187713. lajstromszámú szabadalom • Eljárás félvezető amorf vékonyrétegek előállítására különösen félvezető eszközökhöz
1 187 713 2 Vr A találmány tárgya eljárás félvezető amorf vékonyrétegek, különösen különböző célú félvezető eszközök aktív anyagául szolgáló vékonyrétegek hőbontásos előállítására, amikor is félvezető-fém gáz halmazállapotú polivegyületét tartalmazó gázkeverékből legalább 10 Pa nyomáson bontjuk meg a vegyületet amorf vékonyréteg előállítására. Az amorf félvezetők igen fontos anyagai számos félvezető eszköznek. Ilyen eszközök például a számítástechnikai tárolóegységek, a FET-ek (térvezérlésű tranzisztorok) és vékonyréteg eszközök (integrált áramkörök), kijelzők, fénykibocsátó eszközök stb. Az amorf félvezetők különösen jól használhatók azún. fotoelektromos cellákban, amelyek feszültséget állítanak elő sugárzás hatására vagy fordítva, villamos energia bevezetésének következtében sugárzást bocsátanak ki. Ezek hátrányos jellemzője az, hogy ma még nem versenyképesek a hagyományos villamos energiaforrásokkal, amit mindenekelőtt annak kell betudni, hogy a fotoelektromos cellák aktív anyagául szolgáló félvezetők gyártási költségei igen nagyok. A fejlesztés kezdeti szakaszán a költséges és viszonylag vastag egykristályos anyagokat használták. Ma már a megfelelő fényérzékenységű amorf anyagot általában gázatmoszférában kiváltott parázsfénykisüléssel készítik. Szilícium hidrogénnel alkotott vegyületéből, azaz monoszilánból többféle parázsfénykisüléses eljárással lehet amorf szilíciumot előállítani. Ezek előnyös jellemzői közé - amelyeket egyebek között a 4 064 521; a 4 142 195; a 4 163 677; a 4 196 438; a 4 200 473 és a 4 162 505 sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírások is ismertetnek - kell sorolni azt a tényt, hogy az ily módon kapott amorf szilícium gyártási költségei alacsonyabbak, mint az egykristályos anyagé, de ezek a költségek még változatlanul magasak. Ezért ennek a technikának az általános elterjedésére nem lehet számítani. Az amorf anyagok előállításának költségét tovább csökkentette az az eljárás, amely szerint monoszilánból (SiH4) hőbontással készítik el a vékonyréteget, A monoszilánra épülő módszerek során a vákuumpárologtatást és erőterekben történő porlasztást (például katódporlasztást) is használnak. A monoszilán hőbontásával gyártott amorf szilícium, vagy ahogy a szakirodalom említi, a reaktív rápárologtatással (CVD-módszer) előállított amorf szilícium azonban fotoelektromos tulajdonságait tekintve nem megfelelő. Ez minden bizonnyal az anyag nem kedvező sűrűségére vezethető vissza. Amorf szilícium előállítására javasolták monoszilán vákuumpárologtatását. Az így kapott anyag fotoelektromos tulajdonságai azonban rosszabbak, mint a parázsfénykisülés révén előállított anyagoké. A 3 120 451 és a 4 125 643 sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásokban eljárásokat ismertetnek, amelyekben az amorf vékonyrétegek előállításához alapanyagként különböző fluoroszilánokat javasolnak. Az így kapott anyag azonban fotoelektromos jellemzőit tekintve a szilánból parázsfénykisüléses eljárással előállított amorf szilíciumrétegekhez hasonló tulajdonságoka' mutat, és egyúttal a költségek továbbra is viszonylag magasak. A 4 237 150 és a 4 237 151 sz. északamerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás szerint amorf szilícium előállítása lehetséges monoszilánt és magasabb homológokat poliszilán(okat) tartalmú zó gázkeverékből viszonylag magas (r00...2100 °C közötti) hőmérsékleteken viszonylag nagy, 0,01 Pa alatti, vákuumban végzett hőbontással. A megfelelő módon előkészített forró gázáromot ebben az esetben alacsonyabb hőmérsékletű szubsztrátumra áramoltatják. Ez az eljárás nagy go adósságot, magas hőmérsékletet és nagy vákuum alkalmazását igényli, a vele előállított vékonyrétegek fotokonduktivitása viszonylag kicsi, legfeljet b a 10-7 (ohm-cm)'1 értéket éri el. \ találmány célja a fentiekből kiindulva olyan eljárás kidolgozása, amellyel elsősorban viszonylag nagy nyomás alkalmazása mellett, másodsorban az edlig alkalmazottaknál alacsonyabb hőmérsékleten megfelelő fotoelektromos tulajdonságú amorf félvezető vékonyrétegek hatékonyan és alacsony költségszinten állíthatók elő. A célkitűzés szerint ób an vékonyrétegeket kell előállítani, amelyekből kiindulva kiváló tulajdonságokkal jellemzett fényelemek és fényérzékelő eszközök hozhatók létre, olyanokat, amelyek előállítási költsége és technológiai igényessége kisebb, mint az ismert parázsfénykií üléses, vákuumpárologtatásos és ionporlasztáso; módszerekkel előállított eszközöké. A kitűzött cél elérésére eljárást dolgozunk ki az ismerteknél nagyobb fényérzékenységű, azoknál jobb energiaátalakítási hatásfokkal jellemzett amorf félvezető vékonyrétegek előállítására, amiké r is szubsztrátumon félvezető-fém, különösen gemánium vagy szilícium egy vagy több gáz halmazállapotú magasabb homológú polivegyületéből 10 Pa-nál nagyobb nyomás mellett egy vagy több vékonyréteget választunk le. A leválasztást célszerűen 1,3-105 Pa alatti nyomáson végezzük, például 150 és 500 °C közötti hőmérsékleten hőbontással és, vagy parázsfénykisülés alkalmazásával. A tapasztalat szerint különösen előnyös 102 és 1,5* 10* Pa közötti nyomás alkalmazása, mivel így a részecskék gázfázisú bomlása elkerülhető. Sok esetben célszerű lehet a 0,1 és a 10 Pa közötti nyomások alkalmazása is. A gázhoz természetesen többféle dópoló anyagot is lehet adagolni az előállítani kívánt vékonyrétegek tulajdonságától függően, és különösen célszerűen bizonyult a bórvegyületek és/vagy a foszforvegyületek, így mindenekelőtt a diborán és a foszfin alkalmazása. A polivegyület(ek)et célszerű lehet közömbös hordozó gázzal adagolni. Célszerű a szubsztrátum melegítése a hőbontás alatt, mivel ily módon a leválasztás sebessége növelhe tő. A hőbontás hőmérsékletét szilícium esetében 300 és 500 °C közötti, germánium esetében 150 és 220 'C közötti értékre célszerű választani. A találmány szerinti eljárást előnyösen olyan polivegyületekből kiindulva hajtjuk végre, amelyek az FvnH2n+j általános képlettel jellemezhetők, ahol 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
