187693. lajstromszámú szabadalom • Eljárás p-tipusú tartományok kialakítása AL diffúzióval
1 187 693 2 A találmány tárgya olyan eljárás, mely a szilícium-dioxid és/vagy szilíciumnitrid maszkoló réteggel ellátott Si egykristály szeletben az A1 diffúzióval kialakított p típusú tartományok előállítására szolgál. Közismert tény, hogy a félvezető iparban a planáris technikában a napjainkban általánosan a p típusú rétegek kialakítására a bór diffúziót használják. Az elterjedésének a legfőbb oka, hogy a bőrt a vegyületeiből elsősorban a B203-ból igen egyszerű módon lehetséges a Si-ba diffundálni. További jelentős előnye ezen eljárásnak az, hogy az Si02a bór diffúzióval szemben kiváló maszkoló anyag. A szakirodalomból már kb. harminc éve ismert, hogy a p típusú rétegek kialakítására az előbb említett boron kívül léteznek még más anyagok is pl. Al, Ga, In. Az Al a borral szemben jelentős előnnyel rendelkezik, ezek pedig a következők: 1. Az Al diffúziós állandója kb. egy nagyságrenddel nagyobb mint a bőré. 2. Az Al-nak a Si-ban a szilárd oldékonysága kb. két nagyságrenddel nagyobb, ez a tulajdonság azonban csak bizonyos esetekben előnyös pl. akkor, ha nagy felületi ellenállású rétegeket kívánunk előállítani. 3. Az Al ionrádiusza közelebb áll a Si ionrádiuszához, és ezért a bediffundált Al kevésbé feszíti a Si kristályrácsát. Ezen jelentős előnyös tulajdonságok mellett, hogy az Al mégsem terjedt el általánosan, annak az volt az oka, hogy a diffúzió technikai kivitelezése nem volt még megoldott és a megfelelő maszkoló réteg is hiányzott. A napjaink irodalmában azonban már találunk utalásokat az Al diffúzió felhasználására a planáris technikában. Ismeretes, hogy az Si02 az Al diffúzióval szemben nem alkalmas maszkoló anyag. Ennek a legfőbb oka, hogy az Al a Si02-vel reakcióba lép és az azt Sí-á redukálja. Ezt a tényt a (P. Rau-Chodbury et al., J. El. Chem. Soc. 21. pp 1509. 1974. nov.) írja le részletesen. E tények ismeretében az 1 252 281 lajstromszámú angol szabadalmi leírás feltalálói javasolják, hogy maszkoló anyagként Si3N4-et vagy Si02 és Si3N4 kombinációját használják. A gyakorlatban bebizonyosodott, hogy az egészen sekély Al diffúzió ellen a Si3N4 valóban használható maszkolásra, azonban hosszabb idejű és magasabb hőmérsékletű, 1100 °C feletti diffúzióknál a Si3N4 is károsodik és lemarhatatlanná válik. A probléma megoldásában a 4 050 967 lajstromszámú USA szabadalmi leírásban a feltaláló Rosnowski tett jelentős lépést. Ő ajánlja az Al diffúziójával szemben maszkolásra a Si02 és poliszilícium kombinációjából alkotott réteget. Az eljárás lényegében az Al diffúziójára megnyugtató megoldást eredményez. Az eljárás kivitelezésénél azonban fontos, hogy az oxidlépcsők egész felületét a javasolt réteggel vonják be. Ha az oxidlépcsők teljes felületét nem fedik le, akkor az Al közvetlen érintkezésbe lép a Si02-val és azt kiredukálva megnövekszik az ablak mérete, így a diffúzió idejétől és hőfokától függően az ábrák eredeti méreteit jóval meghaladó alámarások is keletkezhetnek. Az eljárás kivitelezésénél további probléma az, hogy az Al diffúziója után a poliszilícium réteg marással történő eltávolításánál a marószer hatására, pl. KOH, az eredeti Si felület is bemaródik. A hivatkozott USA szabadalmi leírásban a feltaláló az Al szembeni maszkolásra 2000 nm vastag Si02 réteget javasol. Ekkor viszont nagyon magas oxidlépcsők alakulnak ki, melyek befedése külön gondot okoz. A napjainkban megvalósított módszereknél tehát megállapítható, hogy az Si02 önmagában egyáltalán nem, a Si3N4 pedig csak nagyon korlátozott körülmények között használható az Al-al szembeni maszkolásra. A poliszilíciummal fedett Si02-nél pedig fennáll az oxidlépcsőnél a bemaródás veszélye. Végül pedig az eljárások kivitelezésénél a kvarccsőbélésű diffúziós kályhák nem használhatók, mert a forrásként használt Al a magas hőmérsékleten elreagál a kvarccsőből származó Si02 gőzökkel. Az általunk kidolgozott találmány ezen hátrányok kiküszöbölését célozza. A találmány tehát olyan eljárás, mely a Si02 és/vagy SI3N4 maszkoló réteggel ellátott Si egykristály szeletben Al-diffúzióval kialakított p típusú tartományok előállítására szolgál. Az általunk kidolgozott találmány azon a felismerésen alapszik, hogy az eddigi közlésekkel ellentétben a Si02 igen jól maszkol az Al-al szemben, ha nem kerül közvetlenül érintkezésbe a fém Al-al vagy annak gőzeivel. Ezért az Al-al szembeni maszkolásra vékony 100-300 nm Si02 réteg is használható ami a Si02 lépcső tökéletes lefedését nagyon megkönnyíti. A poliszilícium rétegen keresztül átdiffundálandó Al mennyisége ugyanis az Al kismérvű szilárd oldékonysága miatt, nem képes a Si02-t vagy a Si3N4-et redukálni, legfeljebb annak felületi rétegét konvertálja át Al203-má. Azt, hogy az Al elreagál a Si02-vel és ezáltal a diffúzió számára hatástalanná válik, bizonyítja az a megfigyelés is, hogy az ablakok szélénél, a Si02-al fedett felületeken az Al oldal irányú diffúziója zérus. Az idejutó Al atomokat ugyanis a Si02 megköti. A 2-3 pm-nél mélyebb rétegekben természetesen, ahol ez a hatás már nem érvényesül, kismértékű oldaldiffúzió figyelhető meg. Mindamellett a bór oldaldiffúziójához képest ez csak annak kb. 1/3-a, ami az elemsűrűség szempontjából igen kedvezően kihasználható. Tapasztalataink szerint már 200 nm vastag Si02 képes kb, 15 pm mély diffúzióval szemben maszkolni. A Si02 vastagság további növelése tehát nem célszerű, mivel a vastagabb rétegeknél egyre inkább növekszik a nem kielégítő lépcsőfedés veszélye. Kísérleteink azt mutatták, hogy ha tökéletes lépcsőfedést kívánunk megvalósítani, akkor az alkalmazott technikától függően, pl. Low Pressure Chemical Vapour Deposition - LPCVD, vákuum párologta5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
