DE2414982A1 - Verfahren zur herstellung eines halbleiter-bauelementes - Google Patents
Verfahren zur herstellung eines halbleiter-bauelementesInfo
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Description
THE NATIONAL CASH REGISTER COMPANY Dayton, Ohio (V.St.A.)
Patentanmeldung Mr.
Unser Az.: 1862/Germany
Unser Az.: 1862/Germany
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Bauelementes, welches Schritte zur Bildung
einer Siliziumoxidschicht auf einer Fläche eines Halbleiter-Substrates
und zur Bildung einer Siliziumnitridschicht auf
der genannten Siliziumoxidschicht enthält.
Insbesondere betrifft die Erfindung nach einem solchen Verfahren hergestellte Feldeffekttransistoren mit
isoliertem Gate und veränderbarem Schwellenwert.
Halbleiter-Bauelemente der genannten Art finden beispielsweise als Feldeffekttransistoren mit isoliertem
Gate und veränderbarem Schwellenwert Verwendung. Solche Transistoren werden zweckmäßigerweise als Speicher-IGFETs
bezeichnet, da der Schwellenwert eines solchen Transistors, das heißt das Gatepotential, bei welchem der Transistor
zwischen der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode leitet, ein gespeichertes Informationselement darstellen
kann. Beispielsweise kann ein erster Schwellenwert eine binäre "0" und ein zweiter Schwellenwert eine binäre "1"
darstellen, wobei die gespeicherte Information durch Umschalten des Transistors von dem einen Schwellwert
auf den anderen verändert werden kann.
21. März 19 7-4
409841/0945
24U982
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, bei Halbleiter-Bauelementen, insbesondere bei
Speicher-IGFETs eine höhere Schaltgeschwindigkeit zu
erzielen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die genannte Siliziumoxidschicht
in einer Ammoniak enthaltenden Atmosphäre erwärmt wird, bevor auf ihr die genannte Siliziumnitridschicht
gebildet wird.
Obwohl die genauen Ursachen für die Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit noch nicht vollständig
erforscht sind, wird angenommen, daß bei Verwendung der bekannten Verfahren bei der Herstellung
der Siliziumoxidschicht in deren Oberfläche freier
Sauerstoff verbleibt. Wenn die Bildung der Siliziumnitridschicht
beginnt, wird ein Anfangsbereich aus Oxyntridmaterial gebildet, welches die Bildung einer
abrupten Grenzfläche zwischen dem Oxid und dem Nitrid verhindert. Dadurch wird der Ladungsfangmechanismus
an dieser Grenzfläche beeinträchtigt, was sich nachteilig
auf die Schaltgeschwindigkeit eines Speicher-IGFET
auswirkt, der als Gate-Isolator eine Oxid-Nitridschicht
hat.
Demgegenüber kann bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens angenommen werden, daß
sich zwischen der Oxidschicht und der Nitridschicht eine abruptere Grenzfläche bildet, so daß man bessere
Schalteigenschaften erhält.
21. März 1974
40984Ϊ/0945
Eine Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung und eines danach hergestellten erfindungsgemäßen
Halbleiter-Bauelementes wird im folgenden mit Bezug auf
die beiliegenden Zeichnungen.beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Vorrichtung zur Herstellung von Halbleiter-Bauelementen
nach der Erfindung,
Fig. 2 das Schema einer Prüfschaltung für solche Halbleiter-Bauelemente.
Fig. 3 ein Kurvendiagramm der Schwellenwertspannungsänderung
in Volt mit Bezug auf die Schaltimpulsdauer in iiillisekunden für Halbleiter- Bauelemente, und die
Figuren 4 bis 6 schematisch im Schnitt dargestellte Ansichten eines Körpers aus Halbleitermaterial mit
auf dessen Oberfläche aufgebrachten Schichten nach der Erfindung.
Zunächst wird auf Fig. 4 Bezug genommen, die einen Körper 10 aus Halbleitermaterial zeigt, aus dem
gemäß der Erfindung ein Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate und veränderbarem Schwellenwert (Spei eher-IGFET)
hergestellt wird. Der Körper 10 enthält ein Material, das für die Bildung einer isolierten Gate-Elektrode
geeignet ist, wobei auf einer Oberfläche 12 des Körpers Siliziumoxid und Siliziumnitrid gebildet wird. Solche
geeignete Materialien sind Silizium, Siliziumkarbid und
Verbindungen von Elementen der Gruppe III und der Gruppe V des Periodischen Systems und Verbindungen der
Gruppen II und VI des Periodischen Systems. Als Beispiel wird angenommen, daß der Körper 10 aus Silizium-Halbleitermaterial
vom η-Typ besteht.
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Zwei Bereiche 14 und 16 der entgegengesetzten Art, nämlich vom p-Typ, werden in dem Körper 10 beispielsweise
durch Diffusion gebildet. Die Grenzflächen der Bereiche 14 und 16 mit dem Material des Körpers 10 bilden
jeweils p-n-übergänge 18 und 20. Eine Schicht 22 aus Siliziumoxid, normalerweise in der Form von Siliziumdioxid,
wird auf der Fläche 12 durch geeignete Mitte1
gebildet, beispielsweise durch Wärmeoxidation des
Körpers 10. In der Schicht 22 sind fensterartige Ausnehmungen gebildet, durch die ausgewählte Bereiche der
Oberfläche 12 des Körpers 10 freigelegt werden. Diese Ausnehmungen werden durch geeignete Mittel gebildet,
beispielsweise durch fotolithografische Techniken und
selektives Ätzen, durch welche die bestimmten Bereiche der Oberfläche 12 freigelegt v/erden. Auf die gewählten
Flächenbereiche in den Ausnehmungen wird Bor aufgebracht
und in den Körper 10 diffundiert. Erforderlichenfalls
kann die Dicke der Schicht 22 durch Wiederholung oder Verwendung eines neuen Oxidations-Verfahrensschrittes
vergrößert werden. Die Oxidmaske wird zwischen den Bereichen 14 und 16 von der Oberfläche 12 entfernt.
Der so behandelte Körper 10 wird in einen geeigneten Reaktor gegeben, beispeilsweise in einen,
der für den Wuchs bzw. zum Ziehen von Oxiden, Nitriden, epitaxialen Materialien und dergleichen geeignet ist.
Vorzugsweise wird ein Reaktor verwendet, der nacheinander evakuiert und geflutet bzw. durchströmt werden kann und
außerdem einem Druck widersteht, der größer als der Atmosphärendruck ist. Ein geeigneter Reaktor 50 ist
in Fig. 1 dargestellt.
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Entsprechend Fig. 1 enthält der Reaktor 50 eine Reaktionskammer 52, in der sich ein Aufnehmer 54
mit einer Drehvorrichtung 56 zur Drehung um die Vertikalachse der Kammer 52 befindet. Unter dem
Aufnehmer 54 ist eine Heizvorrichtung 58 angeordnet, zum Beispiel Hochfrequenz-Induktionsspulen, die zwecks
Erwärmung des Aufnehmers 54 und daraufgelegter Substrate mit einer Hochfrequenz-Energiequelle 60 verbunden sind.
Eine Einlaßvorrichtung 62 enthält eine Kammer 64 und eine Sammelleitung 66 zum Einbringen von gasförmigen
Materialien in die Reaktorkammer 52. An die Sammelleitung
66 ist eine Vielzahl von Einlaßleitungen 68, 70, 72 und 74 angeschlossen, die jeweils mit entsprechenden
Quellen 76, 78, 80 und 82 von gasförmigen Materialien verbunden sind. Die Steuerung der Strömung.der gasförmigen
Materialien durch die Einlaßleitungen 68, 70, 72 und 74 erfolgt durch in s.ie eingebaute Steuerventile
84, 86, 88 und 90. Eine Auslaßleitung 92 enthält ein Ventil 94, das die Strömung von gasförmigen Materialien
aus der Kammer 52 steuert.
Mehrere Einheiten der bearbeiteten Körper von Fig. 4 werden innerhalb des Reaktors 50 auf den
sich drehenden Aufnehmer 54 gesetzt. Die Ventile 84 und 94 werden geöffnet und das Innere der Reaktorkammer
sowie die freiliegenden Flächen des Körpers 10 werden mit einem inerten Gas, zum Beispiel Stickstoffgas von der
Quelle 76 geflutet bzw. überströmt. Unter einem inerten Gas ist hier ein Gas zu verstehen, welches an den durchzuführenden
Reaktionsvorgängen nicht aktiv teilnimmt.
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Das Fluten bzw. Durchströmen der Reaktorkammer 52 wird während einer Zeitdauer aufrechterhalten, die .ausreicht,
um die Sammelleitung 66, die Auslaßleitung 92 und die Kammern 52 und 64 von allen möglichen Quellen von
Wachstumsmängeln und Oxidationsmaterialien des den Körper 10 bildenden Materials zu reinigen. Eine Zeitdauer von ungefähr zwei Minuten hat sich zum Reinigen von Reaktoren handelsüblicher Größe-zur Bildun-g von Epitaxialwachsturn als ausreichend erwiesen. Andere geeignete Gase zum Fluten der Reaktorkammer 52 sind Argon, Helium und Wasserstoff,
Wachstumsmängeln und Oxidationsmaterialien des den Körper 10 bildenden Materials zu reinigen. Eine Zeitdauer von ungefähr zwei Minuten hat sich zum Reinigen von Reaktoren handelsüblicher Größe-zur Bildun-g von Epitaxialwachsturn als ausreichend erwiesen. Andere geeignete Gase zum Fluten der Reaktorkammer 52 sind Argon, Helium und Wasserstoff,
Während dem Fluten der Reaktorkammer 52 wird die HF-Energiequelle 60 eingeschaltet, so daß
der Aufnehmer 54 und der Körper bzw. die Körper 10 auf eine Temperatur erwärmt werden, die für das
Wachstum der Siliziumoxidschicht geeignet ist. Der in der Reaktorkammer 52 herrschende Druck wird so
eingestellt, daß er geringfügig höher als der
Atmosphärendruck ist. Diese Druckeinstellung dient zur Verhinderung, daß irgendwelche Materialien von außen in die Reaktorkammer 52 eingesaugt werden und dort möglicherweise in schädlicher Weise den Oxidwachstumsprozeß und die Eigenschaften des fertiggestellten Bauelementes beeinträchtigen. Außerdem ist der in der Reaktorkammer 52 herrschende Druck ausreichend groß, um in ihr einen Strom von Gas oder
Gasen zu bilden, der für eine gute Mischwirkung in dieser Kammer 52 und zumindest im Bereich der freigelegten, ausgewählten Bereiche der Oberfläche 12
des Körpers 10 ausreicht.
Wachstum der Siliziumoxidschicht geeignet ist. Der in der Reaktorkammer 52 herrschende Druck wird so
eingestellt, daß er geringfügig höher als der
Atmosphärendruck ist. Diese Druckeinstellung dient zur Verhinderung, daß irgendwelche Materialien von außen in die Reaktorkammer 52 eingesaugt werden und dort möglicherweise in schädlicher Weise den Oxidwachstumsprozeß und die Eigenschaften des fertiggestellten Bauelementes beeinträchtigen. Außerdem ist der in der Reaktorkammer 52 herrschende Druck ausreichend groß, um in ihr einen Strom von Gas oder
Gasen zu bilden, der für eine gute Mischwirkung in dieser Kammer 52 und zumindest im Bereich der freigelegten, ausgewählten Bereiche der Oberfläche 12
des Körpers 10 ausreicht.
Siliziumoxid kann durch Oxidation des Materials des Körpers IO wachsen lassen bzw. gezogen werden, einschließlich
zumindestens ausgewählter, freigelegter Bereiche der Oberfläche 12 in einem Temperaturbereich von
Raumtemperatur bis ungefähr 1100 C in der Anwesenheit von Sauerstoff. Ein geeignetes Verfahren zum Aufwachsen einer
dünnen Siliziumoxidschicht ist in einer früheren Patentanmeldung
erörtert. Kurz, nach Beendigung der Reinigung der Reaktorkammer 52 und Anheben der Temperatur des
Körpers 10 auf den Oxidwachstums-Temperaturbereich wird
das Ventil 86 geöffnet. Sauerstoff von der Q.uelle wird in einer Menge in den'Stickstoffgasstrom eingebracht,
die zum Aufwachsen der Siliziumoxidschicht auf dem
Körper 10 ausreicht. Es tritt nur ein geringes, wenn überhaupt, weiteres Wachstum der Siliziumoxidschicht
auf. Alternativ hierzu können für das Aufwachsen der Schicht 24 auch andere an sich bekannte Verfahren
verwendet werden, beispielsweise durch Wärmeoxidation des Körpers 10 in feuchtem Sauerstoff. Vorzugsweise
wird als Temperatur oder als Temperaturbereich für den Oxidationsprozeß ein Wert ausgewählt, der nur eine
geringe oder keine weitere Diffusion des Dotierungsmaterials (Bor) in den Körper 10 hinein bewirkt und
dadurch die Bereiche 14 und 16 merklich vergrößert.
Nach Beendigung des Wachstumsvorganges der Siliziumoxidschicht 24 wird ein Ammoniakgas enthaltendes
Gas durch die Reaktorkammer 52 hindurchgeleitet.
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Es wird angenommen, daß der Wachstumsprozeß der Oxidschicht 22 ein fremdartiges Produkt hinterläßt,
welches sich auf die Schaltgeschwindigkeitseigenschaften des vollständigen IGFET nachteilig auswirkt. Es scheint,
daß Sauerstoff in der Form von einzelnen oder in Form von Bündeln aus zwei oder mehr Atomen und/oder Molekülen
26 in den Oberflächen der Oxidschichten 22 und 24 durch zu diesem Zeitpunkt noch nicht ganz verständliche
Ursachen eingefangen oder absorbiert wird. Demzufolge, wenn das gasförmige Gemisch zum Aufbringen von Siliziumnitrid
auf die Oxidschichten 22 und 24 dazu gebracht würde, über die Schichten 22 und 24 zu strömen, dann
wurden die eingefangenen einzelnen oder bündelweise vorhandenen Atome und/oder Moleküle des Sauerstoffs
mit diesem gasförmigen Gemisch reagieren und eine Schicht 28 aus Oxynitridmaterial auf den Siliziumoxidschichten
22 und 24 bilden. Wenn der gesamte verfügbare Sauerstoff aufgebraucht ist, dann würde
eine Siliziumnitridschicht 30 auf die Oxynitridschicht
aufgebracht, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Die Schicht 28 ist offensichtlich nur ein, zwei oder
möglicherweise drei Atome dick. Jedoch reicht ihr Vorhandensein aus, die Schaltgeschwindigkeit des
vollständigen IGFET merklich zu beeinträchtigen.
Demgegenüber wird gemäß der Erfindung nach Vervollständigung des Aufwachsens der Siliziumoxidschicht
24 ein Ammoniakgas enthaltendes Gas durch das Innere des Ofens bzw. Reaktors und über sowie um die
Flächen des bearbeiteten Körpers 10 getrieben, wobei im wesentlichen der gesamte Sauerstoff 26, in welcher
Form er auch immer vorhanden sein möge, von den
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Flächen der Schichten 22 und 24 aus Siliziumoxid (Fig. 4)
durch einzelne oder bündelweise vorhandene Atome und/oder Moleküle von mit Ammoniak angereicherten Materialien und
Sauerstoffradikalen verdrängt und durch diese ersetzt, welche als ein gasförmiges Produkt ausgestoßen werden und
nicht ein Oxynitridprodukt auf der Oxidschicht bilden.
Demzufolge, wenn die Siliziumnitrid bildenden Gase eingeführt
werden, reagiert das eingefangene, mit Ammoniak angereicherte Material mit dem gasförmigen Gemisch, um
mit der Aufbringung des Siliziumnitrids unmittelbar auf
der Oxidschicht zu beginnen. Vorzugsweise wird zur Erleichterung des Verfahrensablaufes das Ammoniak
enthaltende Gas durch die Stickstoffverbindung bereitgestellt, welche beim Aufwachsen der Siliziumnitridschicht
verwendet wird. Beispielsweise kann Ammoniakgas selbst mit einer geeigneten, Silizium enthaltenden gasförmigen
Verbindung für das Aufwachsen der Siliziumnitridschicht verwendet werden. Als Alternative hierzu kann in gleicher
Weise Hydrazingas verwendet werden, vorausgesetzt, daß die Temperatur für das Wachsen der Siliziumnitridschicht
höher ist als die Temperatur, ungefähr 3500C, bei welcher
sich Hydrazin in Stickstoff und Ammoniak zersetzt.
Die Stickstoffströmung wird vorzugsweise
während des gesamten Verfahrens aufrechterhalten. Dieses ununterbrochene Aufrechterhalten der Stickstoffströmung
ermöglicht es, den Stickstoff als Trägergas für das Ammoniak oder für die Ammoniak erzeugende Verbindung
und die Silizium enthaltende Verbindung zu verwenden.
Demzufolge kann, nachdem das Siliziumoxidwachstum
vervollständigt ist, die Reaktorkammer 52 während einer Zeitdauer von ungefähr zwei Minuten mittels
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Stickstoff gereinigt werden und der Körper 10 kann auf eine zur Aufbringung der Siliziumnitridschicht erforderliche Temperatur erwärmt werden. Während die Stickstoffströmung anhält, wird der Ammoniak oder die Ammoniak
erzeugende Verbindung in die Stickstoff.strömung und dadurch in die Kammer eingebracht. Die Strömung des Ammoniaks oder
der Ammoniak erzeugenden Veroindung wird während einer
bestimmten Zeitdauer aufrechterhalten, bevor mit dem Aufbringen der Siliziumnitridschicht begonnen wird.
Während des Reinigungs- und Wärmebehandlungsprozesses unter Verwendung des Ammoniak enthaltenden Gases
wird die Temperatur des behandelten Körpers 10 auf einen Wert eingestellt, bei Welchem die Siliziumnitridschicht
auf die Schichten 22 und 24 aufzubringen ist. Vorzugsweise wird die Temperatur des Körpers 10 zu Beginn des Reinigungsund Wärmebehandlungszyklus auf die Siliziumnitrid-Ablagerungstemperatur gebracht. Nach der Reinigung der Reaktorkaramer
und der Wärmebehandlung der Oberflächen des darin befindlichen, bearbeiteten Körpers 10 wird ein gasförmiges Material, das
zur Erzeugung des Siliziuns der Siliziumnitridschicht
geeignet ist, von der Quelle SO über die Einlaßleitung 72 in das Ammoniak enthaltende Gas eingebracht und seine
Menge durch das Ventil 88 reguliert. Alternativ wird ein Gemisch aus Gasen, das für die Ablagerung einer Siliziumnitridschicht 30 geeignet ist, in die .Reaktorkammer 52 eingebracht
und das Renigungsgas wirkt als ein Verdünnungsmittel dazu. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist ein geeignetes gasförmiges Geraisch zum Aufwachsen der Siliziumnitridschicht 30 (Fig. 5)
ein solches, welches Si lan und Ammoniak enthält. Andere geeignete Siliziumnitrid bildende gasförmige Mischungen sind
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Silizium-Tetrachlorid und Ammoniak, Silan und Hydrazin
und Dichlorosilan und Ammoniak. Geeignete Träger und/oder Verdünnungsgase sind Wasserstoff und Stickstoff. Nach
abgeschlossener Ablagerung der Siliziumnitridschicht 30 wird die Energiequelle 60 abgeschaltet, der behandelte
Körper 10 wird auf Raumtemperatur abgekühlt, vorzugsweise in einer inerten Atmosphäre, die Ventile 84 bis 90 werden geschlossen und der behandelte Körper IO wird aus dem
Reaktor 50 herausgenommen.
und Dichlorosilan und Ammoniak. Geeignete Träger und/oder Verdünnungsgase sind Wasserstoff und Stickstoff. Nach
abgeschlossener Ablagerung der Siliziumnitridschicht 30 wird die Energiequelle 60 abgeschaltet, der behandelte
Körper 10 wird auf Raumtemperatur abgekühlt, vorzugsweise in einer inerten Atmosphäre, die Ventile 84 bis 90 werden geschlossen und der behandelte Körper IO wird aus dem
Reaktor 50 herausgenommen.
Durch Verwendung geeigneter fotolithografischer Techniken, selektive Ätztechniken und Metallablagerungstechniken
wird ein Speicher-IGFET vervollständigt, dessen Struktur in Fig. 5 gezeigt ist. Der IGFET ist mit einem
elektrischen Kontakt veisehen, der an der Siliziumnitridschicht
30 befestigt ist, die auf der Siliziumoxidschicht gewachsen ist, weiche ihrerseits wiederum auf der Fläche
des Kanalbereiches 38 des IGFET gewachsen ist. Elektrische Kontakte 34 und 36 sind an gewählten Flächenbereichen der
genannten Bereiche 14 und 16 befestigt.
Wie Fig. 5 zeigt, enthält der IGFET eine Siliziumnitridschicht
30, die unmittelbar auf die Siliziumoxidschicht aufgebracht ist. Oxinitridmaterial befindet sich zwischen den
beiden Schichten nicht. Zwischen den beiden Schichten 24 und 30 ist eine abrupte Grenzfläche. Der dargestellte und
gemäß der Erfindung hergestellte IGFET zeigt eine wesentliche Zunahme an wünschenswerten, elektrischen Eigenschaften mit
Bezug auf bekannte Bauelemente. Beispielsweise hat ein
gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Speicher-IGFET nach der Erfindung eine Schaltgeschwindigkeit, die ungefähr lOmal schneller ist als die Schaltgeschwindigkeit von Bauelementen, welche nach bekannten Verfahren hergestellt
gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Speicher-IGFET nach der Erfindung eine Schaltgeschwindigkeit, die ungefähr lOmal schneller ist als die Schaltgeschwindigkeit von Bauelementen, welche nach bekannten Verfahren hergestellt
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Zur Erläuterung der Vorteile der erfindungsgemäßen Verfahrenstechnik wurden zwei Speicher-IGFETs,
deren Grundstruktur in Fig. 2 dargestellt ist, hergestellt und geprüft und die Prüfergebnisse wurden ausgewertet.
Beide IGFETs wurden in genau der gleichen Weise hergestellt, mit der Ausnahme, daß einer davon unter Verwendung des
Verfahrensschrittes hergestellt wurde, bei welchem die Reaktorkammer 52 gereinigt und die Oberfläche der Oxidschichten
mit einem Ammoniak enthaltenden Gas wärmebehandelt wird, bevor die Siliziumnitridschicht aufgebracht wird.
Die hergestellten Prüf-IGFETs 110 enthielten einen Körper 112 aus Silizium-Halbleitermaterial vom n-Typ.
Source- und Drainbereiche 114 und 116 vom P-Leitfähigkeitstyp
wurden durch Bor-Diffusionstechniken unter Verwendung einer Oxidmaske gebildet. Die Reaktorkammer wurde während
der Dauer von ungefähr 2 Minuten mit Stickstoffgas gereinigt,
welches mit einer Strömungsmenge von 24 Litern pro Minute zugeführt wurde, und der Körper 112 wurde auf eine
Temperatur von 6000C + 20C erwärmt. Sauerstoffgas mit
einer Reinheit von 99,999% wurde in den Stickstoffgasstrom mit einer Strömungsmenge von 1,2 Liter pro Minute eingebracht.
Die Strömung des Sauerstoff-Stickstoff-Gasgemisches wurde während ungefähr 20 Minuten aufrechterhalten. Eine
Siliziumoxidschicht 118 mit einer Dicke von ungefähr
20 Ä bis 30 Ä wurde auf die Oberfläche des Kanalbereiches
120 aufgewachsen.
Eine Siliziumnitridschicht 122 wurde auf einen
der behandelten Körper 112 aufgebracht, indem sofort ein Gasgemisch aus Si lan und Ammoniak in die Reaktorkammer
eingebracht und der Körper 112 auf eine Temperatur von 7000C
+ 50C erwärmt wurde, nachdem das Aufwachsen der Oxidschicht
118 beendet war. Das gasförmige Gemisch enthielt Stickstoff,
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Ammoniak und Si lan. Das Strömen des gasförmigen Gemisches hielt ungefähr 3 Minuten lang an, bis eine Siliziumnitridschicht 122 mit einer Dicke von ungefähr 750 Ä
aufgebracht war.
Der zweite Körper 112 wurde in der folgenden Weise hergestellt. Nach dem Wachsen der Siliziumoxidschicht 118
wurde die Strömung der oxidierenden Gase abgeschaltet und Ainmoniakgas wurde durch die Reaktorkammer 52 über und
um die freigelegten Flächen des bearbeiteten Körpers 112 geströmt, insbesondere die Flächen der Oxidschicht 118.
Gleichzeitig wurde die Temperatur des Körpers 112 auf 75O0C + 50C angehoben und die Ammoniakströmung wurde
während 10 Minuten aufrechterhalten, um die Siliziumoxidschicht
mit Wärme zu behandeln, bevor die Siliziumnitridschicht
aufgebracht wird. Diese Siliziumnitridschicht wurde dann
in genau der gleichen Weise wie bei dem an sich bekannten Bauelement aufgebracht.
Beide IGFET-Bauelemente wurden dann bei der
weiteren Bearbeitung mit einem elektrischen Kontakt bzw. einer Gateelektrode 124 und elektrischen Kontakten 126
und 128 an den betreffenden Quellen- und Drainbereichen und 116 versehen, wonach die IGFETs fertig waren.
Unter den Prüfungen, denen die beiden Bauelemente ausgesetzt wurden, befanden sich auch solche zur Wertbestimmung und zum Vergleich der Schaltzeiten für jeden IGFET.
Jedes IGFET-Bauelement wurde an eine Prüfschaltung 148 angeschlossen, die mehrere Spannungsquellen 130, 132 und 134
enthielt, die parallel zueinander geschaltet waren. Die Kathode jeder Spannungsquelle 130, 132 und 134 war über
einen Sammelanschluß mit der Gateelektrode 124 verbunden. Die Anode jeder Spannungsquelle 130, 132 und 134 war über
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entsprechende Schalter 136, 138 und 140 und einen gemeinsamen Anschluß mit der Bodenfläche 142 des zu
prüfenden IGFETl verbunden. Schaltungsmittel 144 mit
einem Amperemeter 146 dienten zur Messung der in den Source- und Drainbereich fließenden Ströme.
Entsprechend ihrer Herstellung waren die IGFETs dazu bestimmt, zwischen den Source- und Drainbereichen
und 116 zu leiten, wenn eine Prüfspannung von -4V von der Spannungsquelle 130 über den Schalter 136 angelegt
wurde, indem letzterer geschlossen wurde. Die Schweilenspannung des IGFET war auf -3V festgelegt, wenn mit
-4V geprüft wurde. Dieser Zustand ist der "Ein"- oder
"Eins"-Zustand des IGFET.
Die in der Prüfschaltung 148 verwendete Spannung betrug +30V, die bei geschlossenem Schalter 138 von
der Spannungsquelle 132 zur Verfugung gestellt wurde.
Das Anlegen der Schaltspannung ändert die Schwellenwert-Spannung (sie wird negativer) nicht-linear über eine Zeitperiode oder auf die Dauer eines Schaltimpulses und erreicht
eine bestimmte Hochebene. Das Anlegen einer Spannung von -4V bewirkt keine Leitfähigkeit zwischen den Source-
und Drainbereichen 114 und 116. Der IGFET ist nun in seinem "Aus"- oder "Null"-Zustand. Der IGFET wurde dann in den
"Eins"-Zustand zurückgeführt, eine Schwellenspannung von -3V, indem an die Prüfschaltung 148 von der Spannungsquelle 134 über den Schalter 140 eine Spannung von -30V
angelegt wurde.
Die beiden IGFETs wurden elektrisch geprüft und die Schwellenspannungsänderung, die in Volt (Ordinate)
gemessen wurde, wurde für jedes Bauelement in Abhänggkeit von der Schaltimpulsdauer in Millisekunden (Abszisse)
aufgezeichnet, wie die in Fig. 3 dargestellt ist. Die
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aufgezeichneten Testdaten für den in bekannter Weise aufgebauten IGFET sind in der oberen Kurve 201 festgehalten.
Die aufgezeichneten Testdaten für den erfindungsgemäßen IGFET, dermit, mit Ammoniak angereicherter
Atmosphäre wärmebehandelt wurde, unmittelbar nach dem
Oxidwachstum und unmittelbar vor dem Nitridwachstum, sind durch die untere Kurve 203 dargestellt. Die anfängliche
Schwellenspannung betrug für beide IGFET-Bauelemente -3V,
wie dies durch die gestrichelte Linie 205 in Fig. 3 dargestellt ist.
Der gemäß dem Verfahren nach der Erfindung hergestellte IGFET zeigte eine sehr hohe Schaltgeschwindigkeit
mit Bezug auf das in an sich bekannter Weise hergestellte Bauelement, wobei die Schaltgeschwindigkeit
bei dem erfindungsgemäßen Bauelement typischerweise mindestens !Oma! höher war.
Zl. März 1974
Claims (11)
1. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Bauelementes, welches Schritte zur Bildung einer
Siliziumoxidschicht auf einer Fläche eines Halbleiter-Substrates
und zur Bildung einer Siliziumnitridschicht auf der genannten Siliziumoxidschicht enthält, dadurch
gekennzeichnet, daß die genannte Siliziumoxidschicht (24)
in einer Ammoniak enthaltenden Atmosphäre erwärmt wird, bevor auf ihr die genannte Siliziumnitridschicht (30)
gebiIdet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleitermaterial Silizium verwendet
v/ird und daß der Verfahrensschritt zur Bildung der genannten Siliziumoxidschicht (24) eine Erwärmung des
genannten Substrats (10) in einer oxidierenden Atmosphäre beinhaltet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte, Ammoniak enthaltende
Atmosphäre dadurch gebildet wird, daß ein Ammoniakgas enthaltendes Gas über die genannte Siliziumoxidschicht
(24) hinweggeströmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zur Bildung der genannten
SiI iziumnitridschicht (30) ein Erwärmen der Siliziumoxidschicht
(24) in einer Atmosphäre beinhaltet, die Ammoniak und eine Siliziumverbindung enthält.
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5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte, Ammoniak enthaltende
Atmosphäre dadurch bereitgestellt wird, daß ein Hydrazin
enthaltendes Sas auf bzw. über die genannte Siliziumoxidschicht
(24) geströmt wird und daß die Temperatur der Siliziumoxidschicht (24) derart dosiert wird, daß in der Umgebung
der Siliziumoxidschicht (24) Ammoniak von dem
genannten Hydrazin erzeugt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Schritt zur Bildung der
Siliziumnitridschicht (30) durch Erwärmen der Siliziumoxidschicht
(24) in einer Atmosphäre bewirkt wird, die Hydrazin und eine Siliziumverbindung enthält.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein inertes Gas über das
genannte Substrat (10) während einer bestimmten Zeitdauer hinweggeströmt wird» und zwar anschließend an
den genannten Schritt zur Bildung der Siliziumoxidschicht
(24), jedoch vor dem Schritt zur Erwärmung dieser Siliziumoxidschicht (24) in einer Ammoniak
enthaltenden Atmosphäre.
8. , Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als inertes Gas Stickstoff verwendet
wi rd.
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9". Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Siliziumoxid (24) sowohl während des Verfahrensschrittes zur Erwärmung in
einer Ammoniak enthaltenden Atmosphäre als auch während des Verfahrensschrittes zur Bildung der genannten
Siliziumnitridschicht (30) auf im wesentlichen der gleichen Temperatur gehalten wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daB die genannte Temperatur auf 750 C +^ 50C
gehalten wird und daß die genannte Erwärmung in einer Ammoniak enthaltenden Atmosphäre auf eine Dauer van
ungefähr zehn Minuten durchgeführt wird.
11. Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate-
und veränderbarem Schwellenwert, dadurch gekennzeichnet, daß er nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1
bis 10 hergestellt ist.
409841/0945 21. März 1974
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