DE2524750A1 - Verfahren zur behandlung einer siliziumdioxidschicht - Google Patents

Verfahren zur behandlung einer siliziumdioxidschicht

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Description

Dipl.-lng. H. Sauerland · Dr.-lng. R. König · Dipl.-lng. K. Bergen Patentanwälte ■ 4ood Düsseldorf 3D ■ Cecilienallee 76 ■ Telefon 43273a
3. Juni 1975 29 978 B
RCA Corporation, 30 Rockefeiler Plaza, New York, N.Y. 10020 (V0St.A.)
"Verfahren zur Behandlung einer Siliziumdioxidschicht"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung einer Siliziumdioxidschicht, insbesondere ein Verfahren zum Stabilisieren des Gate-Dielektrikums eines MOS-(Metall-Oxid-Halbleiter-)Bauteils.
Im Zusammenhang mit der Herstellung eines MOS-Bauteils ist es bekannt, daß dieses instabil wird und schlecht arbeitet, wenn gewisse Verunreinigungen in das Gate-Dielektrikum gelangen, entweder während seines Ziehens bzw. Aufwachsens oder während der weiteren Behandlung des MOS-Bauteilsο Eine Hauptquelle dieser Instabilität und schlechten Leistung ist die Gegenwart beweglicher positiver Ionen, beispielsweise Natrium und/oder Lithium in der dielektrischen (SiO2-)Schichte Es ist bereits vorgeschlagen worden, in die aus Siliziumdioxid bestehende dielektrische Gate-Schicht während ihres Ziehens oder Wachsens Chlor einzuführen, um die positiven Fremdstoffionen zu neutralisieren und/oder unbeweglich zu machen und dadurch die Stabilität des MOS-Bauteils zu verbessern. Wenngleich dieses bekannte Verfahren für das Wachsen einer Siliziumdioxidschicht zufriedenstellend ist, erfordert es eine relativ hohe Temperatur (ungefähr 1100°C), die für die Fertigung bestimmter Halbleiterbauteile ungeeignet ist.
fu
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem bei gegenüber dem Stand der Technik wesentlich niedrigeren Temperaturen eine zuverlässige Stabilisierung der genannten Schicht erreicht werden kanne Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Oberfläche der Schicht mit einer Lösung einer ionischen Fluorverbindung überzogen wird, daß die Lösung getrocknet wird, um das Lösungsmittel zu entfernen, wobei das aus ionischer Fluorverbindung bestehende Gelöste auf dieser Oberfläche verbleibt, und daß eine negative Koronaentladung auf diese Oberfläche gerichtet wird, um die Fluorionen der genannten Verbindung in die Schicht zu zwingen, während die andere Oberfläche der Schicht gegebenenfalls mit einer gegenüber der negativen Koronaentladung positiveren Potentialquelle verbunden wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren erweist sich besonders vorteilhaft im Rahmen der Herstellung stabiler MOS-Bauteile, bei denen Siliziumdioxid als Gate-Dielektrikum vorgesehen ist. Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert Temperaturen, die nicht oder allenfalls unwesentlich höher als 180 C sind, und kommt erst zur Anwendung, wenn die Siliziumdioxidschicht bereits fertiggestellt ist.
Das Verfahren kann auch bei niedergeschlagenen dielektrischen Gläsern oder Oxiden für Passivierungszwecke verwendet werden, und was nachfolgend für eine Siliziumdioxidschicht beschrieben und beansprucht ist, gilt in gleicher Weise für eine dielektrische Glasschicht ο
Da gemäß der Erfindung eine Siliziumschicht eines MOS-Bauteils erst nach ihrer Fertigstellung behandelt wird,
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d.h. nicht während des Ziehens, Wachsens oder Niederschlagens der Schicht, wird durch diese Maßnahmen die Flexibilität der Herstellung und Behandlung von HaIbleiterbauteilen erhöht; außerdem sorgt das Verfahren für einen umfassenden Schutz gegen Fremdstoffe "bzw. Verunreinigungen, die in die Siliziumdioxidschicht nach ihrer Fertigstellung eingeführt werden könnten.
Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf dem Gedanken, daß Fluorionen, F", in die Oberfläche einer auf einem Siliziumsubstrat befindlichen Siliziumdioxidschicht von ungefähr 1000 S Dicke injiziert und in die Schicht transportiert werden können. Um die F~"-Ionen einzuführen, wird die Außenfläche der vorzugsweise auf einem Siliziumsubstrat befindlichen Siliziumdioxidschicht mit einer wässrigen Lösung einer löslichen ionischenFluoridverbindung überzogen. Die Verbindung kann ein Salz sein, wie beispielsweise Kaliumfluorid, Natriumfluorid oder Ammoniumfluoride Die Siliziumdioxidschicht wird getrocknet, z.B. in einem Entfeuchter, um das Lösungsmittel zu entfernen, so daß eine dünne Schicht des festen Gelösten auf der Oberfläche verbleibt. Die Oberfläche der Schicht wird sodann negativ geladen durch eine negative Koronaentladung von mindestens -5000 V in Luft, während die gegenüberliegende Oberfläche der Schicht auf dem Siliziumsubstrat elektrisch mit Erde (über das Substrat) verbunden wird, d.h« mit einer gegenüber der negativen Koronaentladung positiveren Potentialquelle. Die F--Ionen der Fluoridverbindung werden unter dem Einfluß des hohen, durch die Koronaentladung erzeugten elektrischen Feldes in die Siliziumdioxidschicht getrieben und beeinflussen die Silizium-Siliziumdioxid-GrenJSschicht. Der Einfluß der F~-Ionen auf die Siliziumdioxid-Silizium-Grenz-
schicht kann in bekannter Weise durch CV-(Kapazitäts-Spannungs-)Messungen erfaßt werden.
Die Oberfläche der Siliziumdioxidschicht wird nun gereinigt, z.B0 durch Waschen mit entionisiertem Wasser, um jegliches noch darauf befindliches Fluorid zu entfernen, und in Luft bei einer Temperatur von mindestens 1800C für mindestens 15 Minuten wärmebehandelt.
Vor der Wärmebehandlung wird die Anwesenheit von F~- Ionen durch Messen der Wechselstrom-Kapazität der behandelten Siliziumdioxidschicht als Funktion der Gleichstromvorspannung erfaßt bzw. gemessen. Dies ist die übliche CV-Messung, die bei MOS-Untersuchungen bzw. Einteilung nach Eigenschaften Anwendung findet. Nach der Wärmebehandlung sind die negativen Ladungen der F~- Ionen nicht mehr vorhanden, jedoch liegt das Fluor chemisch vor und ist immer noch in der Lage, mobile, positive (Fremdstoff-)Ionen in der Siliziuaidioxidschicht zu neutralisieren und/oder unbeweglich zu machen,
Die zuvor dargelegten Ergebnisse und Vorteile sind in Versuchen unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens nachweislich erzielt worden. Beispielsweise wurden mehrere MOS-Kondensatoren, die jeweils eine Siliziumdioxidschicht einer Dicke von ungefähr 1000 Ä auf einem Siliziumsubstrat aufwiesen, hergestellt; auf die Siliziumdioxidschicht wurde eine Aluminiumelektrode aufgebracht. Die Siliziumdioxidschichten wurden während ihrer Herstellung mit Natriumionen kontaminiert. Die Siliziumdioxidschichten der Hälfte der MOS-Kondensatoren wurden erfindungsgemäß mit Fluorionen behandelt, während die Siliziumdioxidschichten der übrigen MOS-Kondensatoren unbehandelt blieben. Die MOS-Kondensa-
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toren wurden dann mittels Vorspannungs-Temperaturtests (CV-Messungen) hinsichtlich Stabilität gegenüber ihrer anfänglichen Ionenverunreinigung berechnet bzw. untersucht. Beispielsweise wurde eine Vorspannung von +10 V an die Aluminiumelektrode jedes MOS-Kondensators für 5 Minuten bei einer Temperatur von ungefähr 2000C gelegt. Jeder MOS-Kondensator wurde dann mit Hilfe von CV-Messungen getestet, um irgendwelche Band-(Flachband-) Verschiebungen festzustellen. Die MOS-Kondensatoren, bei denen keine Fluorionen injiziert worden waren, zeigten Bandverschiebungen im Bereich von 0,5 bis 6 V. Bei den MOS-Kondensatoren, die erfindungsgemäß mit Fluorionen behandelt worden waren, konnten überhaupt keine Bandverschiebungen beobachtet werden. Die Fluorionen neutralisierten und/oder machten die anfänglichen, kontaminierenden positiven Natriumionen in den Siliziumdioxidschichten unbeweglich. Es wurde außerdem beobachtet, daß die kontaminierenden positiven Natriumionen auch dann neutralisiert und/oder unbeweglich gemacht wurden, wenn die Fluorionen in die Siliziumschichten vor dem Einbringen von kontaminierenden Natriumionen eingeführt wurden, (wobei das Einführen der Natriumionen mit einer positiven Koronaentladung auf getrocknetes Natriumsalz auf der Oberfläche der Siliziumdioxidschicht erfolgte).
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Claims (1)

  1. RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza, New York. N.Y. 10020 (V.St.A.)
    Patentansprüche:
    Verfahren zur Behandlung einer Siliziumdioxidschicht, die ein Paar gegenüberliegender Oberflächen aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß eine Oberfläche der Schicht mit einer Lösung einer ionischen Fluorverbindung überzogen wird, daß die Lösung getrocknet wird, um das Lösungsmittel zu entfernen, wobei das aus ionischer Fluorverbindung bestehende Gelöste auf dieser Oberfläche verbleibt, und daß eine negative Koronaentladung auf diese Oberfläche gerichtet wird, um die Fluorionen der genannten Verbindung in die Schicht zu zwingen, während die andere Oberfläche der Schicht gegebenenfalls mit einer gegenüber der negativen Koronaentladung positiveren Potentialquelle verbunden wird.
    0 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Oberfläche durch Waschen mit entionisiertem Wasser von der gelösten Fluorverbindung gereinigt wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Schicht einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von mindestens 1800C für mindestens 15 Minuten unterzogen wird.
    4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß das im Lösungsmittel Gelöste aus einem Salz der
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    aus Kaliumfluorid, Natriumfluorid und Ammoniumfluorid gebildeten Gruppe besteht, und daß als Lösungsmittel Wasser verwendet wird.
    5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
    4, dadurch gekennzeichnet , daß das Trocknen der Lösung in einem Entfeuchter durchgeführt wird, um das Lösungsmittel aus der Lösung bei Raumtemperatur zu entfernen.
    6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
    5, dadurch gekennzeichnet , daß die negative Koronaentladung auf die Oberfläche in Luft einwirkt«,
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DE2524750A 1974-06-06 1975-06-04 Verfahren zum Stabilisieren einer Siliziumoxydschicht Expired DE2524750C3 (de)

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