179820. lajstromszámú szabadalom • Eljárás n-tipusú rétegek előállítására Si félvezető kristályon
5 179820 6 hatunk, tehát egyszerre sok szelet feldolgozása lehetséges. A diffúziós kályha egyenletes hőzónájának hosszától függően 20 —60 szeletet is elkészíthetünk egy ciklusban. A módszer tehát nagyon termelékeny. 5. Mivel a leválasztás alatt csak igen vékony, általában kisebb mint 0,1 jj.m vastagságú diffúziós réteg képződik az alkalmazott alacsony leválasztási hőfok miatt, az eljárás alkalmas Gauss-profilú rétegek előállítására. A leválasztásnál beépült dififuzáns mennyisége ugyanis adott, és ha a képződött üvegfázist eltávolítjuk, a behajtás során csak ez az anyagmennyiség tud behatolni. 6. Alacsony hőmérsékletek felé nagymértékben csökken a foszfor szilárd oldékonysága a Si-ban (1150 °C-on 1,3- 1021, 1000 °C-on 1,1021, 850 °C-on pedig kb. 5 • 1020 db/cm3). A kisebb mértékű beoldódás miatt kisebb vagy elhanyagolható lesz a beépült inaktív P atomok száma, és az általuk okozott rácstorzulás. [Control of diff. induced dislocation in P diff. Si: R. A. McDonald et al. Solid State El. Vol. 9. (1966) p. 807 -812.] A találmány szerinti eljárással leválasztott n-típusú rétegeket a szakmában ismert módon kívánt mélységűre bediffundálhatjuk magasabb hőfokon, például 900 — 1250 °C közötti hőmérsékleten. Ilyenkor az Rs érték a behajtás hőfokától és idejétől függően a leválasztott érték 20—40%-ára csökken. A csökkenést csak a behajtási gradiens elején lehet az inaktív foszfor atomok aktivizálódásával magyarázni. A további csökkenést a töltéshordozók mozgékonyságának növekedése okozza. A találmány szerinti eljárás jobb megértését az alábbi példákkal kívánjuk elősegíteni anélkül azonban, hogy ezzel a találmány alkalmazási körét korlátoznánk. 1. példa PNP tranzisztor bázisdiffúziójának elkészítése Elérendő cél: Rs==80ohm/d,Xj = 3lu.m. A berendezést a 2. ábra szemlélteti. A megadott Rs érték eléréséhez, a behajtás során bekövetkező Rs csökkenés miatt, kb. 200 ohm/ □ -es felületi ellenállású réteget kell leválasztanunk. A közölt táblázat szerint ezt 790 cC-on tudjuk megvalósítani. A diffúziós kályha hőfokát tehát ide állítjuk be és ellenőrizzük az egyenletes hőzóna helyét. Ezután 4 nyomásszabályozóval olyan N2 nyomást állítunk be, hogy 1 rotaméter csapjának kinyitásakor a telítési koncentráció eléréséhez szükséges már korábban meghatározott gázmennyiség áramoljon át, amit 1 rotaméterrel mérünk. Miután ezt beállítottuk, az 1 rotaméter gázcsapját ismét elzárjuk és megvárjuk, amíg a próba során a rendszerbe jutott doppolóanyag kiürül. A bázisablakot tartalmazó Si szeleteket valamint az Rs ellen őrzésére szolgáló p típusú kísérő szeletet a reaktorcső hossztengelyével párhuzamos hornyozatú 6 kvarc-szelettartóba helyezzük és azt a kályha egyenletes hőzónájú részébe toljuk. Eközben a 2 rotaméteren 200—400 1/óra mennyiségű N2-t áramoltatunk, hogy a Si szeleteket az oxidációtól megóvjuk. Miután a kályha hőfoka ismét stabilizálódott, 3 rotaméter csapjának nyitásával kb. 30 1/óra mennyiségű 02-t juttatunk a rendszerbe, majd ezután rögtön nyitjuk az 1 rotaméter csapját és a leválasztást megkezdjük. Ekkor az 5 edényben levő POCl3 permet alakjában a reaktortérbe áramlik. 10 s elteltével az 1 rotaméter csapját elzárjuk, de a 2 és 3 rotamétereken az előbb beállított gázokat hagyjuk a reaktortérbe áramolni még további 5 percig. Ekkor a 3 rotaméter csapját zárjuk és csak 2 rotaméteren át áramoltatunk N2-t a reaktorcsőbe. 20 perc múlva a Si szeleteket tartalmazó 6 kvarc-szelettartót kihúzzuk a kályhából. A szeletekről a leválasztás alatt képződött foszforüveget 4,5 pH-jú, HF tartalmú pufferolt oldattal 30 s alatt lemarjuk, a szeleteket ioncserélt vízben mossuk és szárítjuk. A kísérőszeleten megmérjük a leválasztás utáni Rs értéket. A szeleteket ezután kísérőszelettel együtt 1150 °C-os, 02-vel öblített kályhába toljuk és a leválasztott n-típusú réteget 3 [am mélységig behajtjuk. A leválasztott Rs értéktől függően 80+5 ohm/d felületi ellenállású, Gauss profilú n-típusú réteget kapunk. 2. példa npn típusú tranzisztor emitterének elkészítése Elérendő cél: Rs=6—8 ohm cm felületi ellenállású, 1,5—2 cím mély n-típusú réteg előállítása. A megadott Rs érték eléréséhez a foszfor leválasztást 870 °C-on végezzük, az első példában leírt módon. Ily módon a leválasztás után kb. 30 ohm/d felületi ellenállású n réteget kapunk. A szeletekről most nem marjuk le a leválasztás során képződött foszforüveget, hanem a szeleteket leválasztás után rögtön egy 1100 °C hőmérsékletű behajtó kályhába toljuk, és a leválasztott réteget a kívánt mélységűre (1,5—2 ;tm) behajtjuk. A behajtás során a foszfor üvegből annyi foszfor diffundál be a kristályba, hogy a végső Rs 6—8 ohm közötti lesz. Az így készített emitteru tranzisztorokat összehasonlítottuk a szokásos módon 1100 °C-on leválasztott és behajtott emitterű tranzisztorokkal. Az alábbi különbségeket találtuk. A találmány szerinti eljárással készített tranzisztorok UEQ (emitter-bázis) feszültsége a bázis ellenállástól függően 0,6—1,0 V-tal magasabb volt, mint az összehasonlító minták emitter-bázis letörési feszültsége. A vizsgált tranzisztorok kapcsolási ideje (tárolási idő) kb. 20— 30%-kal magasabb volt a kontroll mintákénál, a tranzisztorok zaja viszont valamivel kisebb volt, mint a kontroll mintáknál. Ezek a különbségek feltehetően a kisebb mértékű rácstorzulással, ill. a kevesebb emitter diszlokációval magyarázható. Ezt az Rtg topográfiás vizsgálatok is alátámasztják. Szabadalmi igénypontok 1. Eljárás n-típusú rétegek előállítására Si félvezető kristályon folyadék vagy gázhalmazállapotú adalékanyagok alkalmazásával, 02 gáz jelenlétében, valamely önmagában ismert diffúziós rendszerben, azzal jellemezve, hogy az adalékoló anyagot a leválasztás folyamán képződő üvegfázis olvadáspontja alatti hőmérsékleten, 1—30 s alatt juttatjuk a diffúziós rendszerbe, a rendszerbe helyezett szeletek felületén az adott hőmérsékleten telített koncentrációt alakítunk ki, majd az így kialakult homogén, telített réteget a leválasztási vagy annál magasabb hőmérsékleten 0,1—20 [a.m mélységre bediffundáltatjuk. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a folyadék halmazállapotú adalékanyagok nagy mennyiségben történő bevitelét 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
