DE2636280A1 - Anordnung aus einem substrat und mindestens einer darauf aufgebrachten schicht und herstellungsverfahren hierfuer - Google Patents
Anordnung aus einem substrat und mindestens einer darauf aufgebrachten schicht und herstellungsverfahren hierfuerInfo
- Publication number
- DE2636280A1 DE2636280A1 DE19762636280 DE2636280A DE2636280A1 DE 2636280 A1 DE2636280 A1 DE 2636280A1 DE 19762636280 DE19762636280 DE 19762636280 DE 2636280 A DE2636280 A DE 2636280A DE 2636280 A1 DE2636280 A1 DE 2636280A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- layer
- substrate
- aluminum
- silicon
- nitrogen
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims description 68
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 9
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 54
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 47
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 42
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 39
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 35
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 31
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 30
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 28
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- -1 alkylaluminum halides Chemical class 0.000 claims description 21
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K aluminium trichloride Chemical compound Cl[Al](Cl)Cl VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 14
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 14
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 12
- 150000003377 silicon compounds Chemical class 0.000 claims description 11
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 10
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 7
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N Hydrazine Chemical compound NN OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 3
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 claims description 3
- 150000003335 secondary amines Chemical class 0.000 claims description 3
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 claims 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 83
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 description 19
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 14
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 9
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 8
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 6
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 6
- 229910017464 nitrogen compound Inorganic materials 0.000 description 6
- 150000002830 nitrogen compounds Chemical class 0.000 description 6
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 5
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical class [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 4
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 4
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 4
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 3
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 3
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 3
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000003141 primary amines Chemical class 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 2
- VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 4-[4-(4-methoxyphenyl)piperazin-1-yl]aniline Chemical compound C1=CC(OC)=CC=C1N1CCN(C=2C=CC(N)=CC=2)CC1 VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000000044 Amnesia Diseases 0.000 description 1
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical group [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000005046 Chlorosilane Substances 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001313099 Pieris napi Species 0.000 description 1
- 235000008331 Pinus X rigitaeda Nutrition 0.000 description 1
- 235000011613 Pinus brutia Nutrition 0.000 description 1
- 241000018646 Pinus brutia Species 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- CECABOMBVQNBEC-UHFFFAOYSA-K aluminium iodide Chemical compound I[Al](I)I CECABOMBVQNBEC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- SMZOGRDCAXLAAR-UHFFFAOYSA-N aluminium isopropoxide Chemical compound [Al+3].CC(C)[O-].CC(C)[O-].CC(C)[O-] SMZOGRDCAXLAAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JPUHCPXFQIXLMW-UHFFFAOYSA-N aluminium triethoxide Chemical compound CCO[Al](OCC)OCC JPUHCPXFQIXLMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 description 1
- 238000009388 chemical precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000003251 chemically resistant material Substances 0.000 description 1
- KOPOQZFJUQMUML-UHFFFAOYSA-N chlorosilane Chemical compound Cl[SiH3] KOPOQZFJUQMUML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- MROCJMGDEKINLD-UHFFFAOYSA-N dichlorosilane Chemical compound Cl[SiH2]Cl MROCJMGDEKINLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004177 diethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000012776 electronic material Substances 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 210000003608 fece Anatomy 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 150000002429 hydrazines Chemical class 0.000 description 1
- BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N hydridophosphorus(.) (triplet) Chemical compound [PH] BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 231100000863 loss of memory Toxicity 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 1
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005049 silicon tetrachloride Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- PUGUQINMNYINPK-UHFFFAOYSA-N tert-butyl 4-(2-chloroacetyl)piperazine-1-carboxylate Chemical compound CC(C)(C)OC(=O)N1CCN(C(=O)CCl)CC1 PUGUQINMNYINPK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- SQBBHCOIQXKPHL-UHFFFAOYSA-N tributylalumane Chemical compound CCCC[Al](CCCC)CCCC SQBBHCOIQXKPHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZDHXKXAHOVTTAH-UHFFFAOYSA-N trichlorosilane Chemical compound Cl[SiH](Cl)Cl ZDHXKXAHOVTTAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005052 trichlorosilane Substances 0.000 description 1
- VOITXYVAKOUIBA-UHFFFAOYSA-N triethylaluminium Chemical compound CC[Al](CC)CC VOITXYVAKOUIBA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CNWZYDSEVLFSMS-UHFFFAOYSA-N tripropylalumane Chemical compound CCC[Al](CCC)CCC CNWZYDSEVLFSMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006200 vaporizer Substances 0.000 description 1
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
- H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
- H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
- H01L21/02123—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
- H01L21/02142—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material containing silicon and at least one metal element, e.g. metal silicate based insulators or metal silicon oxynitrides
- H01L21/02145—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material containing silicon and at least one metal element, e.g. metal silicate based insulators or metal silicon oxynitrides the material containing aluminium, e.g. AlSiOx
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/34—Nitrides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
- H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
- H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
- H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
- H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/314—Inorganic layers
- H01L21/318—Inorganic layers composed of nitrides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/49—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
- H01L29/51—Insulating materials associated therewith
- H01L29/511—Insulating materials associated therewith with a compositional variation, e.g. multilayer structures
- H01L29/513—Insulating materials associated therewith with a compositional variation, e.g. multilayer structures the variation being perpendicular to the channel plane
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
- H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
- H01L21/02205—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition
- H01L21/02208—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition the precursor containing a compound comprising Si
- H01L21/02211—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition the precursor containing a compound comprising Si the compound being a silane, e.g. disilane, methylsilane or chlorosilane
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
- H01L21/28008—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
- H01L21/28017—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon
- H01L21/28158—Making the insulator
- H01L21/28167—Making the insulator on single crystalline silicon, e.g. using a liquid, i.e. chemical oxidation
- H01L21/28194—Making the insulator on single crystalline silicon, e.g. using a liquid, i.e. chemical oxidation by deposition, e.g. evaporation, ALD, CVD, sputtering, laser deposition
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
- H01L21/28008—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
- H01L21/28017—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon
- H01L21/28158—Making the insulator
- H01L21/28167—Making the insulator on single crystalline silicon, e.g. using a liquid, i.e. chemical oxidation
- H01L21/28202—Making the insulator on single crystalline silicon, e.g. using a liquid, i.e. chemical oxidation in a nitrogen-containing ambient, e.g. nitride deposition, growth, oxynitridation, NH3 nitridation, N2O oxidation, thermal nitridation, RTN, plasma nitridation, RPN
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/49—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
- H01L29/51—Insulating materials associated therewith
- H01L29/517—Insulating materials associated therewith the insulating material comprising a metallic compound, e.g. metal oxide, metal silicate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/49—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
- H01L29/51—Insulating materials associated therewith
- H01L29/518—Insulating materials associated therewith the insulating material containing nitrogen, e.g. nitride, oxynitride, nitrogen-doped material
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
- Non-Volatile Memory (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Description
Amtliches Aktenzeichen:
N euanmeldung
Aktenzeichen der Anmelderin: YO 974 038
Anordnung aus einem Substrat und mindestens einer darauf aufgebrachten
Schicht und Herstellungsverfahren hierfür
Die Erfindung betrifft eine Anordnung f bestehend aus einem Substrat
und mindestens einer darauf aufgebrachten Schicht und ein
Verfahren zur Herstellung dieser Anordnung.
Verfahren zur Herstellung dieser Anordnung.
Die vorliegende Erfindung hat insbesondere Bedeutung bei Halbleiter
anordnungen f wie z.B, MISFET (Metall-Isolator-Halbleiter-Feld- ;
effekttransistor)-Anordnungen, zu denen MOSFET (Metall-Oxid-Halb- '■
leiter-Feldeffekttransistor)- und MIOSFET (Metall-Isolator-Oxid- '
Halbleiter-Feldeffekttransistor)-Anordnungen gehören. Die Materialien
für die Ladungsspeicherschichten, welche im Augenblick
für MOS (Metall-Oxid-Halbleiter)-und MIOS(Metall-Isolator-Oxid- j Halbleiter)-Ladungsspeicheranordnungen, welche in der Form von j Feldeffekttransistoren innerhalb eines Speiehersystems betrieben ; werden, schließen Siliciumnitrid (Si3N4) oder Aluminiumoxid j (Al2O3) ein. Diese Materialien werden beispielhaft von D. Frohman j u.a. in Proceedings IEEE, Band 58, Nr. 8, August 1970, von M.White j u.a. in IEEE Transactions, Electrochemical Division, Band ED-19, ; Nr. 12, Dezember 1972, von C.Nabor u,a. in Semiconductor Silicon, ' 1973, Edition, Electrochemical Society, Princeton, New Jersy, von ; C.Salama in Journal of the Electrochemical Society, Band 117,
Nr. 7, Seite 913 (Juli 1970) und von BaIk u.a. in Journal of the
Electrochemical Society, Band 118, Seite 1936 (1971) beschrieben,
für MOS (Metall-Oxid-Halbleiter)-und MIOS(Metall-Isolator-Oxid- j Halbleiter)-Ladungsspeicheranordnungen, welche in der Form von j Feldeffekttransistoren innerhalb eines Speiehersystems betrieben ; werden, schließen Siliciumnitrid (Si3N4) oder Aluminiumoxid j (Al2O3) ein. Diese Materialien werden beispielhaft von D. Frohman j u.a. in Proceedings IEEE, Band 58, Nr. 8, August 1970, von M.White j u.a. in IEEE Transactions, Electrochemical Division, Band ED-19, ; Nr. 12, Dezember 1972, von C.Nabor u,a. in Semiconductor Silicon, ' 1973, Edition, Electrochemical Society, Princeton, New Jersy, von ; C.Salama in Journal of the Electrochemical Society, Band 117,
Nr. 7, Seite 913 (Juli 1970) und von BaIk u.a. in Journal of the
Electrochemical Society, Band 118, Seite 1936 (1971) beschrieben,
7 0 9 8 1 0 / Π 1 2
263628Ü
Die oben angegebenen isolierenden Materialien haben eine weite !
Anwendung gefunden, da sie verschiedene günstige elektrische I Eigenschaften besitzen, welche für akzeptable Ladungsspeicheran- ■
Ordnungen benötigt werden, wie z.B. große verbotene Zwischenräume '
(gap) zwischen Leitfähigkeitsbändern, hohen Gleichstromwiderstand und hohe Durchbruchsspannung und das Vorhandensein von Energiefallen
zur Ladungsspeicherung innerhalb des verbotenen Zwischenraums. Diese elektrischen Eigenschaften sind wichtig für Anordnungen,
wie z.B. Festspeicher (read only oder read mostly memories), welche die Fähigkeit erfordern. Ladungen für relativ lange Zeiträume,
wie z.B, mehrere Jahre, zu halten und elektrisch mit praktisch
verwendbaren Spannungsimpulsniveaus, welche verträglich mit üb- [
liehen elektrischen Energiesystemen für Computer sind, veränderbar j
zu sein, >
Jedoch ist die Anwendung von Si3N4 und Al3O3 etwas eingeschränkt !
worden wegen der Probleme, welche mit dem Löschen von vorher ; injizierten Ladungen durch Anlegen einer Gegenspannung zusammenhängen.
Obwohl Al3O3 elektrisch bei relativ niedrigen Spannungen, ι
wie z*B, solchen zwischen etwa 15 und etwa 25 Volt, beschrieben :
: (written) werden kann, erfordert das Löschen, um den ursprünglicher
Zustand wieder herzustellen, Spannungsimpulse bis zu etwa 35 Volt.
Die Anwendung einer großen Zahl von Schreib- und Lösch(Laden u. !Entladen)-Impulszyklen endet wegen der hohen Löschspannung oft mit
einem frühen Ausfall der Anordnung, Si3N4 benötigt sowohl zum j
[Schreiben als auch zum Löschen Spannungsimpulse oberhalb 25 Volt, j
!um brauchbare Ladungsfenster (charge windows) zu erhalten» \
\
I
Eine notwendige Eigenschaft für die Anwendung bei Langzeitspeichern
ist die Fähigkeit der für die eigentliche Speicherung verwendeten Anordnung, einen vorher eingeschriebenen Ladungszustand während
jdes gewünschten Zeitraums, welcher im allgemeinen mehrere Jahre beträgt, zu halten. Es ist sowohl theoretisch als auch experimentell
festgestellt worden, daß wenn ein Ladungszustand einge- ! schrieben worden ist, ständig Ladung abgebaut wird, wobei die Ί
974 038 7 0 9 810/1112
■■'■-. 3 - I
; Geschwindigkeit des Abbaus außer von den Eigenschaften der La-I
dungsspeicherschicht abhängt von der Dicke einer zwischen Substrat
j und Ladungsspeicherschicht aufgebrachten Oxidschicht, welche bei- j
j spielsweise aus Siliciumoxid besteht, der Ladungsmenge, welche in .
; die Ladungs spei eher schicht injiziert worden ist, und von den '■
j besonderen elektronischen Eigenschaften der Ladungsspeicherschicht, j welche von deren chemischer Zusammensetzung abhängen. Wegen der
Einzelheiten wird auf S, Zirinsky, "Charge Transfer Properties of ;
I MNOS Structures as Influenced by Processing Parameters", AIME, !
ί .
iElectronic Materials Division Meeting, Boston, Massachusetts, |
Paper No. C3, September 1974,Journal of Electronic Materials, \
: Plenum Press, New York, Juni 1975, Band 4, Nr, 3, Seite 591 und '
auf L,Ludkvist u.a., Solid State Electronicsf Band 16, Seite 811
! (1973) verwiesen,
;Eine Methode um das Speicherungszurückhalteverhalten einer spe- j
ι ■ ■ i
Jziellen Anordnung zu kennzeichnen, ist die Spezifizierung der ;
,Geschwindigkeit des Ladungsverlustes pro Zeitdekade (Volt pro >
; Zeitdekade) , nachdem anfänglich auf ein spezifiziertes Ladungs- '·
niveau (anfängliche Voltzahl) aufgeladen worden ist, Sowohl ;
IAl2O3 als auch Si3N4 zeigen eine lineare Verlustrate pro Zeitde- !
!kade, wobei der Ladungsverlust im allgemeinen eine Millisekunde j
Inach der Anwendung des Schreibimpulses einsetzt. j
!Wird anfänglich auf ein Ladungsniveau im Bereich zwischen +4 und I
:+5 Volt aufgeladen, wird die Entladung mit einer Geschwindigkeit
zwischen 0,25 und o,35 Volt pro Zeitdekade vor sich gehen. Nach !
Zeiträumen zwischen 1 und 10 Jahren (10 bis 11 Zeitdekaden) wird J das übriggebliebene Ladungsniveau im Bereich zwischen 1 und 1,5 j
■Volt liegen, was nicht als akzeptabel für die Anwendung bei Spei- ]
'ehern angesehen wird. Werden höhere Ladungsniveaus eingeschrieben, '■
so wird dadurch dieses Problem nicht gelöst, weil dann höhere La-. i
dungsverlust-Geschwindigkeiten beobachtet werden, wobei sich dann j nach den oben genannten Zeiträumen dieselben Ladungsniveaus, wie \
oben, einstellen. Niedrigere Ladungsverlust-Geschwindigkeiten können nur erhalten werden, indem die Oxidschicht relativ dicker
YO 974 038 70 9810/11 M
gemacht wird. Dies, jedoch verlangt dann den Gebrauch von übermäßig
hohen Einschreibspannungen, welche einen frühen Ausfall der Anordnung verursachen, wenn der Schreib- und Lösch-Impulszyklus ofIj:
durchlaufen worden ist.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung mit einer Ladungs-f
:Speicherschicht, welche ein Schreiben und Löschen von Ladung unter;
\Anlegung möglichst geringer Spannungen erlaubt, und ein Verfahren ''
I
anzugeben, mit dem eine solche Anordnung in einem fabrikmäßigen Rahmen reproduzierbar und mit vorher festgelegten Eigenschaften ί hergestellt werden kann, \
anzugeben, mit dem eine solche Anordnung in einem fabrikmäßigen Rahmen reproduzierbar und mit vorher festgelegten Eigenschaften ί hergestellt werden kann, \
Der erste Teil dieser Aufgabe wird mit einer Anordnung der eingangs
genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs .1 gelöst,
Die erfindungsgemäße Anordnung benötigt bei ihrer Anwendung als
elektrisch veränderbares Schreib-Lösch-Spannungs-Fenster (writeerase-voltage
window) im Vergleich zu Anordnungen gemäß dem Stand der Technik geringere Spannungen zum Einschreiben und Löschen
Von Ladungen, Diese erfindungsgemäßen Anordnungen haben auch
.verglichen mit den Anordnungen gemäß dem Stand der Technik reduzierte
Spannungserfordernissef um ein stabiles Speicherspannungs-Fenster
(memory-voltage-window) aufrechtzuerhalten,
,Besonders ausgeprägt sind diese vorteilhaften Eigenschaften, wenn
in der auf dem Substrat aufgebrachten Schicht zwischen etwa 50
und etwa 57 Atom % Stickstoff, zwischen etwa 5 und etwa 30 Atom % Aluminium und zwischen etwa 20 und etwa 40 Atom% Silicium, bezogen
auf die Gesamtatomzahl der drei Elemente enthalten sind. Dabei ist es' günstig, wenn die Schicht zwischen etwa 50 und
1000 S dick ist.
Die günstigen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Anordnung lassen sich besonders dann ausnutzen, wenn es sich bei dem
Substrat um ein Halbleitersubstrat handelt. In vorteilhafter Weise ist in diesem Fall die Anordnung so ausgebildet, daß das
YO 974 038 703810/1112
Halbleitersubstrat bis auf Bereiche, welche zu einem zweiten
Leitfähigkeitstyp gehören, einem ersten Leitfähigkeitstyp angehören und daß durch die Schicht bzw. die Schichten auf dem ; Substrat hindurch ohm'sche elektrische Kontakte zu festgelegten ! Bereichen des Substrats und ggf. auf der Schicht bzw. den Schichten eine oder mehrere isolierte Elektroden ausgebildet sind.
Leitfähigkeitstyp gehören, einem ersten Leitfähigkeitstyp angehören und daß durch die Schicht bzw. die Schichten auf dem ; Substrat hindurch ohm'sche elektrische Kontakte zu festgelegten ! Bereichen des Substrats und ggf. auf der Schicht bzw. den Schichten eine oder mehrere isolierte Elektroden ausgebildet sind.
Befinden sich zwischen dem Substrat und der Schicht noch eine
isolierende Zwischenschicht und auf der Schicht noch eine isolierende Abdeckschicht mit geringer Leitfähigkeit, dann hat
die erfindungsgemäße Anordnung bei ihrer Anwendung in Langzeit-.Speichern noch wesentliche weitere Vorteile gegenüber Anordnungen gemäß dem Stand der Technik. Langzeitspeicher sollen - wie
oben ausgeführt - eine eingeschriebene Ladung mehrerer Jahre
halten« Die Zwischenschicht zwischen Substrat und Ladungsspeicherschicht verhindert ein schnelles Abfließen der Ladung und ' zwar um so mehr, je dicker diese isolierende Isolierschicht ist.
Dabei liegt der Beginn des Abfließens wesentlich später als bei ; bekannten Anordnungen, Mit der Dicke der Schicht nimmt auch das
Ladungsniveau zu, bis zu dem der Ladungsverlust eintritt. Mit : der Dicke der Zwischenschicht nehmen aber auch die zum Einschrei- :
isolierende Zwischenschicht und auf der Schicht noch eine isolierende Abdeckschicht mit geringer Leitfähigkeit, dann hat
die erfindungsgemäße Anordnung bei ihrer Anwendung in Langzeit-.Speichern noch wesentliche weitere Vorteile gegenüber Anordnungen gemäß dem Stand der Technik. Langzeitspeicher sollen - wie
oben ausgeführt - eine eingeschriebene Ladung mehrerer Jahre
halten« Die Zwischenschicht zwischen Substrat und Ladungsspeicherschicht verhindert ein schnelles Abfließen der Ladung und ' zwar um so mehr, je dicker diese isolierende Isolierschicht ist.
Dabei liegt der Beginn des Abfließens wesentlich später als bei ; bekannten Anordnungen, Mit der Dicke der Schicht nimmt auch das
Ladungsniveau zu, bis zu dem der Ladungsverlust eintritt. Mit : der Dicke der Zwischenschicht nehmen aber auch die zum Einschrei- :
ben und Löschen der Ladungsspeicherschicht notwendigen Spannungen |
i zu. Solche erhöhten Spannungen führenfwenn der Schreib-Löschzyklus j
häufig wiederholt wird, bei bekannten Anordnungen bald zu j
einem Ausfall einer solchen Anordnung, Die erfindungsgemäße j
Aluminium, Stickstoff und Silicium enthaltenede Ladungsspeicher- |
schicht benötigt jedoch zum Einschreiben und Löschen so geringe
Spannungen, daß eine Erhöhung der Zwischenschichtdicke zur
Spannungen, daß eine Erhöhung der Zwischenschichtdicke zur
Erzielung eines günstigen Langzeitverhaltens vorgenommen werden j
kann, ohne daß die zum Einschreiben und Löschen notwendigen
Spannungen so hoch werden, daß die Anordnung bei häufigem Durch- !
laufen des Einschreib- und Löschzyklus ausfällt, '
In vorteilhafter Weise besteht die isolierende Zwischenschicht
aus Siliciumoxid und die isolierende Abdeckschicht aus Al3O3 oder
Si3N4.
aus Siliciumoxid und die isolierende Abdeckschicht aus Al3O3 oder
Si3N4.
YO 974 038 . 7 09810/11 1S
:Der zweite Teil der Aufgabe, nämlich die Herstellung der erfin- ;
•dungsgemäßen Anordnung läßt sich mit einem Verfahren der eingangs j
!genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 8 lösen. !
•Der apparative Aufwand bei der Durchführung des Verfahrens hält
sich in dem beispielsweise in der Halbleitertechnik üblichen Rahmen. Die Reaktionsapparatur läßt sich für die Fabrikation
großer und kleiner Stickzahlen auslegen. In jedem Fall ist gewährleistet,
daß die Dicke und die Zusammensetzung der Schicht auf einem Substrat und innerhalb einer Charge homogen sind.
In vorteilhafter Weise läßt sich das Aufwachsen der Schicht ■
■steuern, wenn das Volumverhältnis von Trägergas zur Mischung aus
den Verbindungen in der Reaktionszone zwischen etwa 10 ; 1 und etwd.
100 ; 1 eingestellt wird.
Einen guten Kompromiß zwischen der vernünftigen Steuerbarkeit des Verfahrens und akzeptablen Aufwachszeiten stellt es dar,
wenn die lineare Gasflußgeschwindigkeit in der Reaktionszone
izwischen etwa 5 und etwa 75 cm pro Sekunde eingestellt wird«
I ■
pine brauchbare Aufwachsgeschwindigkeitf ohne daß die Substrate
und die Reaktionsapparatur zu starken Belastungen ausgesetzt
herden, ist gegebenf wenn das Substrat bzw,die Substrate in der
fleaktionszone auf eine Temperatur im Bereich zwischen etwa 700
i Q
find 1000 C erhitzt werden.
Es ist vorteilhaftf als Trägergas mindestens ein Gas der Gruppe
Wasserstofff Stickstoff, Argon oder Helium zu verwenden.
Es ist günstig, als N-Verbindung mindestens eine Verbindung aus
«Her Gruppe Ammoniak, primäre und sekundäre Amine und Hydrazin,
ils Al-Verbindung mindestens eine Verbindung aus der Gruppe Aluminiumhalogenide, Aluminiumalkoholate, Trialky!-Aluminiumverbindungen,
Alkylaluminium-Halogenide und Dialkylaluminium-Halogenide
und als Siliciumverbindung mindestens eine Verbindung
YO 974 038 7 0 9 810/1112
263628Ü
aus der Gruppe Silan und Silicium-Halogenide zu verwenden. Dabei '
hat es sich als besonders vorteilhaft ergeben, wenn eine Mischung j aus Ammoniak, Aluminiumchlorid und Silan verwendet wird. [
Zur Herstellung einer Anordnung, welche ein Halbleitersubstrat mit!
Bereichen, welche sich in ihrem Leitfähigkeitstyp unterscheiden, ;
enthält und welche ohm'sche elektrische Kontakte zu festgelegten ! Bereichen des HalbleiterSubstrats und ggf. auf der aufgebrachten (
Schichten bzw, den aufgebrachten Schichten eine oder mehrere iso- ί
lierte Elektroden aufweist, ist es vorteilhaft, wenn nach dem Her-: stellen mindestens einer Schicht auf dem Substrat mittels der j
bekannten Ionenimplantation oder Diffusionsverfahren die Bereiche vom zweiten Leitfähigkeitstyp erzeugt werden und schließlich nach
!bekannten Methoden die elektrischen Kontakte hergestellt werden.
Die Erfindung wird anhand von in den Zeichnungen erläuterten
Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:
jFig, 1 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung f
\ mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchge-
■ führt werden kann,
j Fig. 2 in schematischer Darstellung im Querschnitt eine
MOS-Feldeffekttransistoranordnung, welche gemäß
dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worde^i
ist und
;Fig. 3 ein Flußdiagramm von Verfahrensschritten, mit j
I denen eine Halbleiteranordnung hergestellt werdenj
• kann, ί
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer zum chemischen * ;-Niederschlagen
aus der Dampfphase geeigneten Vorrichtung, in der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. In der
1 ist das Reaktionsrohr mit der Nr. 1 bezeichnet, welches mittels eines Dreizonenwiderstandsofens 27 geheizt wird und aus einem
Quarzrohr mit doppelter Wandung besteht, wobei die beiden Rohr-
YO 974 038 7098 10/ 1 1. 1 S
Wandungen mit den Nrn, 2 und 3 bezeichnet werden. In der speziellen
gezeigten Ausführungsform ist das innere Rohr etwa 101,6 cm lang
und hat einen Durchmesser von etwa 50,8 mm. Zwischen der äußeren und der inneren Wandung des Glasrohrs wird ein Stickstoffstrom,
welcher durch das Rohr 4 zuströmt, aufrechterhalten, um eine Entglasung
der Reaktionsrohrwand und die Eindiffusion von Verunreinigungen
in das Rohr zu verhindern.
Mit der Zahl 5 wird ein Einlegrohr aus Quarz bezeichnet, welches, wenn notwendig, ohne weiteres ausgewechselt werden kann. Die Nr.
bezeichnet einen Substrathalter aus Quarz, und die Nr, 7 ein Quarzrohr,
welches mit dem Substrathalter aus Quarz entlang dessen Längsachse verschmolzen ist. Das Quarzrohr 7 wirkt als unterstützender
Stab und kann durch die Dichtung 8, welche mit der Endkappe 9 verbunden ist, hin und her verschoben werden, um auf diese Weise eine
genügende Flexibilität bei der Positionierung des Substrats zu erreichen. Die Nr, 10 bezeichnet ein Platin/Platin mit 10 % Rhodium-Thermoelement,
welches innerhalb des Quarzrohrs 7 sich befindet, und dazu dient, die Temperatur des Ofens im mittleren Bereich, wo
sich die Substrate befinden, zu messen.
Es sei klargestellt, daß auch andere Typen von Reaktionsζonen verwendet
werden können. Beispielsweise kann induktiv mit Radiowellen oder mit einer Quarzjodlampe ebenso geheizt werden wie mit den oben
offenbarten Heizungstypen, Der spezielle Typ der Reaktionskammer,
in welcher die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt
werden, ist nicht kritisch.
Mit der Nr. 11 sind die Substrate bezeichnet, auf welchen die
Aluminium, Stickstoff und Silicium enthaltende Schicht niedergeschlagen werden soll. Bevorzugt besteht das Substrat aus einem
Halbleitermaterial. Insbesondere kann das Substrat aus irgend einem der bekannten Halbleitersubstrate bestehen, welche einem ersten
Leitfähigkeitstyp angehören, und eine aktive dotierende Verunreinigungen von einem ersten Typ enthalten.
YO 974 038 7098 ID/ 1 1 1 2
Beim Diskutieren einer Herstellungsmethode für Halbleiter, bei welcher das beschriebene Verfahren bevorzugt angewandt wird, wird
die übliche Terminologie, welche in der Transistortechnologie wohl
bekannt ist, benutzt werden. Wird von Konzentration gesprochen, so ist damit diejenige von Majoritäts- oder Minoritätsträgern gemeint
.
Mit "Träger" sind die freien Löcher oder Elektronen, welche
für den Stromdurchgang durch ein Halbleitermaterial verantwortlich sind, gemeint. Der Ausdruck "Majoritätsträger11 wird für Löcher in
Material vom p-Typ und für Elektonen im Material vom η-Typ verwendet. Mit dem Ausdruck "Minoritätsträger" sollen Löcher im Material
vom η-Typ oder Elektronen im Material vom p-Typ bezeichnet werden.
Bei den gebräuchlichsten Halbleitermaterialien, welche heutzutage bei Transistorstruktüren benutzt werden, beruht die Trägerkonzen- j
tration im allgemeinen auf der Konzentration der "wesentlichen Verunreinigung" ("significant impurity"), Darunter versteht man
solche Verunreinigungen, welche Leitfähigkeitseigenschaften echten ■ Halbleitermaterialien mitteilen.
Wenn nichts anderes gesagt ist, so bezieht sichf wenn im folgenden
von einer Verunreinigung vom ersten Typ und von einer Verunreinigung
vom zweiten Typ gesprochen wird, der "erste Typ" auf Material vom ;
n- oder vom p-Typ und der "zweite Typ" auf das andere Material, D.h., wenn der erste Typ ρ ist, dann ist der zweite Typ η und
wenn der erste Typ η ist, dann ist der zweite Typ p. Wenn beispielsf·
yreise gesagt wird, daß ein Bereich eine bestimmte Konzentration ■
einer Verunreinigung vom p-Typ enthält, so ist damit gemeint, daß !
die "wesentliche Verunreinigung" vom p-Typ ist und daß die Majori- I
tätsträger Löcher sind.
Zu den geeigneten Substraten gehören Silicium, Germanium, Gallium-Arsenid
oder andere IH-V, H-V oder H-VI Halbleitermaterialien,
Die im folgenden verwendeten Ausdrücke "dielektrisches Substrat" und "Halbleitersubstrat" beziehen sich auf dielektrische oder
YO 974 038 7098 i 0/ 1 1 1 2
-ίο- 263628Ü
Halbleitermaterialien an sich oder auf eine Schicht aus Halbleitermaterial
auf einer nicht leitfähigen bzw. isolierenden Unterlage. Die Dicke und Leitfähigkeit des Substrats sind nicht beson- j
ders kritisch und hängen davon ab, wozu das fertige Produkt im = besonderen verwendet wird, und sind hauptsächlich bestimmt durch
wirtschaftliche und praktische Überlegungen. Beispielsweise kann das Substrat zwischen etwa 25,4 μ und etwa 1,27 mm dick sein.
Ein Beispiel einer Verunreinigung vom p-Typ in Silicium oder :
Germanium ist Bor. Zu den Verunreinigungen vom η-Typ in Silicium
und Germanium gehören Arsen und Phosphor, Wie in der Fig. 1 beispielhaft gezeigt istf wird eine Vielzahl von Substraten benutzt, *
Die Substrate können vorgereinigt werden, wobei ein Reinigungsverfahren
f wie es von Kern u,a, in dem R.C,A, Review r Band 31 f
Seite 187 (.197Q) diskutiert wird, benutzt werden kann, und können
dann waagrecht auf den Substrathalter zum Niederschlagen einer | Schicht geladen werden.
Die Aluminiumverbxndung r welche in der Lage istf bei den Bedingungen
in der Reaktionszone reaktivesf gasförmiges Aluminium
bereitzustellen, wird durch die Leitung 12 in die Reaktionskammer geleitet. Die Eigenschaften der Aluminiumverbindung machen
es möglicherweise notwendig, daß die Leitung 12 geheizt wird und
chemisch widerstandsfähig ist, Die Aluminiumverbindung wird von einem Behälter und einem Verdampfer 13 aus, welche aus rostfreiem
Stahl oder einem anderen chemisch widerstandsfähigen Material bestehen, durch die Leitung 12 zu der Reaktionszone geleitet,
Die Aluminiumverbindung kann jede Aluminium enthaltende Verbindung sein, soweit sie in der Lage ist, gasförmiges Aluminium, j
welches unter den in der Reaktionszone herrschenden Bedingungen ;
mit den anderen gasförmigen Materialien reagiert. Wenn es erwünscht ist, können auch Mischungen aus Aluminiumverbindungen j
benutzt werden. Zu den Beispielen von geeigneten Aluminiumver- J bindung gehören: Aluminiumhalogenide, wie Aluminiumchlorid (AlCl3) ,!
Aluminiumbromid (AlBr3) und Aluminiumjodid; Trialkylaluminiumver- !
YO 974 038 7 0 9810/111
263628Ü
- 11 bindungen, wobei die Alkylgruppe im allgemeinen zwischen 1 und
"etwa 6 Kohlenstoffatome enthält, wie Trimethylaluminium, Triäthyl-;
aluminium, Tri-n-propylaluminium und Tri-n-butyläluminium;
Aluminiumalkoholate, wie solche der Formel Al(OR)3, wobei R für
eine Alkylgruppe mit 1 bis etwa 6 Kohlenstoffatome steht,
zu denen Aluminiumisopropylat, Aluminium-n-Butylat, Aluminiumäthylat
gehören; und Alkylaluminiumhalogenide und Dlalkylaluminium-Halogenide,
wobei die Alkylgruppe im allgemeinen zwischen 1 und etwa 6 Kohlenstoff atome enthält und zu denen Alurniniumdiäthylchlorid
gehört» Die bevorzugten Aluminiumverbindungen sind die Aluminiumhalogenide, von welchen das Aluminiumchlorid (AlCl-.) das bevorzugteste
ist. :
Ein Trägergas für die Aluminiumverbindung wird von unten in den Verdampfer über die Leitung 14 eingeleitet. Als Gase, die geeignet
sind, die Aluminiumverbindung ebenso wie auch die Stickstoff- und
die Siliciumverbindung in die Reaktionszone zu transportierenf
werden im allgemeinen Wasserstoff, Stickstoff und die Inertgase, wie z.B. Argon und Helium verwendet. Wenn es erwünscht ist, :
können auch Mischungen von Trägergasen verwendet werden. Die bevorzugten
Trägergase sind Wasserstoff und Stickstoff, wobei Stick- J stoff das bevorzugteste ist. Die Nr. 16 bezeichnet Ventile, wel- '
ehe den Fluß des Träger-Gases und/oder der Aluminiumverbindung ; regulieren. Der Verdampfer kann innerhalb des Ofens 17 erhitzt
Werden, Als nächstes wird die Aluminiumverbindung durch die mit der Nr. 12 bezeichneten erhitzten Leitungen 12 geleitet. Die
Temperatur in den Leitungen kann zwischen etwa 100 und etwa :
200 0C gehalten werden, wobei die bevorzugte Temperatur, wenn
kluminiumhalogenide verwendet werden, zwischen etwa 115 und etwa ;
150 0C liegt. Mit Nr. 15 ist eine Ausstoßleitung bezeichnet, die es
erlaubt, den Fluß der Aluminiumverbindung vor ihrer Einführung in die Reaktionszone einzustellen.
. Das Trägergas, die Stickstoffkomponente, welche in der Lage ist,
reaktiven Stickstoff zu liefern, und die Sliliciumverbindung, welche in der Lage ist, reaktives Silicium zu liefern, werden
YO 974 038 709 810/1112
durch die Leitungen 18, 19 bzw. 20 in die Leitung 21 geleitet
und dort vorgemischt. Zusätzlich bilden das Ventil 22 und die !
Leitung 23 einen Gasausstoß, durch welchen die Gase vor der j
Einleitung in die Reaktionszone weggeleitet werden können. Äußer- '
dem kann, wenn dies erwünscht ist, ein zusätzlicher Trägergas- ι
strom durch die Reaktionszone mittels einer zusätzlichen Träger- ■
gaszuleitung 24 aufrechterhalten werden. Das Ventil 25 kontrol- :
liert den Trägergasfluß in der Leitung 24. :
Die Stickstoffverbindung kann aus irgend einer Stickstoff enthal-
tenden Verbindung bestehen, vorausgesetzt, daß sie in der Lage ist;,
gasförmigen Stickstoff bereitzustellen, welcher unter den Be- ■
dingungen in der Reaktionszone mit den anderen gasförmigen Ma-
;terialien reagieren kann, Wenn dies erwünscht ist, können Mischungen
aus Stickstoffverbindungen verwendet werden, Zu den Beispielen geeigneter Stickstoffverbindungen gehören Ammoniak,
'primäre Amine r sekundäre Amine und Hydrazine, Die bevorzugte {
Stickstoffverbindung ist Ammoniak.
,Als Siliciumverbindung kann irgend eine Silicium enthaltende Ver- ,
!bindung dienen, sofern sie in der Lage ist, gasförmiges Silicium, I welches mit den anderen gasförmigen Materialien unter den Bedingungen,
welche in der Reaktionszone herrschen, reagieren kann, \
t ;
j Wenn dies erwünscht istf können Mischungen von Siliciumverbin- j
düngen angewandt werden, ;
Beispiele einiger geeigneter Siliciumverbindungen schließen Silan '·
j (SiH4) und Siliciumhalogenide, wie Chlorsilan, Dichlorsilan, Trichlorsilan,
Siliciumtetrachlorid, Siliciumhexabromid und Siliciumhexachlorid
ein.
Die bevorzugte Siliciumverbindung ist Silan. Das Verhältnis des \Trägergasvolumens zum Gesamtvolumen der Aluminiumverbindung,
Stickstoffverbindung und Siliciumverbindung in der Reaktionszone liegt zwischen etwa 10:1 und etwa 100:1. Zusätzlich ist die lineare
Gasstromgeschwindigkeit des Trägergases und der reaktiven
YO 974 038 7 0 9 8 i 0 / 1 1 12
Gase in der Reaktionszone im allgemeinen zwischen etwa 5 und
etwa 75 cm pro Sekunde. Die relativen Mengen der Aluminiumver- :bindung, der Stickstoffverbindung und der Siliciumverbindung
werden so ausgewählt, daß die gewünschten relativen Mengen von Aluminium-, Stickstoff- und Siliciumatomen in der aufgebrachten
Schicht erzielt werden. Die relativen Mengen der drei Elemente in der aufgebrachten Schicht können leicht von Fachleuten auf
dem hier in Frage stehenden Gebiet, welche die vorliegende Beschreibung kennen, ohne zusätzliche, ,unangemessene Versuche ermittelt
werden.
;Die unten stehende Tabelle I zeigt anhand einiger Beispiele
relative Strömungsgeschwindigkeiten zwischen Aluminiumchlorid und Silan und andere Reaktionsbedingungen f welche befolgt werden
können, um Schichten des hierin offenbarten Typs herzustellen.
I*
Al
Si
(D | 6 | Strömungs- geschwindigk 1 % SiH4 (cc/min) |
38,0 | 56 | .0 |
U2) | 14 | 800 | 30,5 | 55 | ,5 : |
(3) | 27 | 600 | 20.0 | 53 | .0 i |
N2-FIuB durch die AlCl3-QUeIIe (cm/min) |
235 | 'verhältnis SiH./AlCl, fr «3 |
Strömungs- geschwin- digk. NH3 (cc/min) |
Strömungs- ■ ges chwindigk .i des N2-Trä- j gergases j (Liter/min) i |
|
(D | 225 | 3,2 | 600 | 14 | |
(2) | 225 | 2.4 | 600 | 14 | |
(3) | 225 | 0,95 | 600 | 14 | |
YO 974 038
7 0 9 810/1112
ι *Die Temperatur des Substrats ist etwa 900 0C, die Ver-ί
dampfungstemperatur von Aluminiumchlorid ist etwa 130 C,
• Es wird angenommen, daß die niedergeschlagenen Schichten erhalten
werden, indem die folgenden Gleichgewichtsreaktionen,, in denen
Ammoniak, Silan und Aluminiumchlorid als beispielhafte Reaktions-
: teilnehmer verwendet werden, ablaufen:
3SiH4 + 4NH3 ν=» Si3N4 + 12H2 (1)
AlCl3 + NH3 v=^ AlN + 3HCl (2)
Die Temperatur des Substrats in der Reaktionszone während des
Niederschiagens der Schicht liegt im Bereich zwischen etwa 500 und etwa 1300 C und bevorzugt im Bereich zwischen etwa 700 und
;etwa 1000 0C,
Die gemäß der Erfindung hergestellten Schichten sollten zwischen etwa 50 und etwa 57 Atom% Stickstoff, zwischen etwa 5 und etwa
'. 30 Atom% Aluminium und zwischen etwa 20 und etwa 40 Atom% SiIi-•cium
enthalten. Die Atom% von Stickstoff, Aluminium und Silicium
I basieren auf der Gesamtzahl der Stickstoff-r Aluminium- und
i Siliciumatome in der Schicht, Zusätzlich können die Schichten
■andere Atome in solchen Mengen enthalten, welche die Schicht
j nicht ungünstig in einem unerwünschten Ausmaßf z,B, in den Verunjreinigungsniveaus,
beeinflussen. Es wird jedoch bevorzugt, daß ;die Schichten im wesentlichen - wenn nicht vollständig - aus AIu-[minium,
Stickstoff und Silicium zusammengesetzt sind. Die rela-
;tive Dicke der niedergeschlagenen Schicht kann über einen großen :Bereich variieren und hängt in erster Linie von der späteren
j Benutzung der Anordnung und von praktischen und wirtschaftlichen j Überlegungen ab. Von besonderem Interesse sind solche Schichten,
;welche zwischen etwa 50 und 1000 8 dick sind. Nachdem die Schicht
niedergeschlagen worden ist, kann ihre Dicke und ihr Brechungsindex
ellipsometrisch gemessen werden. Einzelheiten des Meßverifahrens
wurden von S. McCrackin u,a. im Jorurnal Reserach of the
YO 974038 709810/1112
Nation Bureau of Standards, Academy of Physics and Chemistry,
67A[4] 363 (1963) beschrieben.
Die Fig. 2 stellt eine schematische Darstellung einer MIOSFET (Metall-Isolator-Oxid-Halbleiter)-Anordnung, welche unter Anwendun
des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden kann, dar. Die Nr, 30 in der Fig. 2 bezeichnet das Substrat, welches bevorzugt
aus Silicium besteht, welches eine Verunreinigung vom ersten I Typ enthält. Die Nm, 31 und 32 bezeichnen ausgewählte Bereiche,
!welche Verunreinigungen eines zweiten Typs enthalten* Die Nr, 33
!bezeichnet eine isolierende Oxidschicht, wie z.B, eine Silicium-I
oxidschicht, welche auf dem Siliciumsubstrat erzeugt werden kann,
indem das Siliciumsubstrat so lange oxydiert wird, bis die gelwünschte,
vorher festgelegte Tiefe erreicht ist. In der gezeigten speziellen Ausführungsform kann die Siliciumoxidschicht zwischen
'etwa 25 und etwa 50 R dick sein. Die Nr, 34 bezeichnet die Schicht
I oder den Film, welcher Aluminium, Stickstoff und Silicium enthält !und als Ladungsspeicherschicht dienen soll. Die Nr. 35 bezeichnet
;eine isolierende Schicht, beispielsweise aus Al3O3 oder Si3N4,
welche im vorliegenden Fall bevorzugt zwischen etwa 300 und etwa ! 600 8 dick ist. Die Nm. 36, 37 und 38 bezeichnen die Quellen-, di
'Gate- bzw. die Senkenelektrode, Es sei angemerkt, daß die Quellen-I
und die Senkenelektrode einen ohm'schen elektrischen Kontakt zum
>Substrat haben.
Die Fig. 3 illustriert eine Folge von Verfahrensschritten, welche benutzt werden können, um MIOSFET-Anordnungen, welche die besonde-{
ren Aspekte der vorliegenden Erfindung benutzen, herzustellen, Der]
Schritt 3A in der Fig. 3 bezeichnet die Bereitstellung eines Halbleitersubstrats
vom ersten Leitfähigkeitstyp, wobei entsprechend bekannter Verfahren zur Bereitstellung von Halbleitersubstraten
vorgegangen werden kann. Beispielsweise sind die Verfahren, welche
in den US-Patenten 3 655 457 und 3 770 516 beschrieben sind, für
die Herstellung des Substrats geeignet, bzw. dabei anwendbar. Ein spezieller Substrattyp, welcher angewandt werden kann, besteht
aus einem Siliciumsubstrat mit p- oder η-Leitfähigkeit, welches
YO 974 038 7 0981 0/1112
j bevorzugt einen spezifischen Widerstand zwischen etwa 0,5 und etwa'
5 Ohm cm hat. Im nächsten Schritt wird das Substrat mit einer Oxidj-
<schicht versehen, um auf diese Weise bei FET-Anwendungen die '
I dielektrische Schicht des Gates bereitzustellen. In den Fällen, j
in denen ein Silicium-Halbleitersubstrat angewandt wird, ist es \
j vorteilhaft, eine Siliciuiadioxidschicht zu verwenden, welche }
;auf dem Substrat mittels thermischer Oxydation des Substrats
erzeugt werden kann, wobei bis in eine vorher festgelegte Tiefe .
■ oxydiert wird, um die gewünschte Oxiddicke zu erzielen.
Im nächsten Schritt kann die aktive Verunreinigung von einem
,zweiten Typ in vorher ausgewählte Bereiche des Substrats unter
\Anwendung irgend eines der wohlbekannten Verfahren gemäß dem
'Stand der Technik eingebracht werden. Das Ergebnis zeigt der
Schritt 3C, Zu den genannten Verfahren gehören die Ionenimplantation und die thermische Diffusion. Eine vollständigere Diskussion der Ionenimplantation findet sich in den US-Patenten ;
,zweiten Typ in vorher ausgewählte Bereiche des Substrats unter
\Anwendung irgend eines der wohlbekannten Verfahren gemäß dem
'Stand der Technik eingebracht werden. Das Ergebnis zeigt der
Schritt 3C, Zu den genannten Verfahren gehören die Ionenimplantation und die thermische Diffusion. Eine vollständigere Diskussion der Ionenimplantation findet sich in den US-Patenten ;
;3 655 457 und 3 770 516. j
;Als nächstes wird, wie im Schritt 3D gezeigt ist, die Aluminium r \
Stickstoff und Silicium enthaltende Schicht auf der oberen Oberflä-f
:Che der Oxidschicht mittels des oben beschriebenen, bei hohen I Temperaturen ablaufenden chemischen Niederschlagverfahrens aus j
!der Gasphase aufgebracht. Im nächsten folgenden Schritt 3E wird i
eine Isolierschicht aus Al3O3 oder Si3N4 mit niedriger Leitfähig- ι
ikeit auf die obere Fläche der Aluminium, Stickstoff und Silicium '
!enthaltenden Schicht aufgebracht, wobei im Stande der Technik J •wohlbekannte Verfahren, wie chemisches Niederschlagen aus der
Dampfphase oder ähnliche angewandt werden. Im nächsten in der
Fig. 3 gezeigten Schritt wird geätzt, bzw, durch Entfernung von
ausgewählten Bereichen der Oxidschicht 33 f der Aluminium, Stickstoff und Silicium enthaltenden Schicht 34 und der isolierenden Schicht die Voraussetzung geschaffen, um ohm'sche elektrische Kontakte
zwischen den anschließend aufzubringenden elektrischen Kontakten
aus Metall und dem Substrat herzustellen. Der Schritt 3F illustriert
Dampfphase oder ähnliche angewandt werden. Im nächsten in der
Fig. 3 gezeigten Schritt wird geätzt, bzw, durch Entfernung von
ausgewählten Bereichen der Oxidschicht 33 f der Aluminium, Stickstoff und Silicium enthaltenden Schicht 34 und der isolierenden Schicht die Voraussetzung geschaffen, um ohm'sche elektrische Kontakte
zwischen den anschließend aufzubringenden elektrischen Kontakten
aus Metall und dem Substrat herzustellen. Der Schritt 3F illustriert
YO 974 038 7 09810/1112
263628Ü
das Aufbringen einer Vielzahl von Elektroden an vorher ausgewählten
Plätzen, wobei eine vorher bestimmte Anzahl von diesen Elektroden mit vorher ausgewählten Bereichen des Substrats in ohm1sehen
elektrischen Kontakt gebracht werden, wodurch die Halbleiteranordnung geschaffen wird.
Es sei klargestellt, daß mittels der hier beschriebenen Verfahrens
Anordnungen mit groß angelegter Integration (LSI(large scale integration)
) hergestellt werden können, indem den hier beschriebenen Verfahrensschritten gefolgt wird und indem beispielsweise eine
Vielzahl von Quellen, Senken und Gates für MIOSFETs bereitgestellt
werden.
Zusätzlich sei klargestellt f daß verschiedene der Verfahrensschritte untereinander ausgetauscht werden können, solange das
Endprodukt erhalten wird. Beispielsweise kann die Einführung der dotierenden Verunreinigung vom zweiten Typ in die vorher ausge- ,
wählten Bereiche des Substrats vorgenommen werden, nachdem die Schicht 34 oder 35 aufgebracht worden ist, und nicht schon, wie
gezeigt, im Schritt 3C, Es wäre auch möglich, die vorher festgelegten Bereiche jeweils nach dem Aufbringen der entsprechenden
Schicht wegzuätzenf anstatt alle Schichten in den vorher festgelegten
Bereichen auf einmal wegzuätzen f nachdem die drei verschiedenen
Schichten aufgebracht worden sind. Zusätzlich sei angemerkt, daß es sowohl möglich ist, alle drei Schichten unter
Verwendung einer Ätzlösung wegzuätzen, als auch - wenn notwendig verschiedene
Ätzlösungen zu verwenden. Beim Entfernen der Materialien werden Methoden angewandt, welche im Stand der Technik wohl
bekannt sind und deshalb in der vorliegenden Anmeldung nicht im Detail besprochen werden müssen. Beispielsweise kann ein Photolack
oder eine Elektronenstrahl empfindliche Zusammensetzung mittels konventioneller Aufbringtechniken, wie z.B. Sprühen,
Tauchen, Aufschleudern und ähnlichem auf die Unterlage aufgebracht
werden. Der Gegenstand wird dann durch eine dem gewünschten Muster entsprechende Maske belichtet, wobei bekannte Techniken,
wie z.B. UV-Licht-, Elektronenstrahl- oder Röntgenstrahltechniken
YO 974 038
709810/ 1112
angewandt werden. Beim Entwickeln mittels bekannter Techniken werden im Fall eines positiven Lacks die belichteten Bereiche und
im Fall des negativen Lacks die unbelichteten Bereiche durch Ätzen
oder Auflösung in einer geeigneten Flüssigkeit entfernt. Anschließend werden die Oxidschichten in den nicht von Lack abgedeckten
Bereichen entfernt, indem in einer geeigneten Zusammensetzung, welche den abdeckenden Lack nicht beeinträchtigt, aber die
Oxidschichten entfernt, geätzt wird. Zu den Beispielen von geeigneten Ätzlösungen gehören wässrige Lösungen von gepufferter
Flußsäure.
Halbleiteranordnungen des in der Fig. 2 gezeigten Typs, welche entsprechend der Erfindung hergestellt worden sind, werden mit
Anordnungen verglichen, welche Schichten verwendetf welche nicht
unter den Schutzbereich der Erfindung fallen. In der folgenden Tabelle II sind die elektrischen Schreib-Löschdaten, welche bei
diesem Vergleich erhalten worden sindf aufgelistet.
YO 974 038 7 09810/1112
Vergleich der elektrischen Schreib-Lösch-Daten von Anordnungen mit Al , N und Si enthaltenden
Schichten mit Daten von Anordnungen, welche Schichten aus Si und N oder Si, N und 0 oder
Al und 0 enthalten
Struktur
Schreibspannung CSpannungsimpulsbreite in see.)
Speicherspan- Löschspan- Speichernungsverschie- nungtSpan- spannungsbung
beim nungsimpuls- verschiebung
Schreiben breite i.see), beim Löschen
Schreiben breite i.see), beim Löschen
Spannungs-Fenster (Schreiben-Löschen)
25 S. SiO2
olus
500 X S1,N.
Cn=2.0)*J 4
35 8 SiO2
plus
375 K Al Si N
x y
piuso
250 K Al9O,
U=Q,05;^y=Q,39;
z=Q,56)
40 R SiO9 Plus £
380 % AlxSiN plus * Y z
250 Ä Al2O3 Cx=Q,27; y=Q,2;
Z=O,53)
+25 V 100
+25 V
1 Millisec.
+20 V
1 Millisec,
-25 1V
psec.
psec.
-25 V
Millisec.
-20 V
Millisec,
-2.5
-9 V
-6 V
+4.0 +1.5
+8.0 -1.0
+8.0 +2.0
oo η O
CD NJ OO O
Vergleich der elektrischen Schreib-Lösch-Daten von Anordnungen mit Al, N und Si enthaltenden
Schichten mit Daten von Anordnungen, welche Schichten aus Si und N oder Si, N und 0 oder Al
und 0 enthalten
Schichten mit Daten von Anordnungen, welche Schichten aus Si und N oder Si, N und 0 oder Al
und 0 enthalten
Struktur
Speicherspan-
Schreibspannung nungsverschie-(Spannungsimpulsbung beim
breite in see,) Schreiben
Löschspan- Speicher- Spannungsnun(Span- spannungs- Fenster nungsimpuls- verschiebung (Schreibenbreite I.see. beim Löschen Löschen)
° I CD |
25 8 SiO2 | +25 | 0,4 | +25 | V | +2 | ,5 | -25 | V | -1.5 | +2 | .5 | + 1 .0 |
cn
O |
plus 500 Ä Si0N0 J |
100 | 100 | psec. | 100 | jisec. | |||||||||
ο ι | (n=1.9)*J J'6 | |||||||||||||
■■ ■*■■ | 25 8 SiO2 | (1) +20 | V | + 1 | ,7 | -25 | V | -1.0 | + 1 | .7 | +0.7 | |||
—* | plus | 100 | usec. | 100 | usec. | |||||||||
ro | 500 8 Si,N,0, (n=1.66)ÄJ Δ * |
(2) +30 | +7 | ,7 | 0 | + 7 | .7 | +7.7 | ||||||
29 8 SiO2 | V | -25 | V | |||||||||||
plus | usec. | +1 | 4.0 | 400 | usec. | -5.0 | + 1 | 4.7 | +9.0 | |||||
V | -30 | V | ||||||||||||
5 Mlllisec. | 5 Millisec. | |||||||||||||
*n = optischer Brechungsindex
Es ist beobachtet worden, daß die Verwendung von Al, N und Si I
'enthaltenden Schichten entsprechend der vorliegenden Erfindung ; die Bereitstellung von Anordnungen ermöglicht, in welche leichter J
eingeschrieben werden kann und bei denen deshalb viel dickere ; Oxidunterschichten verwendet werden können, als bei Anordnungen,
bei denen Si3N4- oder Al3O3-Schichten verwendet werden, auch
wenn dieselbe oder eine niedrigere Ladung benutzt wird. Das Vermögen dickere Unterschichten aus Oxid als Sperrfilm zu verwenden,
macht es möglich, Anordnungen mit verbesserten Ladungsspeichereigenschaften bereitzustellen, welche eine Verzögerung im Beginn
des Ladungsverlustes von mehreren Dekaden (decades) und eine Re- '■ ■duzierung in der LadungsVerlustgeschwindigkeit zeigen. Das ein- i
bei denen Si3N4- oder Al3O3-Schichten verwendet werden, auch
wenn dieselbe oder eine niedrigere Ladung benutzt wird. Das Vermögen dickere Unterschichten aus Oxid als Sperrfilm zu verwenden,
macht es möglich, Anordnungen mit verbesserten Ladungsspeichereigenschaften bereitzustellen, welche eine Verzögerung im Beginn
des Ladungsverlustes von mehreren Dekaden (decades) und eine Re- '■ ■duzierung in der LadungsVerlustgeschwindigkeit zeigen. Das ein- i
'deutige Ergebnis davon ist ein viel kleinerer Verlust an Speicher-'
!fenster (memory window) als beobachtet wird, wenn Si3N4 oder Al3O3;
für die Ladungsspeicherung benutzt werden« Auf der anderen Seite ;
erfordert die Erhöhung der Dicke von Unterschichten aus Oxid in
Anordnungen mit Si3N4- oder Al^Og-Schichten die Anwendung von
exzessiv hohen Schreibspannungenf was, wenn eine große Zahl von
Schreib- und Löschimpulszyklen durchlaufen wird, früh zu Ausfällen: der Anordnungen führt, ;
Anordnungen mit Si3N4- oder Al^Og-Schichten die Anwendung von
exzessiv hohen Schreibspannungenf was, wenn eine große Zahl von
Schreib- und Löschimpulszyklen durchlaufen wird, früh zu Ausfällen: der Anordnungen führt, ;
YO 974 038 709810/1112
Claims (1)
- PATENTANSPRÜCHEAnordnung, bestehend aus einem Substrat und mindestens einer darauf aufgebrachten Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Substrat (30) eine Aluminium, Stickstoff und Silicium enthaltende Schicht (34) aufgebracht ist..2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in '-. der Schicht (34) zwischen etwa 50 und etwa 57 Atom-% Stickstoff, zwischen etwa 5 und etwa 30 Atom-% Aluminium und zwischen etwa 20 und 40 Atom-% Silicium, bezogen auf die ; Gesamtatomzahl der drei Elemente enthalten sind,3, Anordnung nach Anspruch 1 oder 2f dadurch gekennzeichnet f daß die Schicht (.34) zwischen etwa 50 und etwa 1000 α dick ist,4, Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet r daß es sich bei dem Substrat (30) um ein Halbleitersubstrat handelt,5, Anordnung nach Anspruch 4 f dadurch gekennzeichnet, daß das j Halbleitersubstrat bis auf Bereiche (31, 32), welche zu [ einem zweiten Leitfähigkeitstyp gehören, einem ersten Leit-j fähigkeitstyp angehören und daß durch die Schicht (34) ': bzw. die Schichten auf dem Substrat (30) hindurch ohm'sche ; elektrische Kontakte zu festgelegten Bereichen des Substrati (30) und ggf. auf der Schicht (34) bzw. den Schichten eine oder mehrere isolierte Elektroden ausgebildet sind.,6. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, ; dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Substrat (30) und der Schicht (34) noch eine isolierende Zwischenschicht (33) und auf der Schicht (34) noch eine isolierende Abdeckschicht (35) mit niedriger Leitfähigkeit vorhanden sind.YO 974 038 7 0 9810/1112Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Zwischenschicht (33) aus Siliciumoxid und die isolierende Abdeckschicht (35) aus Al3O3 oder Si3N4 besteht' 8. Verfahren zum Herstellen einer Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7., dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbringen der Aluminium, Stickstoff und Silicium enthaltenden Schicht das Substrat bzw. die Substrate (11) in einem Reaktionsrohr (1) auf eine Temperatur zwischenetwa 500 und etwa 1300 C erhitzt werden und daraufhin |über das Substrat eine in einem Trägergas enthaltene j Mischung aus mindestens einer Stickstoff-, mindestens j einer Aluminium- und mindestens einer Silicium-Verbindung, aus denen unter den Bedingungen in dem Reaktionsrohr Stickstoff, Aluminium und Silicium in reaktionsfähiger, gasförmiger Form freigesetzt werden könnenf geleitet wird.9. Verfahren nach Anspruch 8f dadurch gekennzeichnet, daß das ! VoI,-Verhältnis von Trägergas zur Mischung aus den Verbindungen in der Reaktionszone zwischen etwa 10;1 und etwa 100:1 eingestellt wird. ;10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die lineare Gasflußgeschwindigkeit in der Reaktions- ; zone zwischen etwa 5 und etwa 75 cm pro Sekunde eingestellt! wird.11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat bzw, die Substratej (11) in der Reaktionszone auf eine Temperatur im Bereich zwischen etwa 700 und etwa 1000 0C erhitzt werden. '12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägergas mindestens ein Gas aus der Gruppe Wasserstoff, Stickstoff, Argon und Helium verwendet wird.YO 974 038 709810/111213. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Stickstoffverbindung mindestens eine Verbindung aus der Gruppe Ammoniak, primäre I und sekundäre Amine und Hydrazin verwendet wird. '14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 13,·dadurch gekennzeichnet, daß als Aluminiumverbindung mindestens eine Verbindung aus der Gruppe Aluminiumhalogenide t Aluminiumalkoholate, Trialkylaluminiumverbindungen, Alkylaluminiumhalogenide und Dialky!aluminiumhalogenide verwendet wird.15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 14, . dadurch gekennzeichnet, daß als Siliciumverbindung mindestens eine Verbindung aus der Gruppe Silan und Silicium-; halogenide verwendet wird»16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis ! 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung aus Ammoniak> Aluminiumchlorid und Silan verwendet wird,17. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 16 zum Herstellen einer Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet r daß nach dem Herstellen mindestens einer Schicht auf dem Substrat (30) mittels der bekannten Ionenimplantation- oder Diffusionsverfahren die Bereiche (31,32) vom zweiten Leitfähigkeitstyp erzeugt werden und schließliöh nach bekannten Methoden die elektrischen Kontakte (36, 37, ; 38) hergestellt werden.18. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 17 zum Herstellen einer Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (33) und die Abdeckschicht (35) nach bekannten Methoden hergestellt werden.YO 974 038 709810/1112Leerseite
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US05/607,420 US3974003A (en) | 1975-08-25 | 1975-08-25 | Chemical vapor deposition of dielectric films containing Al, N, and Si |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2636280A1 true DE2636280A1 (de) | 1977-03-10 |
Family
ID=24432191
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19762636280 Withdrawn DE2636280A1 (de) | 1975-08-25 | 1976-08-12 | Anordnung aus einem substrat und mindestens einer darauf aufgebrachten schicht und herstellungsverfahren hierfuer |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US3974003A (de) |
JP (1) | JPS5226190A (de) |
CA (1) | CA1071941A (de) |
DE (1) | DE2636280A1 (de) |
GB (1) | GB1495924A (de) |
IT (1) | IT1063694B (de) |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CH621366A5 (de) * | 1977-05-09 | 1981-01-30 | Balzers Hochvakuum | |
GB2041983B (en) * | 1978-11-09 | 1982-12-01 | Standard Telephones Cables Ltd | Metallising semiconductor devices |
DE3040693A1 (de) * | 1979-11-08 | 1981-05-27 | Deutsche Itt Industries Gmbh, 7800 Freiburg | Verfahren zur metallisierung von halbleiterbauelementen |
JPS5836506B2 (ja) * | 1980-11-20 | 1983-08-09 | 富士通株式会社 | 半導体記憶装置 |
DE3122382A1 (de) * | 1981-06-05 | 1982-12-23 | Ibm Deutschland | Verfahren zum herstellen einer gateisolations-schichtstruktur und die verwendung einer solchen struktur |
JPS6169116A (ja) * | 1984-09-13 | 1986-04-09 | Toshiba Ceramics Co Ltd | シリコンウエハ−の連続cvdコ−テイング用サセプター |
EP0220404B1 (de) * | 1985-09-30 | 1991-02-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Begrenzung von Ausbrüchen beim Sägen einer Halbleiterscheibe |
EP0264722A3 (de) * | 1986-10-09 | 1989-07-12 | Mitsubishi Materials Corporation | Verfahren zur Herstellung von amorphem Silizium |
JPH0897163A (ja) * | 1994-07-28 | 1996-04-12 | Hitachi Ltd | 半導体ウエハの製造方法、半導体ウエハ、半導体集積回路装置の製造方法および半導体集積回路装置 |
US9306050B2 (en) * | 2009-06-26 | 2016-04-05 | Cornell University | III-V semiconductor structures including aluminum-silicon nitride passivation |
MY161193A (en) * | 2009-11-18 | 2017-04-14 | Rec Silicon Inc | Fluid bed reactor |
EP3347504A1 (de) | 2015-09-11 | 2018-07-18 | Air Products and Chemicals, Inc. | Verfahren zur abscheidung eines konformen metallischen oder metalloiden siliciumnitridfilms und resultierende filme |
CN117904602A (zh) | 2015-10-06 | 2024-04-19 | 弗萨姆材料美国有限责任公司 | 用于沉积保形的金属或准金属氮化硅膜的方法 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3306768A (en) * | 1964-01-08 | 1967-02-28 | Motorola Inc | Method of forming thin oxide films |
GB1060925A (en) * | 1964-04-27 | 1967-03-08 | Westinghouse Electric Corp | Growth of insulating films such as for semiconductor devices |
GB1104935A (en) * | 1964-05-08 | 1968-03-06 | Standard Telephones Cables Ltd | Improvements in or relating to a method of forming a layer of an inorganic compound |
US3475234A (en) * | 1967-03-27 | 1969-10-28 | Bell Telephone Labor Inc | Method for making mis structures |
US3549411A (en) * | 1967-06-27 | 1970-12-22 | Texas Instruments Inc | Method of preparing silicon nitride films |
US3600218A (en) * | 1968-05-15 | 1971-08-17 | Ibm | Method for depositing insulating films of silicon nitride and aluminum nitride |
US3540926A (en) * | 1968-10-09 | 1970-11-17 | Gen Electric | Nitride insulating films deposited by reactive evaporation |
US3895390A (en) * | 1972-11-24 | 1975-07-15 | Signetics Corp | Metal oxide semiconductor structure and method using ion implantation |
-
1975
- 1975-08-25 US US05/607,420 patent/US3974003A/en not_active Expired - Lifetime
-
1976
- 1976-06-23 IT IT24611/76A patent/IT1063694B/it active
- 1976-07-27 JP JP51088747A patent/JPS5226190A/ja active Granted
- 1976-08-11 CA CA258,879A patent/CA1071941A/en not_active Expired
- 1976-08-12 DE DE19762636280 patent/DE2636280A1/de not_active Withdrawn
- 1976-08-25 GB GB35295/76A patent/GB1495924A/en not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US3974003A (en) | 1976-08-10 |
JPS5226190A (en) | 1977-02-26 |
JPS5531630B2 (de) | 1980-08-19 |
CA1071941A (en) | 1980-02-19 |
GB1495924A (en) | 1977-12-21 |
IT1063694B (it) | 1985-02-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3727264C2 (de) | ||
DE2414982C3 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements | |
DE1614540C3 (de) | Halbleiteranordnung sowie Verfahren zu ihrer Herstellung | |
DE3541587C2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines dünnen Halbleiterfilms | |
DE69020012T2 (de) | Herstellung einer isolierenden Schicht, zum Beispiel in einem aktiven Matrix-Bauelement. | |
DE69204386T2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines polykristallinen Siliziumfilmes. | |
DE1544329A1 (de) | Verfahren zur Herstellung epitaxialer Schichten bestimmter Form | |
DE2605830C3 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements | |
EP0491976A1 (de) | Verfahren zur Herstellung einer mit Arsen dotierten glatten polykristallinen Siliziumschicht für höchstintegrierte Schaltungen | |
DE2636280A1 (de) | Anordnung aus einem substrat und mindestens einer darauf aufgebrachten schicht und herstellungsverfahren hierfuer | |
DE10039327A1 (de) | Elektronisches Bauelement und Herstellungsverfahren für elektronisches Bauelement | |
DE2655341A1 (de) | Halbleiteranordnung mit passivierter oberflaeche und verfahren zur herstellung dieser anordnung | |
DE1514038A1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Feldeffekt-Transistors mit isolierter Steuerelektrode | |
DE4101130C2 (de) | MOS-Feldeffekttransistor und Verfahren zu dessen Herstellung | |
DE2911484C2 (de) | Metall-Isolator-Halbleiterbauelement | |
DE2644832A1 (de) | Feldeffekt-transistor und verfahren zu seiner herstellung | |
DE2225374B2 (de) | Verfahren zum herstellen eines mos-feldeffekttransistors | |
DE2211709C3 (de) | Verfahren zum Dotieren von Halbleitermaterial | |
DE2621165A1 (de) | Verfahren zum herstellen eines metallkontaktes | |
DE10350354B4 (de) | Orientierungs-unabhängige Oxidation von nitriertem Silizium | |
DE102004057762A1 (de) | Verfahren zum Ausbilden eines Feldeffekttransistors mit einem verspannten Kanalgebiet | |
EP0005744B1 (de) | Verfahren zum Aufwachsen von Epitaxieschichten auf selektiv hochdotierten Siliciumsubstraten | |
DE3540452C2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichttransistors | |
DE69322024T2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines leitenden Kontakts auf einem Halbleiterkörper | |
DE3915594A1 (de) | Halbleitervorrichtung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |