DE1621234C3

DE1621234C3 - Process for depositing a continuous solid layer of silicon nitride on the surface of a substrate

Info

Publication number: DE1621234C3
Application number: DE19671621234
Authority: DE
Inventors: Henley Frank; Alexander John Henry; Hughes Sarah Yvonne; Harlow Essex Sterling (Großbritannien)
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1966-10-17
Filing date: 1967-10-06
Publication date: 1977-08-11

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Niederschlagen einer zusammenhängenden festen Schicht von Siliciumnitrid auf der Oberfläche einer Unterlage. The invention relates to a method for depositing a continuous solid Layer of silicon nitride on the surface of a support.

Eine besonders nutzvolle Anwendung der Erfindung besteht in der Maskierung von getrennten Flächen auf der Oberfläche einer Unterlage mit dem Siliciumnitrid vor dem Diffundieren eines dotierenden Verunreinigungselements. A particularly useful application of the invention is the masking of separate areas the surface of a substrate with the silicon nitride prior to diffusion of a doping impurity element.

Die Diffusion eines Verunreinigungselements bei hohen Temperaturen, z. B. Bor oder Phosphor, in eine Halbleiterunterlage aus z. B. Silicium, ist allgemein bekannt und eine gebräuchliche Methode zum Herstellen von Flächen mit bestimmtem spezifischen Widerstand auf der Unterlage. Wenn Siliciumdioxyd vor der Diffusion thermisch auf der Oberfläche der Unterlage aufgewachsen wird, wirkt es als Sperre für die Diffusion sämtlicher normaler Dotierungsmittel, wie Bor, Indium, Phosphor, Arsen usw., und zwar für eine vorbestimmte Zeit bei der Diffusionstemperatur. Das ermöglicht es, Fenster in das Oxyd zu ätzen, und dann nur durch dieses einzudiffundieren, wobei der Rest der Unterlagenoberfläche durch das Oxyd geschützt wird. Ein Element, das häufig als Dotierungsmittel angewendet wird, ist Gallium. Gegenüber diesem Element bildet Siliciumdioxyd leider keine Diffusionssperre.The diffusion of an impurity element at high temperatures, e.g. B. boron or phosphorus, in a Semiconductor pad made of z. B. silicon, is well known and a common method of manufacture of surfaces with a certain specific resistance on the substrate. When silica before diffusion is thermally grown on the surface of the substrate, it acts as a barrier to diffusion all normal dopants such as boron, indium, phosphorus, arsenic, etc., for a predetermined one Time at diffusion temperature. This makes it possible to etch windows into the oxide, and then only through that to diffuse, with the rest of the surface of the base being protected by the oxide. An element, one of the most common dopants used is gallium. Opposite this element forms silicon dioxide unfortunately no diffusion barrier.

Offenbar kann aber Siliciumnitrid als eine wirksame Diffusionssperre für Gallium verwendet werden. Siliciumnitrid hat jedoch den Nachteil, daß es bei den Temperaturen, die für die Gallium-Diffusionen angewendet werden, dazu neigt, sich aufzuspalten. Dadurch kann Gallium in die Flächen der Unterlage eindringen, die unter den Spalten liegen.Apparently, however, silicon nitride can be used as an effective diffusion barrier for gallium. Silicon nitride however, it has the disadvantage that it is at the temperatures used for the gallium diffusions tend to split up. This allows gallium to penetrate into the surfaces of the substrate that lie under the columns.

Die Erfindung zielt auf die Schaffung eines Verfahrens zum Niederschlagen einer zusammenhängenden festen Schicht aus Siliciumnitrid, das sich bei den für die Galliumdiffusion angewendeten Temperaturen nicht aufspaltet, auf der Oberfläche einer Unterlage, wobei die Schicht aus Siliciumnitrid darüber hinaus eine wirksamere Diffusionssperre für alle anderen Dotierungsstoffe darstellt, indem sie es möglich macht, die Dauer der Diffusionscyklen bedarfsweise zu verlängern.The invention aims to provide a method for depositing a contiguous solid layer of silicon nitride, which does not change at the temperatures used for gallium diffusion splits, on the surface of a substrate, the layer of silicon nitride also being more effective Represents a diffusion barrier for all other dopants by making it possible for the duration to extend the diffusion cycles if necessary.

Die vorliegende Erfindung betrifft somit ein Verfahren zum Niederschlagen einer zusammenhängenden festen Schicht aus Siliciumnitrid auf der Oberfläche einer Unterlage durch Anwendung einer elektrischen Entladung in einer Silicium und Stickstoff enthaltenden Atmosphäre. Erfindungsgemäß besteht die Unterlage aus Halbleitermaterial und die elektrische Entladung wird in einer Atmosphäre aus Siliciumtetrachlorid, Wasserstoff und Ammoniak ausgeführt.The present invention thus relates to a method for depositing a coherent solid Layer of silicon nitride on the surface of a substrate by applying an electrical discharge in an atmosphere containing silicon and nitrogen. According to the invention, the base consists of Semiconductor material and the electrical discharge is in an atmosphere of silicon tetrachloride, hydrogen and ammonia.

Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, daß, wie in dem vorherigen Absatz beschrieben, eine zusammenhängende feste Schicht aus Siliciumnitrid auf der Oberfläche der Unterlage selektiv niedergeschlagen wird, um eine Maske für die anschließende Diffusion eines dotierenden Verunreinigungselements in getrennten Flächen der Oberfläche der Unterlage zu erzeugen. Dabei bildet die Siliciumnitridmaske eine wirksame Diffusionssperre für das wichtige Verunreinigungselement. A feature of the invention is that, as described in the previous paragraph, a contiguous solid layer of silicon nitride is selectively deposited on the surface of the substrate, around a mask for the subsequent diffusion of a doping impurity element in separate Generate areas of the surface of the base. The silicon nitride mask forms an effective one Diffusion barrier for the important element of pollution.

Zur Erläuterung der Erfindung werden im folgendem einige Ausführungsbeispiele beschrieben.To explain the invention, some exemplary embodiments are described below.

Es ist bekannt, beim Niederschlagen einer zusammenhängenden Schicht von Siliciumnitrid durch das Glimmentladungsverfahren auf einer Oberfläche einer Unterlage, z. B. Silicium oder Gallium-Arsenid, Silan und Ammoniak anzuwenden. Bei dem Glimmentladungsverfahren liegt das niederzuschlagende Material, in diesem Fall Siliciumnitrid, in Gasform vor und wird, falls notwendig, mit einem Trägergas gemischt. Die Mischung wird zersetzt und auf der Oberfläche der Unterlage rekombiniert. Die Zersetzung und Rekombination wird von einem durch HF-Energie erzeugten Gasplasma oder einer anderen elektrischen Entladung bewirkt.It is known that when a continuous layer of silicon nitride is deposited by the Glow discharge process on a surface of a support, e.g. B. silicon or gallium arsenide, silane and ammonia to apply. In the glow discharge process, the material to be deposited is in this case silicon nitride, in gaseous form and, if necessary, mixed with a carrier gas. The mixture is decomposed and recombined on the surface of the substrate. The decomposition and recombination is caused by a gas plasma or other electrical discharge generated by RF energy.

Siliciumnitrid, das durch dieses Verfahren unter Anwendung von Silan und Ammoniak hergestellt wurde, spaltet sich jedoch, wenn es Diffusionstemperaturen ausgesetzt wird, die die Reaktionstemperatur der Glimmentladung überschreiten. Das trifft z. B. für die Galliumdiffusionen bei einer Temperatur von 1220° C in der Zeit von 2 Stunden zu. Unterschiede in der Zusammensetzung von Silan und Ammoniak, in der Dicke der Siliciumnitridschicht und in der Reaktionstemperatur konnten dieses Aufspalten nicht verhindern. Die Flächen zwischen den Spalten sollten aber eine wirksame Sperre für das Gallium bei der Diffusionstemperatur darstellen, während tatsächlich Gallium in die Flächen der Unterlage diffundierte, die unter den Spalten liegen. Silicon nitride produced by this process using silane and ammonia, however, it cleaves when exposed to diffusion temperatures which are the reaction temperature of the glow discharge exceed. This applies e.g. B. for the gallium diffusions at a temperature of 1220 ° C in the Time of 2 hours too. Differences in the composition of silane and ammonia, in the thickness of the silicon nitride layer and in the reaction temperature could not prevent this splitting. The surfaces between the gaps, however, there should be an effective barrier to the gallium at the diffusion temperature while gallium was in fact diffusing into the areas of the substrate that lie under the crevices.

Nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird die zusammenhängende Schicht aus Siliciumnitrid durch das Glimmentladungsverfahren aufgewachsen aus Siliciumtetrachlorid, Wasserstoff und Ammoniak, bei Temperaturen um 640 bis 650° C. Die Art der Siliciumnitridschicht wird durch das Verhältnis der Bestandteile von Siliciumtetrachlorid, Wasserstoff und Ammoniak bestimmt. Die Siliciumnitridschichten, die nach diesem Verfahren aufgewachsen werden, sind spaltfrei,In accordance with the method of the present invention, the continuous layer is made of silicon nitride grown by the glow discharge process from silicon tetrachloride, hydrogen and ammonia, at temperatures around 640 to 650 ° C. The type of silicon nitride layer is determined by the ratio of the components of silicon tetrachloride, hydrogen and ammonia definitely. The silicon nitride layers that are grown using this process are free of gaps,

wenn sie den normalen Diffusionstemperaturen des üblichen Bereichs der Dotierungselemente, die in dem vorherigen Abschnitt angegeben wurden, ausgesetzt werden. Schichtdicken in der Größenordnung von 1200Ä erwiesen sich als wirksame Sperren für Gallium oder andere Verunreinigungselemente und Schichtdicken bis zu 5000Ä blieben spaltfrei, während des Diffusionsverfahrens.if they are within the normal diffusion temperatures of the usual range of doping elements present in the in the previous section. Layer thicknesses in the order of magnitude of 1200Ä were found to be effective barriers to gallium or other impurity elements and layer thicknesses up to 5000Ä remained free of gaps during the Diffusion process.

Daraus ist ersichtlich, daß Siliciumnitrid, das nach dem Verfahren der Erfindung selektiv auf der Oberfläche der Unterlage abgeschieden wurde, eine wirksame Sperre für die Diffusionsverunreinigungselemente darstellt und daher eine wesentliche Verbesserung gegenüber ähnlichen bekannten Maskierungsverfahren darstellt. It can be seen from this that silicon nitride produced by the method of the invention selectively on the surface deposited on the substrate provides an effective barrier to the diffusion impurity elements and therefore represents a substantial improvement over similar known masking methods.

Claims

Patent claims:

1. Method of depositing a continuous solid layer of silicon nitride the surface of a substrate, by applying an electrical discharge in a silicon and Nitrogen-containing gas atmosphere, characterized in that the substrate is made of semiconductor material consists and that the gas discharge in an atmosphere of silicon tetrachloride, hydrogen and ammonia is carried out.

2. The method according to claim 1, characterized in that the surface of the base is heated ^{up to a temperature of 640 to 650 ° C.}

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the nature of the deposited Silicon nitride layer through the ratio of the gas components silicon tetrachloride to hydrogen and ammonia is determined.

4. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the layer of silicon nitride selectively in the form of a predetermined mask for the subsequent diffusion is applied by impurities.

5. The method according to claim 4, characterized in that the perforated silicon nitride layer is used as a diffusion mask for the substances gallium, boron or phosphorus or another dopant.

6. The method according to claim 4 or 5, characterized in that the layer made of silicon nitride 1200 to 5000Ä thick.