrás-anyag betáplált pDot(t) parciális nyomásának optimális időfüggvénye néhány percen belül nagyon nagy mértékben, pl. nyolc nagyásgrendet is változhat. A gázáramlásokat szabályozó berendezések azonban a legjobb esetben 1:100 tartományban működnek, melyből az következik, hogy az epitaxiális reaktoroknál az ilyen optimális pDot(t) lefutás megvalósítása gyakorlatilag nem látszik lehetségesnek. A találmány célja eljárás előírt adalékprofilú lefutással rendelkező epitaxiális rétegek előállítására, melynek segítségével az előállítandó epitaxiális rétegben az adalékkoncentráció változása, illetve lefutása nagy pontossággal megvalósítható. A találmány feladata egy olyan eljárás létrehozása előírt adalékprofilú epitaxiális rétegek előállítására, amely az epitaxiális rétegben egy meghatározott adalékprofilú lefutáshoz tartozó pDot(t), optimális irányítási függvény megvalósítását lehetővé teszi. A találmány előírt adalékprofilú epitaxiális rétegeknek hordozószelet felületére vagy már meglévő epitaxiális rétegrendszer felületére epitaxiális reaktorban kémiai gőzfázisú leválasztás segítségével történő előállítására szolgáló eljárás. Az eljárás során a reaktorban vivőgázból, rétegforrás-anyagból álló gázkeveréket vezetünk, amely ezeken kívül az adalékforrás-anyag pDot betáplált parciális nyomású mennyiségét is tartalmazza, amelyet ßDot(t) számított optimális irányítási függvénynek megfelelően időben szabályozunk. A találmány szerint az adalékforrás-anyagot a vivőgázhoz egymást követő impulzusokból álló impulzus-sorozat formájában impulzussorszerűen keverjük hozzá. A találmány szerint továbbá az adalékforrás-anyagot adagoló szelepek — célszerűen elektromágneses szelepek — ki-, bekapcsolási időtartamának változtatásával, az adalékforrásanyag pDot betáplált parciális nyomás értékeit a reaktorban egy felső pDot és egy alsó pDot u érték között tartjuk úgy, hogy ezáltal PDot, u — pDot W PDot, o vagy legalább i/100 Poot, u — ^Dot’ ^ — 10'Pdoi, o rétegnövesztési feltétel minden t időpillanatban létrejön. Az impulzus hosszát és két impulzus közötti szünet hosszát — egymástól függetlenül — változtatva úgy állítjuk be, hogy 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
