专利名称:配制液态掺杂剂稀溶液的气体载运方法及其装置的制作方法
本发明和掺杂的气相化学淀积技术领域：
相关。
现有的容量法、重量法或半定量的滴加方法(见杨英
等《砷化镓气相外延中的N型掺杂》载于中国《一九八一年砷化镓及有关化合物会议论文集》160页;四机部一四四六研究所《掺锡的砷化镓气相外延》载于中国《一九七七年砷化镓及其它Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体会议文集》295页)都要先配好母液再稀释。用微量取样器虽可省去配母液，但准确性很差。所有这些方法都要暴露于空气中操作，由于AsCl3剧毒，SiCl4、PCl3、S2Cl2、SnCl4、AsCl3等极易水解发烟，PCl3易氧化，在往返的溶液转移、计量、摇匀等操作中，不但使这些超纯液体受到空气和过多容器的沾污，且对人体极为有害。对于BCl3，沸点为12℃，接触室温下的器皿就要气化，更使这种操作无法进行。本发明的目的，就是开创一个没有这些弊端的新配液途径，其方法是将高纯载气以低流速先通过恒温的掺杂剂冒泡瓶(2)，再流经基质液(指硅外延用的SiCl4、GaAs外延用的AsCl3等，文中均同)的冒泡瓶(3)，精确控制流过气体的体积，就可将掺杂剂适量地载入到基质液中。
图1中载气通过质量流量计(1)经石英四通活塞(7)、(8)分别和石英掺杂剂冒泡瓶(2)、石英基质液冒泡瓶(3)相通，两瓶的进气管上的螺旋叶(4)大大增加了气泡和液体的接触时间，使气液两相达到平衡。瓶(2)外套一恒温槽(5)。瓶(3)通过其外部的恒温槽(12)适当降温，为的是加快已气化了的掺杂剂的溶解过程，并减少基质液的损失，(6)为其进气管下端口。吸收瓶(11)能把基质液和掺杂剂吸净，接于三通活塞(9)上的管(10)为接入反应系统中用。图2与图1完全相同，只是瓶(2)中没有螺旋叶，这是对于掺杂剂的气化易达平衡时用的装置。
发明的详细说明此方法的原理是，在低流速时，让气液两相充分接触而达平衡，这是成功的关键。因此，若从瓶(2)流过的载气总体积为V，其所携出的掺杂剂的克分子数nd有如下近似关系nd≈ (Pd V)/(RT)式中Pd为掺杂剂在该温度T下的饱和蒸气压。当流经瓶(3)时，对于半导体掺杂来说，可以认为掺杂剂溶于基质液中是完全的。通过上式理论计算，可以选择合适的瓶(2)温度T，以得到易于准确控制的通气量。
操作程序，瓶(2)(3)恒温后，有以下五步1、用载气分别冲洗管道和瓶子(2)(3)(11)，驱净空气。
2、去除掺杂剂的低沸点成分。使载气流经瓶(2)而不经瓶(3)放空，将掺杂剂中的低沸点杂质带走。至于哪些高沸点杂质，如氯化物水解后的产物，则不易载带出来，取中馏分用，气体载带法就有纯化掺杂剂之功效。当用冷凝式冒泡瓶或串接一个简易精馏柱时，这种提纯效果就更好。
3、关闭瓶(2)(3)，用载气冲净管道中的掺杂剂，这是为了计量体积上的准确。
4、气体载带。将流量调至适用于载带的最佳流速。最佳流速与掺杂剂、基质液的种类，使用温度，瓶(2)瓶(3)的结构尺寸有关。通常使用条件下，最佳流速都在300ml/分以下。自瓶(2)鼓出第一个气泡开始，以实际流量计算，到达所需载气量时，立即切断流经瓶(2)的载气。
5、全溶与混匀。让载气继续流经瓶(3)不过瓶(2)，以便使自活塞(7)经活塞(8)到管口(6)这段管道中的掺杂剂都溶进基质液中，并利用气泡的搅动，使其充分混匀。瓶(3)就是外延用的冒泡瓶，无需溶液再转移。
此法的显著优点是1、隔绝空气操作，避免了氯化物的水解、氧化等空气沾污及对人体毒害。
2、有纯化掺杂剂功效。
3、解决了象BCl3这类在室温下就沸腾的掺杂剂的配制问题。把BCl3放在干冰中，气体载带就很方便了。
4、操作简便，设备无需投资，大都是外延实验室已有的。
5、实现了微调，就便于初次自浓度低向浓度高逐步摸索掺杂。把整个配液装置接于外延系统上，更省去反复拆装瓶(3)要干燥系统之烦和造成漏气之忧。这在原来用衡量液态掺杂剂体积的办法是根本不可能的，因为每次只加几微升，气体载带法把这样少的掺杂剂在低于沸点下气化，体积增大约105倍，这就实现了精密调节。而这种摸索也是有规可循的，因在一般情况下，杂质并入外延层的量，在其它条件恒定时，只与掺杂剂在反应管气相中的分压成正比，于是，当不知掺杂比(这里指外延片中杂质的摩尔分数浓度与瓶(3)溶液中杂质摩尔分数浓度之比)，若初次体积为V1的载气配得的溶液外延时得到的载流子浓度为n1，如果我们所要求的载流子浓度为n2，那么所需的总载气体积V2有如下关系V2= (V1·n2)/(n1)若已知掺杂比，为防止掺过头，我们可以用予算的载气量一半(或1/3)配液，实测外延片浓度，用上公式，修正下一半(或2/3)载气量，以弥补理论与操作间的偏差。
权利要求
1.配制液态掺杂剂的稀溶液，把极少量高纯掺杂剂加入到少量超纯基质液中，本方法的特征是通过载气携运完成。
2.根据权利要求
1所述方法的配液操作，其特征是它包括载气冲洗管道、纯化掺杂剂、冲净管道中的掺杂剂、气体载运、全溶与混匀等五步组成的固定程序。
3.使用如权利要求
1所述方法的装置，为载气顺经质量流计(1)，四通活塞(7)连结的恒温冒泡瓶(2)，四通活塞(8)连结的恒温冒泡瓶(3)，三通活塞(9)连结的吸收瓶(11)，最后放空。其特征为先通过的冒泡瓶(2)为掺杂剂冒泡瓶，后者(3)为基质液冒泡瓶;瓶(2)可带或不带有螺旋叶，瓶(3)带有螺旋叶。
专利摘要
本发明属于掺杂的气相化学淀积领域。以高纯载气流经恒温掺杂剂的冒泡瓶，再流经外延淀积用的基质液瓶，载入基质液中的掺杂剂量可得到精确控制。本法操作简便，避免了配液过程中氯化物的水解、氧化等空气污染及对人体的毒害，解决了那些室温下就沸腾的掺杂剂(如BCl
文档编号H01L21/02GK86104706SQ86104706
公开日1988年1月27日 申请日期1986年7月10日
发明者杨韧 申请人:杨韧导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan