SE500333C2 - Anordning för elektrolytisk oxidation av kiselskivor - Google Patents

Description

500 10 15 20 25 30 35 333 2 jämnheten hos oxidskikttjockleken inom intervallet i5Å inom tjockleksintervallet på kiselskivan på 200-2000 Å, vilket område är ett för närvarande tekniskt acceptabelt tjockleksområde för s k högintegrationkretsar. Nyssnämnda intervaller bestäms enligt föredragna utföringsformer av uppfinningen av parametrar som framgår av patentkraven och av exemplen nedan.

Uppfinningen beskrivs närmare i det följande under hänvisning till bifogade ritningar, där fig 1 visar en föredragen anordning enligt uppfinningen delvis i sektion och fig 2 och 3 visar karakteristik hos en med anordningen framställd kiseloxidskiva.

Mellan en katod 1 och en anod 6 är anordnad en kisel- skiva 4 (blott dess ena yta skall oxideras, vilken yta är vänd mot katoden 1). skiva är horisontellt anordnade.

Komponenterna katod, anod och kisel- Katodrummet 2 definieras av en till cirkelform formad silikonsträng 3, anordnad mellan och i direkt anliggning mot katoden och kiselski- van. Ett likadant arrangemang kan föreligga på anodsidan, men i exemplet föredrages, som anodmediumbärare, ett paket av cirkulära filterpappersskivor 5. Elektroderna 1 och 6 är fästa på metalliska bärstycken 9 resp 7 medelst bultar 8 och är väsentligt större än kiselskivan 4. Katoden 1 och dess bärare 9 är dessutom väsentligt tunga, så att aggre- 5 och 6 till god fysisk och elektrisk kontakt med varandra. Katod- gatet förmår att pressa ihop detaljerna 1, 3, 4, och anodanslutningarna till en likströmskälla (ej visad) har hänvisningsbeteckningarna 10 och ll. Anodanslutningen 11 visas här ha förbindelse 12 med bulten 8.

EXEMPEL I följande exempel var parametrarna vid anodoxidering Elektrod- startspänning: 30 V; oxidationstid: av kiselskivor följande, om inget annat anges. avstånd: 25 mm, 10 min; elektrolyt i såväl katod- som anodkammare - :50 mM natriumfosfat - 2,17l5 g Na HPO + 0,9358 g NaH P0 i 2 4 2 4 400 ml destillerat vatten - med pH 7,0. 10 15 20 25 30 35 500 333 3 Elektroderna bestod av 170 x 175 x 5 mm grafitplat- tor, och katoden 1 med sitt bärstycke vägde 1,5 kg (varav katoden 0,73 kg). Kiselskivan var en 3 tum cirkulär skiva med tjockleken 330 um och ledningsförmàgan 10 Q.

Temperaturen var rumstemperatur (20-25°C). Filter- pappret var Munktell nr 3, A 3-90-700 cirkulära skivor med 1,75 tum diameter. Silikonsträngen var 4 mm i diameter och den var formad till en cirkel med 30 mm diameter.

Kiseloxidtjockleken uppmättes med en ellipsometer, AutoEl III, Exempel l-4, Rudolph Research Inc,. N.J. jonstyrka Anodoxidation utfördes med nämnd elektrolyt med jon- 50; 100; och 200 mM. Strömstyrkan var 40 mA.

Kiseloxidskikttjockleken uppmättes till 354; 332; 291 resp 279 Å med spridningen t1,5; 1,8; 2,0; resp 8,0. Exemplet 4 styrkorna 25; fyllde ej det föredragna kvalitetskravet och högre jon- styrkor ger tunnare oxidskikt och större spridning.

Exempel 5-9, pH Anodoxidation utfördes med nämnd elektrolyt, dock med pH-värdena 1,9; 4,5; 7,0; 9,0; och 11,6. Strömstyrkan var 40mA. Kiseloxidtjockleken uppmättes till 120; 371; 332; 296 resp 222 Å, med spridningen högst 110,5; 1,5; 0,9; 2,0 resp 15,0 Å, där de första och sista resultaten ej upp- fyller det föredragna kvalitetskravet.

Exempel 10-14, Anodoxidation utfördes med strömstyrkorna 10; 20; 40; strömstyrka 60 och 80 mA. Spänningen varierade 28-65V. Kiseloxidtjock- leken uppmättes till 79; 155; 319; 473 resp 615 Å. Sprid- ningen var i alla dessa försök högst t5 Å. Mätvärdena anger ett linjärt samband. De första två resultaten upp- fyller ej det föredragna kvalitetskravet.

Exempel 15-18, avstånd Anodoxidation utfördes med ett avstånd mellan elek- troderna 1 och 6 pà 6; 25; 50 och 100 mm, varvid denna avståndsvariation àstadkommes med silikonsträng och distansring mellan katod och kiselskiva. Strömstyrkan var l0mA. Ungefär samma oxidskikttjocklek på 100-1l0Å erhölls för alla avstånd, och tjockleksvariationen var högst 15 Å.

U1 CD CD 10- 15 20 25 30 35 3153 Exempel 19, elektrolyt Anodoxidation utföres med Tris som elektrolyt. Snar- lika resultat som ovan i exemplen 1-18 erhölls, dvs kisel- oxidtjockleken och den spridning låg inom de föredragna intervallen.

I fig 2 visas en ström-spänningskarakteristik och i fig 3 en kapacitans-spänningskarakteristik för en med anordningen ovan framställd kiseloxidskiva med oxidtjock- lek på 35OÅ. Karakteristikorna bestämdes över olika punk- ter på kiseloxidskivan, och de visade karakteristikorna är representativa för den erhållna skaran, dvs oxidtjockleken var väsentligen konstant över skivan. Genombrottsspän- ningen var mycket högre än 1OV, strömmen i backriktningen vid rumstemperatur var vid l0V ca l0_6A. mättes vid 1 mHz; flatbandsspänningen bestämdes till -o,91v. För övrigt gällde bulkdoping 2,9x1o12 3 cm , fällor, CV-kurvan uppmät- oxid- kapacitans 1029 pF, oxidladdning (fasta, 11 3,6x1O cm. rörliga)

Claims (5)

10 15 20 25 30 35 500 353 PATENTKRAV

1. Anordning för elektrolytisk oxidation av kisel- skivor, vilken anordning innefattar plattformig anod (6) och katod (1) och arrangemang för hållande av en kisel- skiva (4) mellan och med avstånd till nämnda anod och katod, att anod, katod och kiselskiva är horisontellt anordnade, att anoden och k ä n n e t e c k n a d därav, katoden är större än kiselskivan och att hållararrange- manget utgörs av lösa distanser (3, 5) mellan kiselskiva och resp elektrod, vilka distanser innesluter elektrolyt, varvid stapeln av elektroder, kiselskiva och distanser är sammanhållna endast av tyngdkraften, och att elektrolyten i åtminstone katodrummet (2) är en buffertlösning.

2. Anordning enligt kravet 1, k ä n n e t e c k - n a d därav, att den övre distansen bildas av en ring av inert material.

3. Anordning enligt kravet 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a d därav, att den undre distansen bildas av ett eller flera skikt av poröst material.

4. Anordning enligt något av kraven 1-3, k ä n n e - t e c k n a d därav, att elektrolyten i såväl anodrum som katodrum innefattar dinatriumvätefosfat och natriumdiväte- fosfat.

5. Anordning enligt något av kraven 1-4, att elektrolytens pH är 4-10. k ä n n e - t e c k n a d därav,