DE1544208A1 - Verfahren zum Erzeugen einer Schicht in Form eines Musters auf der Oberflaeche eines Koerpers - Google Patents

Verfahren zum Erzeugen einer Schicht in Form eines Musters auf der Oberflaeche eines Koerpers

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Description

  • Verfahren zum Erzeugen einer Schicht in Form eines Musters auf der Oberfläche eines Körpers Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer Schicht in Porm eines Musters auf der Oberfläche eines Xörpers mittels eines Stoffes, der aus dei, Gasphase abgeschieden wird und mit dem Stoff den Körpers eine chemische Verbindung bildet.
  • An sich ist es bekannt, die erhitzte Oberfläche eines Körpers mit gas- oder dampfförmigen Stoffen zur Reaktion zu bringen und dadurch eine Schicht auf der Oberfläche den Körpers zu erzeugen. So kann beispielsweise- ein Graphitkörper bei entsprechend hoher Temperatur durch Einwirkung von siliziumhalten Gasen mit einer SiC-Schicht überzogen werden.
  • Derartige Verfahren finden auch bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen, besonders In der PlanartechnJkVerwendung. Bei diesen Herstellungsverfahren kommt den erzeugten Schichten die Aufgabe zu, die Halbleiteroberfläche bei Diffusionsprozessen gegen Korrosion zu schUtzen und bei selektiver Diffusion in geometrisch begrenzten Bereichen als Maskierung zu wirken. Diese Schichten dienen ferner als Isolierschichten und als Schutzschichten fUr die Halbleiterobertläche gegen EinflÜsse der Umgebung. Um den hierbei gestellten Anforderungen an die Stabilität dieser Schichten zu gentigen, werden vornehmlich Oxydschichten verwendet. Dies gilt lnabesondeie.fUr Halbleiterbauelemente aus Silizium, die in einfacher Weine mit fest haftenden SiO-Schichten überzogen werden können. Zur Erzeugung der Si02-Schichten wird vor allem die direkte thermische Oxydation angewendet.. da der spezifische ohmache Widerstand der auf diese Weine erzeugten Schichten besonders hoch-ist.
  • Bei dem genannten Herstellungsverfahren für Halbleiterbauelemente ist es vielfach eriforderlich,9 die Oxydochichten in Form eines Musters aufzubringen. Dies geschieht gewöhnlich in der Weise, daß zunächst die ganze Oberfläche mit der Schicht bedeckt wird und danach, z.B. an den für eine Diffusion vorgesehenen Stellen, m:ttels photolithographischer Verfahren wieder Ausnehmungen aus der Schicht herausgeätzt werden. Dieses Verfahren zur Erzeugung eines bestimmten Musters ist sehr zeitraubend und aufwendig., was sich besonders bei der Herstellung eines komplizierteren Bauelementes, wo das Verfahren viele Male angewendet werden muß, nachteilig auswirkt. Auch entstehen Schwierigkeitent'wenn es sich darum handelt» besonders kleine Bereiche mit größter Präzision zu maskleren.
  • Es ist bekannt, daß Siliziumoberflächen.. insbesondere der (100)- und der (111)-Ebenen, in einer Sauerstoffatmosphäre von geringem Druck je nach der Temperatur des Siliziums oxydiert oder reduziert und somit reingehalten werden können. Dieses Verhalten der Siliziumoberfläche ist in einer Arbeit von J.J. Lander und J. Morrison (verb-ffentlicht In "Annals New York Academy of Sciencesu, Vol. 101» Art. 3» Seite 605 bis 611 von 1963) beschrieben. Besonders bemerkenswirt Ist hierbei der scharfe hergang zwischen reiner und oxydierter Oberfläche. Diet Jrtnztempeeaturen" durch die dieser Übergang festgelegt wird" Sirt,7. , egelien durch die Gleichungen (1) !aß P » 13,5 - 201 , IÖ4 . I/Irg, für die ox«dierte Oberfläche, (2) log p#<# 13,1 - 2,1 - 10 4 . l/T92 für die reduzierte Oberfläche, worin p der Partialdruck 'von Sauerstoff und Tgl und Tg. die je-. weiligen Grenztemperaturen bedeuten.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Erzeugen einer Schicht in Form eines Musters nach der eingangs beschriebenen Art anzugeben, das die genannten Schwierigkeiten vermeidet und ohne Maskierung auskommt.
  • Unter Ausnetzung des soeben beschriebenen Effektes wird erfindungsgemäß so verfahren, daß die Ausbildung der Schicht durch selektives Ändern des Partialdruckes des gasförmigen Stoffes und/oder der .Temperatur beeinflußt wird. Zum Aufbringen einer als Isolierschicht oder als Schablone dienenden Oxydschicht auf der Oberfläche eines Halbleiterkörpers wird in vorteilhafter Weise so verfahren, daß die Halbleiteroberfläche in einer Sauerstoffatmosphäre bis zu einem innernalb der im p(T)-Zustandsdiagramm definierten Oxydatlonszone liegenden Zustand erhitzt und sodann durch selektives Ändern des Partialdruckes des Sauerstoffs und/oder der Temperatur Iii einen innerhalb der Reduktionszorie liegenden Zustand gebracht wird. Es ist vorteilhaft, dabei so zu verfahren, daß das Halbleiterbauelement in einer Sauerstoffatmosphäre von gegebenem Partialdruck bis dicht unter die obere Grenze der Oxydationszorie und sodann mittels einer elektromagnetischen Strahlung in steuerbaren Bereichen bis über die untere Grenze der Reduktionszone erhitzt wird. Ein besonderer Vorteil ist dadurch gegeben, daß die selektive Erhitzung der nicht zu bedeckenden Bereiche in die Reduktionszone durch einen Elektroneristrahl oder einen Laser-Str#ahl erfolgen kann.
  • Beim Aufbringen einer SIO 2- Schicht auf ein Si-Halbleiterbauelement kann In vorteilhafter Weise die sich bildende Oxydschicht durch gleichzeitiges Aufdampfen von Si verstärkt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren Ist mit besonderem Vorteil bei der Herstellung'von Si-Halbleiterbauelementen durch epitaxiales Aufwachsen von Schichten mittels Aufdampfens im Hochvakuum und bei der Herstellung von integriert en Schaltungen anwendbar.
  • Die Erfindung wird am Beispiel eines Silizium-Halbleiterbauelementes an Hand einer graphischen Darstellung beschrieben, In welcher die Druck-Temperatur-Beziehungen für die Oxydations- und Reduktionsreaktion an (100)- und (111)-Flächen von Si dargestellt sind-.
  • Als Körper des Bauelementes dient ein einkristallines Si-Plättehen, das durch eine bestimmte-Dotierung bei der Kristallzüchtung entsprechend der Art des herzustellenden Bauelementes n- oder p-leitend ist. An einer Oberfläche dieses Plättchens werden mittels der in der Planartechnik bekannten Verfahren durch Diffusion oder epitaktisches Aufwachsen und durch Ätzen geometrisch begrenzte, eventuell ineinander verschachtelte Bereiche verschiedener Leitfähigkeit erzeugt. Dabei ist es enfbrderlich, für die einzelnen Verfahrensschritte immer wieder andere Bereiche durch Maskierungsverfahren mit einer Schutzschicht abzudecken. Hierfür wird, wie allgemein üblich, SiO 2 verwendet. Die Aufbringung dieser'Schutzschicht auf scharf definierte und unter Umständen sehr kleine Bereiche erfolgt in der Weise, daß zunächst das Si-Substrat in einer Sauerstoffatmosphäre erhitzt wird, mit dem Silizium an der Oberfläche des Plättehens unter Bildung von SiO 2 reagiert. Die hierbei zu wählende Temperatur bzw. der Druck sind dem p(T)-Diagramm zu entnehmen, in welchem in der Darstellung log p = f(l/T) die Gerade 1 die Oxydationszorie 2 begrenzt. Dabei wird ein Zustand dicht unterhalb der Oxydationsgrenze gewähltg wie durch den Punkt j iii'der Pigur angedeutet. Danach wird mittels eines mit großer' Genauigkeit ablenkbaren,- fokussierten Elektronenstrahl in denjenigen Bereichen, die nicht mit einer Oxydschicht bedeckt werden sollen, die. Temperatur um so viel erhöht$ daß diese Bereiche in einen Zustand gelangen, welcher in der durch die Gerade 4 begrenzten Reduktionszone 5 liegt. Da der Übergang zwischen Oxydations- und Reduktionszone sehr scharf ist, genügt es, bis zu einem Punkt 6 zu erhitzen, der dicht über der Reduktionsgrenze 5 liegt. Weitere Maskierungsprozesse werden demnach entbehrlich. Das beschriebene Verfahren zur Erzeugung selektiver SiO 2-Schichteii ist mit großem Vorteil in dem Falle anwendbar, wenn das epitaxiale Wachstum durch Aufdampfen im Hochvakuum erfolgt. Dabei wird das Plättchen bei einem Vakuum von nahezu 10 -10 Torr auf eine Temperatur von oberhalb 550 0 C erhitzt. Es braucht daher lediglich die zum epitaxialen Aufwachsen vorhandene SI-Atmosphäre abgepumpt und durch eine Sauerstoffatmosphäre des erforderlichen Partialdruckes ersetzt zu werden, um die gewünschten Oxydschichten zu erzeugen. Darüberhinaus ist es aber auch möglich, durch gleichzeitige Zufuhr von gasförmigem Si auf dem Sauerstoff die sich bildende SiO Schicht zu verstärken.

Claims (2)

  1. P a't e n t a n a p r U c h e 1. Verfahren zum Erzeugen einer Schicht in Form eines Musters auf der Oberfläche eines Körpers mittels eines Stoffes, der aus der Gasphase abgeschieden wird und mit dem Stoff des Körpers eine chemische Verbindung bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbildung der Schicht durch selektives Ändern des Partialdruckes des gasförmigen Stoffes und/oder der Temperatur beeinflußt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, insbesondere zum Aufbringen einer als Isolierschicht oder als Schablone dienenden Oxydschicht auf der Oberfläche eines Halbleiterkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiteroberfläche in einer Sauerstoffatmosphäre bis zu einem innerhalb der im p(T)-Zustandsdiagramm definierten Oxydationszone liegenden Zustand erhitzt und sodann durch selektives Ändern des Partialdruckes des Sauerstoffs und/oder der Temperatur in einen innerhalb der Reduktionszone liegenden Zustand gebracht wird. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterbauelement, in einer Sauerstoffatmosphäre von gegebenem Partialdruck bis dicht unter die obere Grenze der Oxydationszorie erhitzt und sodann mittels einer elektromagnetischen Strahlung in steuerbaren Bereichen bis über die untere Grenze der Reduktionszone erhitzt wird. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die selektive Erhitzung der nicht zu bedeckenden Bereiche in die Reduktionszone durch einen Elektronenstrahl oder einen Laserstrahl erfolgt. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, insbesondere zum Aufbringen einer SiO 2-Schicht auf einem Si-Halbleiterbauelement, dadurch gekennzeichnet, daß die sich bildende Oxydschicht durch gleichzeitiges Aufdampfen von Si verstärkt wird. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch seine Anwendung bei der Herstellung von Si-Halbleiterbauelementen durch epitaxiales Aufwachsen von Schichten mittels Aufdampfens im Ultrahochvakuum. 7- Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch seine Anwendung bei der Herstellung von integrierten Schaltungen.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1990002718A1 (de) * 1988-09-13 1990-03-22 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum erzeugen einer glatten oberfläche eines keramischen substrates

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1990002718A1 (de) * 1988-09-13 1990-03-22 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum erzeugen einer glatten oberfläche eines keramischen substrates

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