188359. lajstromszámú szabadalom • Eljárás szilícium szelet nagy mechanikai szilárdságú fémréteggel történő bevonására kémiai redukcióval
1 188 359 2 A találmány tárgya eljárás szilícium szelet nagy mechanikai szilárdságú fémréteggel történő bevonására kémiai redukcióval, amelynek során a szilícium szeletre először nikkel réteget választunk le, a nikkel réteget szintereljük, majd erre visszük fel a fémréteget. A bevonandó szilícium felületén az ismert diffúziós eljárásoknál foszfor-diffúzió esetén foszforszilikát üveg képződik a következő reakciók szerint: 2 P205 + 5 Si - 4P + 5Si02 Si02 + P205 -♦ Si02.P20s Ha a foszfornak a szilíciumba történő diffúziója nem elég gyors ahhoz, hogy a foszforpentoxid redukciójával képződött összes foszfort elszállítsa, úgy a foszfor koncentrációja a szilícium felületén telítési értékig nő. Ezzel egyidejűleg a felesleges foszfor miatt 1022 atom/cm3 foszforkoncentraciójú fázisréteg keletkezik a szilícium és a szilikátüveg között [J. Electrochem. Soc. 111, 1383 (1964).]. Hasonló a helyzet bór-diffúziónál, ahol B203 a szilícium reakciópartnere az atomi bőr előállításához: 2 B203 + 3 Si -* 3 Si02 + 4 B Si02 + B?03 -► B203.Si02 Itt is létrejön egy hidrogénfluoridban oldhatatlan nagy bórkoncentrációjú közbenső fázisréteg [Z. Angew. Phis., 28, 337 (1970).]. A nikkel réteggel történő bevonás előtt a szilícium felületéről eltávolítják a foszfor-diffúzió során keletkezett foszforszilikát üveget, illetve a bórdiffúzió során keletkezett bórszilikát üveget. Kémiai úton csak a hidrogénfluoridban oldható rétegeket tudják eltávolítani. Az így kialakult szilícium felület a legtöbb esetben még inaktív a redukciós nikkel leválasztással szemben. Ezért csiszolással, vagy szilíciumkarbiddal történő fújási eljárással részben, vagy egészben eltávolítják a szilícium p- és n-vezető felületéről a közbülső fázisréteget is. Az így előkészített szilícium szelet felületére az irodalomban ismertetett eljárások szerint kétféle eljárással készítenek nikkel bevonatot [Dr. Csokán-Dr. Nádasi: Felületnemesítés fémbevonatokkal (1979)]. A Kanigen eljárásnál hipofoszfitos nikkelredukció eredményeként 3-10% foszfort tartalmazó nikkel-foszfor ötvözetréteg keletkezik. A Nibodur eljárásnál a boranátos nikkelfürdőből kiváló nikkel-bór ötvözet 7-9% bort tartalmaz. Mindkét módszernél a szilícium felület aktív pontjaiban redukciós fémcsírák képződnek, majd ezek tovább növekednek. Eközben a redukáló szer bomlástermékei (nikkelfoszfid, nikkelborid), továbbá egyéb idegen anyagok a kristálycsírák hézagaiba beépülnek. A szilícium felületére felvitt nikkel réteg szinterer lési folyamata olyan magas hőfokon történik, hogy nikkel-szilícium ötvözetfázis is kialakul [J. Elektrochem. Soc., 115, 912 (1968)], amely ötvöződik a beépült bomlástermékekkel, a szilíciumkarbid csiszolópormaradvánnyal, illetve a diffúziók során létrejött fázismaradványokkal. Általános gyakorlat, hogy a szinterelési folyamatnál kialakult rétegre - a forraszthatóság érdekében - egy fémréteget visznek fel. Az ismert eljárások hátránya az, hogy a fémréteget a szinterelési folyamatnál létrejött ismeretlen összetételű és rétegződésű ötvözetfázis felületére választják le, amely a beépült bomlástermékek és maradványok következtében laza szerkezetű. Nagyobb mechanikai igénybevételnél itt rétegszakadás következhet be. A találmány célja nagy mechanikai szilárdságú fémbevonat létrehozása szilícium felületen. A találmány alapja az a felismerés, hogy a foszfor- és bórdiffúzióval előállított p- és n-vezető rétegre felvitt nikkel szinterelési folyamata alatt egy igen vékony laza szerkezetű felületi réteg alakul ki. E felületi réteg alkalmas koncentrációjú hidrogénfluoridban történő szelektív marás után porózussá válik, fellazul. Megfelelő ultrahangos kezeléskor a réteg fellazult szemcsemaradványai a felületről leszakadnak, a felület aktívvá válik. A találmány szerinti eljárás során a szilícium szeletre kémiai redukcióval nikkel réteget választunk le, ezt a nikkel réteget szintereljük, a szinterelési folyamat után a szilícium szeletre hidrogénfluorid és víz 1 : 1-2 : 1 arányú oldatába mártjuk, majd leöblítés után vizes ultrahangos kezelésnek vetjük alá. A találmány szerinti eljárás egy előnyös foganatosítási módja szerint a szilícium szeletet 1-4 perc időtartamig mártjuk be a hidrogénfluorid oldatba. Egy további foganatosítási mód szerint a szilícium szelet ultrahangos kezelésénél a frekvenciát 20 kHz-től 40 kHz-ig terjedő tartományban ciklikusan változtatjuk. A fémréteget az ultrahanggal kezelt felületre visszük fel. További előnyös foganatosítási mód, hogy a szinterelési argon, nitrogén, vagy hidrogén atmoszférában végezzük. A találmány szerinti eljárás főbb előnyei: a) Eltávolítható az a réteg, amelyben a rétegszakadás létrejöhet, ezáltal nagy mechanikai szilárdságú kontaktus állítható elő. b) A laza réteg eltávolításával csökken a fémes vezetőréteg átmeneti elektromos ellenállása. c) Aktív felület keletkezik a fémréteg leválasztásához mind a p-vezető, mind az n-vezető zónákban. d) Olyan szilícium szelet bevonására is alkalmas, ahol a szinterelési atmoszféra argon, nitrogén, vagy hidrogén. e) A szinterelési atmoszféra nem igényli a félvezető technológiáknál szokásos járulékos továbbtisztítási folyamatok alkalmazását (pl. szárítótornyok, folyékony levegő stb.). A találmány szerinti eljárást az alábbi példával ismertetjük: 70 ohmcm-es n-típusú, 280 pm vastagságú szilícium szelet egyik oldalán 60 pm mély gallium-diffúziós p-típusú réteggel rendelkezik. A p+- és n+réteg kialakítása szimultán bór- és foszfor-diffúzióval történik. A felületen létrejött bór- és foszforszilikát üveg oldható részét hidrogénfluoridos marással eltávolítjuk, majd a felületet 4Ö0-as szilíciumkarbid homokfúvással tovább tisztítjuk. A nikkel réteg felvitele előtt 80 °C-os 1%-os nátriumhidroxidban 10 másodpercig aktiváljuk, majd öblítés után Kanigen eljárással hipofoszfitos 92 °C-os nikkelfürdőben 2 perc időtartamig nikkel réteget választunk le. A szinterelést 600 °C-on hidrogén atmoszférában 30 percig végezzük. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
