[其他]配制液態(tài)摻雜劑稀溶液的氣體載運(yùn)方法及其裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 86104706
• 申請(qǐng)日: 1986-07-10
• 公開（公告）號(hào): CN86104706A
• 公開（公告）日: 1988-01-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊韌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 楊韌
• 主分類號(hào): H01L21/223
• 分類號(hào): H01L21/223;H01L21/205;C30B31/00
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本發(fā)明和摻雜的氣相化學(xué)淀積技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)。

現(xiàn)有的容量法、重量法或半定量的滴加方法（見楊英等《砷化鎵氣相外延中的N型摻雜》載于中國《一九八一年砷化鎵及有關(guān)化合物會(huì)議論文集》160頁;四機(jī)部一四四六研究所《摻錫的砷化鎵氣相外延》載于中國《一九七七年砷化鎵及其它Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體會(huì)議文集》295頁）都要先配好母液再稀釋。用微量取樣器雖可省去配母液，但準(zhǔn)確性很差。所有這些方法都要暴露于空氣中操作，由于AsCl₃劇毒，SiCl₄、PCl₃、S₂Cl₂、SnCl₄、AsCl₃等極易水解發(fā)煙，PCl₃易氧化，在往返的溶液轉(zhuǎn)移、計(jì)量、搖勻等操作中，不但使這些超純液體受到空氣和過多容器的沾污，且對(duì)人體極為有害。對(duì)于BCl₃，沸點(diǎn)為12℃，接觸室溫下的器皿就要?dú)饣惯@種操作無法進(jìn)行。本發(fā)明的目的，就是開創(chuàng)一個(gè)沒有這些弊端的新配液途徑，其方法是將高純載氣以低流速先通過恒溫的摻雜劑冒泡瓶（2），再流經(jīng)基質(zhì)液（指硅外延用的SiCl₄、GaAs外延用的AsCl₃等，文中均同）的冒泡瓶（3），精確控制流過氣體的體積，就可將摻雜劑適量地載入到基質(zhì)液中。

附圖說明：

圖1中載氣通過質(zhì)量流量計(jì)（1）經(jīng)石英四通活塞（7）、（8）分別和石英摻雜劑冒泡瓶（2）、石英基質(zhì)液冒泡瓶（3）相通，兩瓶的進(jìn)氣管上的螺旋葉（4）大大增加了氣泡和液體的接觸時(shí)間，使氣液兩相達(dá)到平衡。瓶（2）外套一恒溫槽（5）。瓶（3）通過其外部的恒溫槽（12）適當(dāng)降溫，為的是加快已氣化了的摻雜劑的溶解過程，并減少基質(zhì)液的損失，（6）為其進(jìn)氣管下端口。吸收瓶（11）能把基質(zhì)液和摻雜劑吸凈，接于三通活塞（9）上的管（10）為接入反應(yīng)系統(tǒng)中用。圖2與圖1完全相同，只是瓶（2）中沒有螺旋葉，這是對(duì)于摻雜劑的氣化易達(dá)平衡時(shí)用的裝置。

發(fā)明的詳細(xì)說明：

此方法的原理是，在低流速時(shí)，讓氣液兩相充分接觸而達(dá)平衡，這是成功的關(guān)鍵。因此，若從瓶（2）流過的載氣總體積為V，其所攜出的摻雜劑的克分子數(shù)n_d有如下近似關(guān)系：

nd≈ (Pd V)/(RT)

式中P_d為摻雜劑在該溫度T下的飽和蒸氣壓。當(dāng)流經(jīng)瓶（3）時(shí)，對(duì)于半導(dǎo)體摻雜來說，可以認(rèn)為摻雜劑溶于基質(zhì)液中是完全的。通過上式理論計(jì)算，可以選擇合適的瓶（2）溫度T，以得到易于準(zhǔn)確控制的通氣量。

操作程序，瓶（2）（3）恒溫后，有以下五步：

1、用載氣分別沖洗管道和瓶子（2）（3）（11），驅(qū)凈空氣。

2、去除摻雜劑的低沸點(diǎn)成分。使載氣流經(jīng)瓶（2）而不經(jīng)瓶（3）放空，將摻雜劑中的低沸點(diǎn)雜質(zhì)帶走。至于哪些高沸點(diǎn)雜質(zhì)，如氯化物水解后的產(chǎn)物，則不易載帶出來，取中餾分用，氣體載帶法就有純化摻雜劑之功效。當(dāng)用冷凝式冒泡瓶或串接一個(gè)簡易精餾柱時(shí)，這種提純效果就更好。

3、關(guān)閉瓶（2）（3），用載氣沖凈管道中的摻雜劑，這是為了計(jì)量體積上的準(zhǔn)確。

4、氣體載帶。將流量調(diào)至適用于載帶的最佳流速。最佳流速與摻雜劑、基質(zhì)液的種類，使用溫度，瓶（2）瓶（3）的結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)。通常使用條件下，最佳流速都在300ml/分以下。自瓶（2）鼓出第一個(gè)氣泡開始，以實(shí)際流量計(jì)算，到達(dá)所需載氣量時(shí)，立即切斷流經(jīng)瓶（2）的載氣。

5、全溶與混勻。讓載氣繼續(xù)流經(jīng)瓶（3）不過瓶（2），以便使自活塞（7）經(jīng)活塞（8）到管口（6）這段管道中的摻雜劑都溶進(jìn)基質(zhì)液中，并利用氣泡的攪動(dòng)，使其充分混勻。瓶（3）就是外延用的冒泡瓶，無需溶液再轉(zhuǎn)移。

此法的顯著優(yōu)點(diǎn)是：

1、隔絕空氣操作，避免了氯化物的水解、氧化等空氣沾污及對(duì)人體毒害。

2、有純化摻雜劑功效。

3、解決了象BCl₃這類在室溫下就沸騰的摻雜劑的配制問題。把BCl₃放在干冰中，氣體載帶就很方便了。

4、操作簡便，設(shè)備無需投資，大都是外延實(shí)驗(yàn)室已有的。