DE1261480B

DE1261480B - Method for producing an electrically insulating layer on a semiconductor body

Info

Publication number: DE1261480B
Application number: DE1964T0027025
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Dr Hans-Jue Schuetze; Dipl-Phys Dr Klaus Hennings
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1964-09-17
Filing date: 1964-09-17
Publication date: 1968-02-22

Description

Verfahren zur Erzeugung einer elektrisch isolierenden Schicht auf einem Halbleiterkörper In der Halbleitertechnik findet das Planarverfahren vielfache Anwendung, bei dem zur Erzeugung von Transistor-, Dioden- und Widerstandsstrukturen eigene oder fremde Oxydschichten zur Diffusionsmaskierung verwendet werden. Von besonderer Bedeutung sind Siliciumoxydschichten, die sich durch eine hohe Stabilität auszeichnen. Sie besitzen gewöhnlich eine Dicke von etwa 1 #t und werden durch thermische Oxydation von Silicium erzeugt. Die Dicke w der erzeugten Oxydschicht wächst dabei nach dem Gesetz w=jk- -t, wobei k die sogenannte Wachstumskonstante ist, eine von Temperatur, Material und verwendeter Atmosphäre abhängige Größe; t ist die Zeit, in der der Oxydationsprozeß stattfindet. Zur Erzeugung einer 1 #t dicken Siliciumoxydschicht benötigt man etwa 1 Stunde.Method for producing an electrically insulating layer a semiconductor body In semiconductor technology, the planar process takes place many times over Application in which to create transistor, diode and resistor structures own or foreign oxide layers can be used for diffusion masking. from Silicon oxide layers, which are characterized by high stability, are of particular importance distinguish. They usually have a thickness of about 1 #t and are thermally Oxidation of silicon produced. The thickness w of the oxide layer produced increases in the process according to the law w = jk- -t, where k is the so-called growth constant, one of Temperature, material and used atmosphere dependent variable; t is the time in which the oxidation process takes place. For creating a 1 #t thick silicon oxide layer takes about 1 hour.

In der Halbleitertechnik tritt nun sehr oft der Fall auf, daß Oxydschichten mit einer Dicke von mehr als 1 u erwünscht sind. Als besonders wichtiges Beispiel sind in dieser Beziehung Festkörper- und Hybridschaltungen zu nennen, die zur elektrischen Entkopplung der aufgedampften passiven Elemente eine dicke Isolierschicht benötigen. Auf dem üblichen Wege der thermischen Oxydation von Halbleiterkörpern ist jedoch die Herstellung dicker Oxydschichten sehr schwierig und aufwendig. Benötigt man für die Erzeugung einer Schicht der Dicke wo die Oxydationszeit to, so ist für die Erzeugung einer Schicht der Dicke w1 = n wo gemäß der obigen Beziehung die Oxydationszeit t1 = n2 to erforderlich, d. h. eine wesentlich längere Zeit. Wollte man z. B. eine 10 [, dicke Siliciumoxydschicht durch thermische Oxydation erzeugen, so wäre dazu eine Zeit von etwa 100 Stunden aufzuwenden, d. h. eine vergleichsweise sehr lange Zeit.In semiconductor technology, the case now very often occurs that oxide layers with a thickness of more than 1 μm are desired. Solid-state and hybrid circuits, which require a thick insulating layer to electrically decouple the vapor-deposited passive elements, are particularly important examples in this regard. However, using the usual route of thermal oxidation of semiconductor bodies, the production of thick oxide layers is very difficult and expensive. If the oxidation time to is required for the production of a layer of the thickness wo, then the oxidation time t1 = n2 to is required for the production of a layer of the thickness w1 = n wo according to the above relationship, ie a significantly longer time. If you wanted to z. B. to produce a 10 [, thick silicon oxide layer by thermal oxidation, it would take about 100 hours, ie a comparatively very long time.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung einer elektrisch isolierenden, eine Dicke von mehr als etwa 1 #t betragenden Schicht, insbesondere einer Oxydschicht, auf einem Halbleiterkörper anzugeben, bei dessen Anwendung es möglich ist, die Oxydationszeiten erheblich herabzusetzen.The invention is based on the object of a method for generating an electrically insulating layer with a thickness of more than about 1 #t, in particular to indicate an oxide layer on a semiconductor body, in the case of which Application it is possible to reduce the oxidation times considerably.

Dies ist bei einem Verfahren zur Erzeugung einer elektrisch isolierenden Schicht aus Metall- oder Halbleiteroxyd und/oder -fluorid, -nitrid, -sulfid auf einem Halbleiterkörper, die dicker ist als etwa 1 u, wobei auf dem Halbleiterkörper Metall bzw. Halbleitermaterial aus der Dampfphase abgeschieden und durch überleiten von Sauerstoff bzw. Fluorwasserstoff bzw. Stickstoff bzw. Schwefelwasserstoff bei erhöhter Temperatur in die entsprechende(n) Verbindungen) umgewandelt wird, möglich, wenn erfindungsgemäß das Abscheiden und überleiten in abwechselnd wiederholter Reihenfolge angewandt werden, bis die gewünschte Schichtdicke erreicht ist.This is in a method for producing an electrically insulating Layer of metal or semiconductor oxide and / or fluoride, nitride, sulfide a semiconductor body that is thicker than about 1 u, being on the semiconductor body Metal or semiconductor material deposited from the vapor phase and passed through of oxygen or hydrogen fluoride or nitrogen or hydrogen sulfide elevated temperature is converted into the corresponding compound (s), possible, if according to the invention the deposition and transfer in alternately repeated order can be applied until the desired layer thickness is achieved.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt im Fall der Erzeugung der Isolierschicht mittels Oxydation die insgesamt benötigte Oxydationszeit t = n to, wobei to die Zeit zur Oxydation der jeweils auf dem Halbleiterkörper abgeschiedenen Schicht bedeutet. Gegenüber dem oben besprochenen Verfahren wird also mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens die Oxydschicht um den Faktor n reduziert, denn es gilt nach oben t1 = n t. Bei dem angeführten Beispiel der Erzeugung einer Siliciumoxydschicht von 10 u Dicke werden also bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht 100 Stunden, sondern nur 10 Stunden benötigt. In praxi sind zu dieser Zeit allerdings noch die jeweiligen Aufwachszeiten für das Halbleitermaterial hinzuzurechnen. Diese Zeiten sind aber gegenüber den Oxydationszeiten vernachlässigbar klein, da z. B. eine Siliciumschicht von 1 p bequem in einer Minute aufgewachsen ist.When using the method according to the invention, in the case of producing the insulating layer by means of oxidation, the total oxidation time required is t = n to, where to denotes the time for oxidation of the layer deposited on the semiconductor body in each case. Compared to the method discussed above, the oxide layer is reduced by the factor n with the aid of the method according to the invention, because t1 = n t applies upwards. In the example given of the production of a silicon oxide layer with a thickness of 10 μm, only 10 hours are therefore required when using the method according to the invention, rather than 100 hours. In practice, however, the respective growth times for the semiconductor material must also be added at this time. These times are negligibly small compared to the oxidation times, since z. B. a silicon layer of 1 p is grown comfortably in one minute.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist es auch möglich, die aufzubringenden Oxydschichten ganz oder teilweise zu dotieren. Es wird dann das aufgewachsene Halbleitermaterial während des Rufwachsens dotiert und anschließend die dotierte Halbleiterschicht oxydiert.According to a further development of the invention, it is also possible to apply the To dope all or part of the oxide layers. It then becomes the grown semiconductor material doped during the reputation growth and then the doped semiconductor layer oxidized.

Zur Herstellung einer dicken Isolierschicht müssen die abgeschiedenen Halbleiterschichten nicht notwendig aus dem gleichen Material, z. B. Silicium, bestehen. Vielmehr ist man in der Lage, auch andere in eine Isolier-, insbesondere Oxydschicht umwandelbare Substanzen aufzubringen. Weiterhin ist es möglich, z. B. zwecks Anpassung von thermischen Ausdehnungskoeffizienten, verschiedene Isolierschichten in verschiedener Reihenfolge auf dem Halbleiterkörper zu erzeugen.In order to produce a thick insulating layer, the deposited Semiconductor layers not necessarily made of the same material, e.g. B. silicon exist. Rather, you are able to put others in an insulating, in particular oxide, layer convertible Apply substances. It is also possible z. B. for the purpose of adapting thermal expansion coefficients, different insulating layers to be produced in different order on the semiconductor body.

Man ist auch in der Lage, die abgeschiedene Substanz, z. B. ein Halbleitermaterial oder ein Metall, in ein Fluorid, ein Nitrid, ein Sulfid oder in einer Mischung aus diesen Substanzen oder in eine Mischung mit Oxyden der abgeschiedenen Substanzen zu verwandeln.It is also possible to use the deposited substance, e.g. B. a semiconductor material or a metal, a fluoride, a nitride, a sulfide or a mixture of these substances or in a mixture with oxides of the deposited substances to transform.

Ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren sei an Hand der F i g. 1 erläutert. In einem Ofen, der im wesentlichen aus dem Quarzglasrohr 1 und den Heizwicklungen 2 besteht, befindet sich auf einer Unterlage 3 ein Halbleiterkörper 4, z. B. aus Silicium. Der Ofen ist auf eine erhöhte Temperatur gebracht, z. B. im Fall eines in ihm befindlichen Siliciumkörpers auf etwa 1250° C. Am Ofen befindet sich ein Anschluß 5 zu einem Vorratsgefäß, aus welchem Sauerstoff durch den Ofen hindurchströmt. Auf dem Halbleiterkörper 4 wird dann eine Oxydschicht einer Dicke von z. B. 1 #t erzeugt. Dies ist in der F i g. 2 durch die auf dem Halbleiterkörper 4 befindliche Schicht 4' dargestellt. Danach wird der Sauerstoffstrom abgeschaltet und mit Hilfe des Hahnes 6 über den Anschluß 7 auf ein Vorratsgefäß umgeschaltet, aus welchem ein Gemisch von z. B. Wasserstoff und Halbleiterhalogeniden, z. B. Siliciumtetrachlorid, durch den Ofen hindurchströmt. Auf dem Halbleiterkörper 4 wird dann Halbleitermaterial aus der Dampfphase abgeschieden (an sich bekannte Sicherheitsvorkehrungen beim Einleiten der Gase, z. B. zur Vermeidung einer Knallgasbildung, wurden der übersichtlichkeit halber in F i g. 1 nicht mit aufgenommen). Wenn eine Schichtdicke von z. B. 1 #t erreicht ist - in der F i g. 2 ist dies die Schicht 4" -, wird auf das Vorratsgefäß mit Sauerstoff umgeschaltet, so daß nun die abgeschiedene Halbleiterschicht thermisch oxydiert wird usf. Der beschriebene Vorgang wird abwechselnd so lange wiederholt, bis die gewünschte Oxydschichtdicke erzielt worden ist. Auf diese Weise entsteht die mehrlagige Oxydschicht der Fig.2. Soll die abgeschiedene Isolierschicht, insbesondere Oxydschicht, dotiert sein, so wird dem Halbleiterhalogenid z. B. noch das Halogenid des Dotierungsstoffes zugemischt. Bei gewünschter p-Dotierung von Silicium geschieht dies z. B. mittels Borbromid und bei gewünschter n-Dotierung z. B. mittels Phosphorchlorid.An exemplary embodiment for the method according to the invention is given with reference to FIG. 1 explained. In a furnace, which consists essentially of the quartz glass tube 1 and the heating coils 2, there is a semiconductor body 4, z. B. made of silicon. The furnace is brought to an elevated temperature, e.g. B. in the case of a silicon body located in it to about 1250 ° C. At the furnace there is a connection 5 to a storage vessel from which oxygen flows through the furnace. On the semiconductor body 4, an oxide layer with a thickness of, for. B. 1 #t generated. This is shown in FIG. 2 is represented by the layer 4 ′ located on the semiconductor body 4. Thereafter, the oxygen flow is switched off and switched with the help of the tap 6 via the connection 7 to a storage vessel, from which a mixture of z. B. hydrogen and semiconductor halides, e.g. B. silicon tetrachloride, flows through the furnace. Semiconductor material is then deposited from the vapor phase on the semiconductor body 4 (safety precautions known per se when introducing the gases, e.g. to avoid the formation of oxyhydrogen gas, have not been included in FIG. 1 for the sake of clarity). If a layer thickness of z. B. 1 #t is reached - in the F i g. 2, this is layer 4 ″ -, a switch is made to the storage vessel with oxygen, so that the deposited semiconductor layer is now thermally oxidized, etc. The process described is repeated alternately until the desired oxide layer thickness has been achieved 2. If the deposited insulating layer, in particular the oxide layer, is to be doped, then the halide of the dopant, for example, is added to the semiconductor halide desired n-doping e.g. by means of phosphorus chloride.

Die Bildung von Nitrid-, Sulfid- oder Fluoridschichten erfolgt in der Weise, daß nach Abscheiden einer Halbleiter- oder Metallschicht Stickstoff, Schwefelwasserstoff oder Fluorwasserstoff eingeleitet wird. Bei Mischschichten werden diese Stoffein bestimmter Reihenfolge, eventuell zusammen mit Sauerstoff und/ oder Wasserdampf eingeleitet.The formation of nitride, sulfide or fluoride layers takes place in the way that after deposition of a semiconductor or metal layer nitrogen, Hydrogen sulfide or hydrogen fluoride is introduced. When mixed shifts are these substances in a certain order, possibly together with oxygen and / or Steam introduced.

Claims

Claims: 1. A method for producing an electrically insulating Layer of metal or semiconductor oxide and / or fluoride, nitride, sulfide on one Semiconductor body that is thicker than about 1 @t, with metal on the semiconductor body or semiconductor material deposited from the vapor phase and passed over by Oxygen or hydrogen fluoride or nitrogen or hydrogen sulfide in the case of increased Temperature is converted into the corresponding) compound (s), d a - characterized by, that separating and transferring applied in alternately repeated order until the desired layer thickness is achieved.

2. The method according to claim 1, characterized in that the alternate deposition of semiconductor material or metal and thermally oxidizing it by switching between one Storage vessel with vaporous semiconductor material or metal and a storage vessel is made with oxygen.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that that the semiconductor layer is doped with a foreign substance. Considered References, U.S. Patent No. 3,025,589.