DE2063726A1 - Verfahren zum Herstellen eines MNOS-Speicherelements - Google Patents
Verfahren zum Herstellen eines MNOS-SpeicherelementsInfo
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Description
Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH Frankfurt/Main, Theodor-Stern-Kai 1
Heilbronn, den 21. 12. 1970 PT-La/nae - HN 70/34
"Verfahren zum Herstellen eines MNOS-Speicherelements"
In der Halbleitertechnik gibt es sogenannte MNOS-Speicherelemente,
deren Grundprinzip am einfachsten an einem Varaktor erklärt werden kann. Ein solcher Varaktor besteht
gemäß der Figur 1 aus einem Halbleiterkörper 1,. auf dessen
eine Oberflächenseite eine Oxydschicht 10,eine Siliziumnitridschicht
11 und eine Metallschicht 14 aufgebracht sind. Die Oxydschicht besteht beispielsweise aus Siliziumdioxyd
und die Metallschicht beispielsweise aus Aluminium. Als Material für den Halbleiterkörper eignet sich beispielsweise
Silizium.
Wird an ein solches Speicherelement eine äußere Spannung, die sogenannte Ladespannung, angelegt, so kommt es unter
gewissen Voraussetzungen im Isolator zu einer Ladungsverschiebung,
welche auch nach Wegnehmen der Ladespannung für eine lange Zeit bestehen bleibt. Erst durch Anlegen einer
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Spannung entgegengesetzter Polarität kann ein anderer Zustand - durch Entladung oder Umladung - erzeugt werden.
Dieser Effekt tritt erst ein, .wenn die Ladespannung eine bestimmte Schwel!spannung übersteigt. Die Schaltzeit eines
Speicherelementes hängt im wesentlichen von der Oxydschichtdicke ab, so daß schon aus diesem Grund sehr dünne
Oxydschichten mit einer Dicke von 10 bis 100 8 bevorzugt werden.
Der Varaktoraufbau stimmt im Prinzip mit dem Aufbau der isolierten Steuerelektrode eines Feldeffekttransistors
überein, wenn man den sich an die isolierte Steuerelektrode anschließenden Halbleiterkörper miteinbezieht. Die Vorgänge
im Varaktor lassen sich aus Kapazitätsmessungen
erkennen, da sich durch Ladungsverschiebungen im Isolator die Kapazität der Halbleiteroberflache verändert. Die Isolatorladung
beeinflußt außerdem die Leitfähigkeit entlang der Halbleiteroberfläche, so daß an der Transistorstruktur
anhand von Strommessungen entsprechende Aufschlüsse gewonnen werden können.
Trägt man die Gesamtkapazität eines Varaktors in Abhängigkeit
von der angelegten Steuerspannung auf, so erhält man z.B. den in der Figur 2 gezeigten Verlauf, wenn der Halb-
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leiterkörper η—leitendes Silizium ist. Für den Fall, daß
das Dielektrikum zwischen der Steuerelektrode und dem Halbleiterkörper den erwähnten und bei Doppel schichten
aus Siliziumdioxyd und Siliziumnitrid auch vorhandenen Speichereffekt zeigt, ergibt sich im Gegensatz zur Figur
gemäß der Figur 3 eine Art Hysteresekurve für den Kapazitäts-Spannungs-Verlauf des Varaktors. Es entsteht also
eine Aufspaltung der C(U)-Kurve zwischen Vor- und Rücklauf und damit eine Hysteresekurve mit einem charakteristischen
UmIaufsinn. Das Verhalten eines Varaktors kann direkt mit
dem eines Feldeffekttransistors mit isolierter Steuerelektrode in Beziehung gebracht werden. An einer bestimmten
Stelle des Kapazitätssprungs in der Figur 2 ist auch die Schwellspannung (U ) des Feldeffekttransistors zu erwarten.
Die Hysterese der C(U)-Kurve entspricht dem Spannungshub des Transistors (U - Up), während sich aus dem Umlaufsinn
der C(U)-Kurve die Polarität der Steuerspannung des Transistors für eine bestimmte Zustandsänderung ergibt.
Den Speichereffekt erklärt man sich wie folgt. An der
Phasengrenze zwischen der Nitridschicht und der Oxydschicht befindet sich eine besonders hohe Anzahl von Haftstellen.
Die energetische Lage dieser Haftstellen ent-
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spricht etwa der verbotenen Zone im Silizium. Wenn nun durch ein äußeres Feld die Haftstellen angehoben oder
abgesenkt werden, so kann ein Strom zwischen den Haftstellen und dem Leitungsband bzw. dem Valenzband fließen,
wobei es zu der erwähnten Umladung kommt. Dieser Strom entsteht bei sehr dünnem Oxyd ( 60 S) durch Elektronen
(Defektelektronen), die die Oxydschicht durchtunneln. Deshalb wird durch eine negative Lad«spannung an der
Metallschicht eine positive Aufladung der Haftsjtellen
erzielt.
Bei den bekannten MNOS-Speicherelementen wird die Oxydschicht
durch thermische Oxydation des Silizium-Halbleiterkörpers hergestellt, während die Nitridschicht durch
Pyrolyse von SiH. und NH3 bei einer Temperatur von ca.
800 C erzeugt wird. Das bekannte Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß Oxydschichten mit einer Dicke unter 100 A
auf thermischem Wege nur schwer reproduzierbar herzustellen sind. Außerdem werden bei diesem bekannten Verfahren für
die Herstellung der Oxydschicht und der Nitridschicht verschiedene Apparaturen benötigt.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
anzugeben, wethes die oben erwähnten Nachteile nicht
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BAD ORIGINAL
aufweist. Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem MNOS-Speicherelement
mit einem Halbleiterkörper aus Silizium nach der Erfindung vorgeschlagen, daß die Oxydschicht
durch eine Glimmbehandlung des Halbleiterkörpers in Sauerstoff uid die Nitridschicht durch eine Glimmentladung aus
den Gasen SiH4 und N„ erzeugt werden.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß sie eine einfache Einstellung der gewünschten Oxydschichtdicke und damit der
Schaltzeit ermöglicht. Weiterhin wird eine leicht reproduzierbare Oxyd-Nitrid-Grenzfläche erzielt, da beide Verfahren
in der gleichen Apparatur durchgeführt werden können, und dadurch kein Wechsel der Apparaturen erforderlich
ist. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin,
daß die Abscheidung der Niridschicht aus extrem reinen
Stoffen, nämlich SiH. und N erfolgt, so daß also beispielsweise
kein störendes Ammoniak vorhanden ist. Von wesentlichem Vorteil sind außerdem die niedrigen Herstellungstemperaturen,
da unter 400 C gearbeitet wird und zudem auch ein Arbeiten bei Raumtemperatur (Nitridabscheidung)
möglich wäre. Diese niedrigen Arbeitstemperaturen lassen keine unerwünschten Veränderungen im Halbleiterkörper
bzw. in der Oxydschicht aufgrund thermischer Einflüsse befürchten.
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Die Einstellung des Spannungshubs beim Speicherelement, auch Hysterese genannt, erfolgt beispielsweise durch entsprechende
Bemessung der Oxydschichtdicke (Figur 4). Die Abhängigkeit der Hysterese von der angelegten Steuerspannung
ist beispielsweise der Figur 5 zu entnehmen. Nach : dieser Figur erhält man beispielsweise eine negative
Hysterese bei einer Oxydschichtdicke unter 50 A*, eine
sehr Ideine Hysterese bei etwa 50 A Oxydschichtdicke und eine positive Hysterese bei. einer Oxydschichtdicke, die
größer als 50 A ist.
Die Hysterese kann aber beispielsweise auch durch die Silankonzentration während der Nitridabscheidung gemäß
der Figur 6 eingestellt werden. Die Figur 6 zeigt die Abhängigkeit
der Hysterese von der Silankonzentration bei einer bestimmten Oxydschichtdicke, die im Aus führung sbeispiel
z.B. ca. 20 8 beträgt.
Eine weitere Möglichkeit, die Hysterese einzustellen, besteht
durch eine Stickstoffbeglimmung vor der Nitridabscheidung, Die Figur 7 zeigt die Abhängigkeit der Hysterese
von der Dauer der Stickstoffbeglimmung.
Die Erfindung wird im folgenden am Beispiel eines MNOS-
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Speichertransistors naher erläutert.
Bei der Herstellung eines solchen Speichertransistors geht man beispielsweise gemäß der Figur 8 von einem Halbleiterkörper
laus Silizium aus und erzeugt auf seiner einen Oberflächenseite
eine thermisch gewachsene Siliziumdioxydschicht 2 als Diffusionsmaske für die Eindiffusion der
Quelle und Senke. Anschließend werden gemäß der Figur in die Siliziumdioxydschicht 2 Diffusionsfenster 3 und
eingebracht, durch die die Quelle 5 und die Senke 6 in den Halbleiterkörper 1 eindiffundiert werden. Hat der
Halbleiterkörper 1 beispielsweise den n-Leitungstyp, so haben die Quelle und die Senke den p-Leitungstyp.
Nach der Eindiffusion der Quä-le und Senke wird erneut
oxydiert, so daß die durch die Diflusionsfenster freigelegten
Bereiche der Halbleiteroberfläche gemäß der Figur 10 wieder mit einer Siliziumdioxydschicht (2') bedeckt
werden. In diese Oxydschicht 2' werden anschließend gemäß der Figur 11 Kontaktierungsfenster 7 und 8 eingebracht,
und zwar zur Kontaktierung der Quelle und Senke. Gleichzeitig wird gemäß der Figur 11 auch derjenige Bereich (9)
der Halbleiteroberfläche freigelegt, auf der die Steuerelektrode vorgesehen ist. Da es sich um eine isolierte
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Steuerelektrode mit MNOS-Struktur handelt, wird zunächst
gemäß der Figur 12 die Isolierschicht für die Steuerelektrode erzeugt, und zwar in Gestalt einer Siliziumdioxydschicht
10 und einer Siliziumnitridschicht 11. Beide Isolierschichten werden gemäß der Erfindung durch eine Glimmentladung erzeugt.
Während die Siliziumdioxydschicht 10 durch eine Glimmbehandlung des Siliziumhalbleiterkörpers in Sauerstoff hergestellt
wird, wird die Siliziumnitridschicht 11 durch eine Glimmentladung aus den Gasen SiH und Np erhalten. Die
Glimmentladungεtemperatur bei der Herstellung der Nitrid-Echicht
beträgt bei.spielsweise 350 C. Während die Siliziumdioxydschicht
10 beispielsweise eine Dicke von ca. 50 S hat, betigt die Dicke der Nitridschicht 11 beispielsweise
looo Ä.
Nach der Herstellung der Isolierschichten 10 und 11 werden diese Schichten aus den Bereichen der Kontaktierungsfenster
7 und 8 für die Quelle und Senke gemäß der Figur 13 wieder entfernt, während sie im Bereich der Steuerelektrode
natürlich belassen werden. Anschließend werden schließlich noch die Quellenelektrode 12, die Senkenelektrode
13 und die Steuerelektrode 14 aufgebracht, und zwar vorzugsweise durch Aufdampfen. Als Material für
diese Elektroden eignet sich beispielsweise Aluminium.
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ORIGINAL
Claims (9)
- Patentansprücheζΐ) Verfahren zum Herstellen eines MMOS-Speicherelements mit einem Halbleiterkörper aus Silizium, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxydschicht durch eine Glimmbehandlung des Halbleiterkörpers in Sauerstoff und die Nitridschicht durch eine Glimmentladung aus den Gasen SiH. und N_ erzeugt werden.
- 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nitridabscheidung in der gleichen Apparatur erfolgt wie die Herstellung der Oxydschicht.
- 3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nitridabscheidung bei einer Temperatur unter 4000C erfolgt.
- 4} Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungshub des Speicherelements durch die Dicke der Oxydschicht eingestellt wird.
- 5) Verfären nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungshub des Speicherelements durch die Silankonzentration während der Nitridabscheidung209 8 29/0790- ίο -eingestellt wird.
- 6) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Nitridabscheidung eine Stickstof fbeglimmung erfolgt.
- 7) Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Dauer der Stickstoffbeglimmung der Spannungshub des Speicherelements eingestellt wird.
- 8) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Siliziumdioxydschicht zwischen 2o und 2oo 8 und die Dicke der Siliziumnitridschicht zwischen 5oo und 2ooo A gewählt werden.
- 9) Verfahren zum Herstellen eines Feldeffekttransistors mit isolierter Steuerelektrode nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Eindiffusion der Quelle und Senke mit Hilfe der Diffusionsmaskentechnik in die auf der Oberfläche des Siliziumkörpers vorhandene Isolierschicht Kontaktierungsfenster zur Kontaktierung der Quelle und Senke eingebracht werden und die Halbleiteroberfläche außerdem in demjenigen Bereich freigelegt wird, in dem die isolierte Steuerelektro-209829/0790 BAPORlGiNAL- it -de vorgesehen ist, daß dann auf dieser Oberflächenseite eine Oxydschicht durch eine Glimmbehandlung des Halbleiterkörpers in Sauerstoff und eine Nitridschicht durch eine Glimmentladung aus den Gasen SiH. und N~ erzeugt werden, daß anschließend diese beiden Schichten im Bereich der Kontaktierungsfenster für die Quelle und Senke wieder entfernt werden, und daß schließlich die Elektroden zur Kontaktierung der Quelle und Senke sowie die Steuerelektrode aufgebracht werden.209 829/0790Leerseite
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| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
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