162613. lajstromszámú szabadalom • Szigetelő hordozón kialakított aktív félvezető eszköz és eljárás annak előállítására
1 3 162613 is mint a spinelé vagy zafiré, továbbá lényegesen könnyebb és így olcsóbban állíthatók eló', mint a zafir vagy spinel kristályok; végül a zafírral és spinellel szemben további eló'nyt jelent, hogy a félvezető' réteg felvitelénél és az azt követő magas hőmérsékletű technológiai műveleteknél nem g történhet aluminium szennyezés (autodopolás). A találmányunk szerinti félvezető eszközt a továbbiakban a rajzon ábrázolt kiviteli alak kapcsán ismertetjük. Az ábrán MOS tranzisztor vázlatos keresztmetszeti képét szemléltetjük. Az ábrán polírozott és kémiailag tisztított felületű yQ szigetelő 1 hordozóra pl. ZnS kristályra félvezető pl. p-típusú 1-10 ohmcm fejlagos ellenállású Sí 2 réteg van felvíve 5-20 Mm vastagságban. A 2 rétegben pl. diffúzióval vagy ionimplantációval n-típusú 3 és 4 tartományok vannak kialakítva, amelyeknek fajlagos ellenállása 1-10 ohmcm. A 3 15 illetőleg a 4 tartományokhoz célszerűen vákuumpárologtatással előállított 5 illetőleg 6 fémkontaktusok vannak csatlakoztatva. Ezek anyaga pl. arany vagy egyéb más kontaktus céljára alkalmas fém lehet. A szilícium 2 réteg p-típusúnak meghagyott 7 tartománya fölött pl. anódikus 20 oxidációval előállított, 0,05-0,5 Mm vastagságú SiOa szigetelő 8 réteg helyezkedik el. A 8 réteg felett az 5 és 6 fémkontaktusokhoz hasonló 9 fémkontaktus van kialakítva. Az 5 illetőleg 6 és 9 fémkontaktusok között az egyes fémkontaktusok elszigetelésére Si02 szigetelő 10 illetőleg 11 25 rétegek vannak. A 10 és 11 rétegeket 0,1-1 Mm vastagságban, és 100-500 Mm szélességben pl. párologtatással vagy porlasztással lehet felvinni. Az 5, 6 illetőleg 9 fémkontaktusokhoz önmagában ismert módon 12, 13 illetőleg 14 kivezetések vannak csatlakoztatva. 30 Az ábrán szemléltetett MOS tranzisztorhoz hasonlóan lehet kialakítani egyéb önmagukban ismert felvezető eszközöket, pL diódákat, más elrendezésű laterális tranzisztort, fotodetektorokat, vagy integrált áramköröket a hordozó szubsztrátumon. 35 Találmányunknak további tárgya a fentebb ismertetett félvezető eszköz előállítására szolgáló új eljárás. Az eddigi ismeretek alapján egykristályos félvezető pl. Si réteget nem sikerült pl. ZnS hordozóra felvinni. Az ismert egykristályos félvezető réteg kialakítási módszereket cink- 40 vagy kadmiumkalkogenid hordozó esetében nem lehet alkalmazni, amivel a reaktív körülmények között bomlik, más esetekben pedig, így vákuumpárologtatásnál amorf vagy mikrokristályos félvezető réteg alakul ki a hordozón, mely a találmány szerinti félvezető eszköz céljára nem alkalmas. 45 A probléma megoldása új módszer kidolgozását tette szükségessé, amellyel biztosítani lehet az egykristályos félvezető réteg kialakulását az eddig alkalmazott módszerekhez Viszonyítva lényegesen alacsonyabb hőmérsékleten. Olyan eljárást kellett kidolgozni, hogy a hordozót ne érje károsodás 50 a művelet során. Eljárásunk lényege abban áll, hogy a kristályos réteget viszonylag alacsony hőmérsékleten (400-800*C között) a félvezető telített oldatának hűtése útján választjuk le a hordozóra. Oldószerként alacsony olvadáspontú fémet, 55 előnyösen galliumot, ónt, vagy indiumot használunk, melyben a művelet hőmérsékletén a cink- vagy kadmiumkalkogenid kristály oldékonysága elhanyagolható, és amely nem lép kémiai kölcsönhatásba a két kémiai anyaggal. Eljárásunkkal olyen félvezető réteget is előállíthatunk, 60 amely már a kívánt mértékű szennyező anyagot is tartalmazza. Ekkor az oldószerként használt fém olvadékba a félvezető anyagán kívül szennyező anyagot, általában a periódusos rendszer III. és V. oszlopába tartozó elemeket adagolunk. 65 A találmányunk szerinti eljárást a továbbiakban példákkal ismertetjük. 1. példa Gőzfázisból növesztett cinkszulfid egykristályokból 0,5 x 3x4 mm'-es szeleteket vágunk ki oly módon, hogy a két magy lap (111) orientációjú legyen. A szokásos polirozást és kémiai marást követően a szeleteket grafit csónakba helyezzük. Ugyancsak a csónakba mérünk 3 g 5N tisztaságú ónt és 3 at%, antimonnal szennyezett, 0,1 ohmcm ellenállású n-típusú szilíciumot. Az anyagokat tartalmazó grafit csónakot billenthető csó'kályhában, hidrogén atmoszférában 850*C-on 15 percig hőkezeljük olymódon, hogy az ón és a cinkszulfid szeletek ne érintkezzenek egymással. Ezután a csőkályhát úgy mozgatjuk, hogy a szilíciumot és ónt tartalmazó fémes olvadék elfedje a cink,szulfid szeleteket, majd 1000*C/óra sebességgel hűtjük a rendszert. Mikor a csőkályha hőmérséklete a 350*C-t eléri, ismét megdöntjük a kályhát. Ekkor a fémolvadék eltávozik a szeletek felületéről. A szeleteket szobahőmérsékletre hűtve és kivéve felületükön epitaxiális néhány ohmcm ellenállású n-típusú szüicium réteg van- 1 -M 2. példa Gőzfázisból növesztett cinkszelenid tömbből 0,5 mm vastag 8 mm1 -es (111) orientációjú lemezt vágunk ki. Polírozás és megfelelő kémiai tisztítás után a lemezt az 1. példában leírt berendezésbe helyezzük. Oldószerként 3 g 6N tisztaságú galliumot használunk, melyben 900*C-on 4 at% szilíciumot oldunk fel. A réteg kialakítását a cinkszelenid felületen az előbbiekben ismert módon hajtjuk végre. A találmány szerinti félvezető eszköz további kialakítása a félvezető technikában már ismert lépésekkel történhet. Alkalmazható például a szokásos és közismert planár technológia. SZABADALMI IGÉNYPONTOK 1. Félvezető eszköz, amelynek szigetelő hordozóra felvitt egykristályos félvezető rétegében önmagukban ismert áramköri elemek, előnyösen integrált áramkörök vannak kialakítva, azzal jellemezve, hogy a szigetelő hordozó cinkvagy kadmiumkalkogenid vagy ezek elegyéből álló kristály, a félvezető réteg pedig germánium vagy szilícium alapú. 2. Az 1. igénypont szerinti félvezető eszköz kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a szigetelő hordozó cinkszulfid vagy cinkszelenid kristály vagy ezek elegyéből álló elegykristály. 3. Eljárás az 1. vagy 2. igénypont szerinti félvezető eszköz előállítására, amely félvezető eszköznek szigetelő hordozóra felvitt egykristályos félvezető rétegében önmagukban ismert áramköri elemek, előnyösen integrált áramkörök vannak kialakítva, azzal jellemezve, hogy az egykristályos félvezető réteget a félvezető anyag telített oldatának hűtésével választjuk le a szigetelő hordozóra, majd a nyert egykristályos félvezető rétegben önmagában ismert módon alakítjuk ki a kívánt áramköri elemeket. 4. A 3. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy oldószerként 400 C* alatti olvadáspontú, mind a félvezető anyaggal, mind pedig a szigetelő hordozóval szemben kémiailag semleges olyan fémet alkalmazunk, amelyben a hűtés hőmérsékletén a szigetelő anyag oldékonysága elhanyagolható. 5. A 4. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja azzal jellemezve, hogy oldószerként galliumot, indiumot, ónt, cinket vagy kadmiumot alkalmazunk. 6. A 3-5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy oldószerként a kialakítandó félvezető réteg szennyező anyagát is tartalmazó fémet alkalmazunk. 1 db rajz A kiadásért felel: a Közgazdasági és Jogi Könyvkiadó igazgatója 740233, OTH. Budapest
