DE2641387A1

DE2641387A1 - Verfahren zum aufdampfen einer glasschicht

Info

Publication number: DE2641387A1
Application number: DE19762641387
Authority: DE
Inventors: Albert Wayne Fisher; George Luther Schnable
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1975-12-18
Filing date: 1976-09-15
Publication date: 1977-06-30
Also published as: JPS558950B2; FR2355924A1; DE2641387C3; DE2641387B2; IT1064910B; GB1550215A; JPS5276937A; US4196232A; SE7608792L

Description

Dipl.-Ing. H. Sauerland · Dr.-Ing. R. König ■ Dipl.-Ing. K. Bergen Patentanwälte ■ 4ooo Düsseldorf 30 · Cecilienallee 7s ■ TelefonXXäCäS^ 452008

14. September 1976 30 956 B

RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza, New York, N.Y. 10020 (V.St.A.)

"Verfahren zum Aufdampfen einer Glasschicht"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum chemischen Aufdampfen einer Glasschicht auf ein Substrat, wobei das Substrat in einer Silan, Sauerstoff und ein inertes Trägergas enthaltenden Atmosphäre auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der das Silan oxydiert wird, so daß sich Siliziumdioxid bildet, das sich als eine Schicht auf dem Substrat niederschlägt.

Glasschichten werden in großem Umfang bei der Herstellung von intergrierten Halbleiterschaltungen für die verschiedensten Zwecke verwendet, z.B. für Abdeckvorgänge, Diffusionsquellen, Isolatoren, Beschädigungsschutz unterliegenden Materials, Bauteilpassivierung, Getterung usw. Zu solchen Glasschichten gehören sowohl Siliziumdioxid-(SiO₂)Schichten als auch dotierte Siliziumdioxidschichten, wie z.B. Borsilikatglasschichten (enthaltend Bortrioxid, BpO^) und Phosphorsilikatglasschichten (enthaltend Phosphorpentoxid, PpOt-). Ein typisches Verfahren zum chemischen Aufdampfen einer Siliziumdioxidschicht auf ein Substrat besteht darin, daß das Substrat in einer Silan (SiH^), Sauerstoff und ein inertes Trägergas, sowie, falls eine dotierte Siliziumdioxidschicht gewünscht wird, ein Nitrid oder Alkyl eines Dotierstoffs enthaltenden Atmosphäre auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der das Silan zur Bildung von Siliziumdioxid oxydiert wird, das als eine Schicht auf dem Substrat niederge-

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■ schlagen wird.

Nach dem Aufdampfen stehen derartige Glasschichten im allgemeinen unter Zugbeanspruchung. Bei Halbleiterbauteilen, bei denendie Glasschichten auf Metall aufgedampft werden, bilden sich häufig Sprünge und Nadellöcher in den Glas schichten, wenn diese BauieLle erwärmt werden. Zum Beispiel werden Siliziumdioxidschichten bei ". integrierten Schaltungen als Isolierschichten zwischen mehrschichtigen Aluminiumleitern verwendet. Nach Erhitzen solcher Siliziumdioxidschichten über ihre Niedersehlagstemperatür, z.B. über .45O⁰C, wird die Zugbeanspruchung in diesen Schichten noch größer, da das Aluminium sich stärker ausdehnt als das Siliziumdioxid, wodurch zahlreiche Brüche in den Schichten erzeugt werden. Diese Brüche können dazu führen, daß es zwischen den mehrschichtigen Aluminiumverbindungen zu Kurzschlüssen kommt, was zum Ausfall derartiger Bauteile führt. Bei Bauteilen, wo Siliziumdioxidschichten auf Aluminium zur Passivierung und zum mechanischen Schutz niedergeschlagen werden, führen solche Brüche dazu, daß .-.Feuchtigkeit" an die Aluminiumverbindungen gelangt, wodurch die Korrosion des Aluminiums hervorgerufen wird, die sich fortsetzt^ bis die Aluminiumverbindungen vollständig korrodiert sind, was zu offenen Schaltkreisen und zum Ausfall derartiger Bauteile führt.

Es ist herausgefunden worden, daß Zugbeanspruchung chemisch aufgedampfter Qasschichten durch deren Verdichtung bei Temperaturen oberhalb der Aufdampftemperatur verringert werden können. Es ist z.B. möglich, Silikatglasschichten hinreichend zu verdichten, indem sie beispielsweise in reinem Stickstoff für ungefähr 15 Minuten auf ungefähr 800 C erhitzt werden. Manchmal ist es

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jedoch notwendig, Metallkontakte, wie z.B. Aluminitunkontakte, niederzuschlagen, bevor die Glasschicht angebracht wird. Solche Bauteile können ohne Risiko für längere Zeit nicht viel höher als 450°C erhitzt werden, da das Aluminium dann mit dem Silizium bei einer Temperatur von ungefähr 575⁰C (Al-Si-Eutektikum) legieren wird. Ein anderes Verfahren zum Verdichten einer aufgedampften Silikatglasschicht, bei dem solche hohe Temperaturen vermieden werden, besteht in einem Erwärmen der Glasschicht auf eine Temperatur zwischen ungefähr 400 und 450⁰C in einer Wasserdampf atmosphäre, die als Katalysator während dieser Dichtebehandlung bei niedriger Temperatur wirkt.

Die vorerwähnten Verfahren führen dazu, daß sich bei Raumtemperatur die Belastungen in solchen Glasschichten von Zug- zu Druckbeanspruchungen ändern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dessen Hilfe es möglich ist, Glasschichten chemisch aufzudampfen, die nach ihrem Wiederschlag bei Raumtemperatur und/oder bei Betriebsnenntemperatur unter Druckbeanspruchung oder nur geringer Zugbeanspruchung stehen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wasserdampfgehalt der Atmosphäre erheblich gegenüber dem Wasserdampfgehalt erhöht wird, der normalerweise in dieser Atmosphäre als Folge der Oxydation des Silans vorhanden ist (Normalgehalt).

Mit den Maßnahmen der Erfindung erhält man Gl as schichten, die weseniich weniger zur Rißbildung neigen, so daß irgendwelche Nachbehandlungen, insbesondere Dichtebehandlungen nicht mehr erforderlich sind.

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Nach der Erfindung wird also eine spannungsarme Glasschicht auf ein erhitztes Substrat durch Oxydation gasförmigen Silans unter gezieltem Zufügen von Wasserdampf zur Reaktionsatmosphäre in einer für chemisches Aufdampfen geeigneten Reaktionskammer (CVD-Kammer) aufgebracht, um den Wasserdampfgehalt der Atmosphäre über den ohnehin sich aus der Oxydation des Silans ergebenden hinaus zu erhöhen. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß ein inertes Trägergas, im vorliegenden Beispiel Stickstoff (Np), durch ein mit Wasser gefülltes Gerät geblasen wird, um den Stickstoff mit Wasserdampf bei Raumtemperatur zu sättigen. Der wasserdampfgesättigte Stickstoff wird dann vom Sättigungsgerät über eine Leitung schließlich in die CVD-Reaktionskammer geleitet. Der Wasserdampfgehalt kann auch dadurch erhöht werden, daß der Sauerstoff in ähnlicher Weise durch ein entsprechendes Sättigungsgerät geleitet wird.

Die spannungsarme Glasschicht wird auf das erwärmte Substrat durch Oxydation des gasförmigen Silans in Gegenwart von Sauerstoff gemäß der folgenden Reaktionsgleichung aufgebracht:

SiH₄ + 2O₂ * SiO₂ + 2H₂O

Da Wasserdampf eines der Reaktionsprodukte ist, ist es erforderlich, den Wasserdampfgehalt der Atmosphäre erheblich zu erhöhen, um einen Effekt zu erreichen. Unter der Annahme, daß annähernd 50% des gasförmigen Silans in der CVD-Reaktionskammer oxydiert wird, wird der Wasserdampfgehalt in Mol.-% - unter Gleichgewichtsbedingungen - der Atmosphäre in der Kammer um die Faktoren von ungefähr 4, 7, 9 oder 15 gegenüber dem Wasserdampfgehalt wie er normalerweise unter Annahme von 50% Oxydation, des Silans vorhanden ist, gemäß den verschiedenen

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nachfolgend beschriebenen Beispielen j ewe ills erhöht. Eine ausführliche Beschreibung der verschiedenen Maßnahmen zum Durchführen eines chemischen Aufdampfens unter Verwendung von gasförmigem Silan, Sauerstoff und einem inerten Trägergas ist in der US-PS 3 481 781 enthalten.

Beispiel 1

Unter Verwendung eines Gerätes, wie es in der genannten Patentschrift beschrieben ist, wird zunächst dafür gesorgt, daß das CVD-System auf die gewünschte Aufdampftemperatur gebracht wird, die im vorliegenden Fall 450⁰C beträgt. Eine Regeleinrichtung, mit der erreicht wird, daß die verschiedenen Gase in die CVD-Reaktionskammer gelangen, wird sodann eingeschaltet, so daß Sauerstoff und Stickstoff mit Wasserdampf gesättigt in das Kammerinnere gelangen. Als nächstes wird das Substrat, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einer 0,14 mm dicken Siliziumscheibe mit (111)-Ebenen-Orientierung besteht, auf einen Halter innerhalb der CVD-Kammer gelegt und bis zur Aufdampftemperatur (450⁰C) erwärmt.

Als nächstes wird Silan in die CVD-Kammer geleitet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liefert die Silanquelle 10 VoI:. -% Siliziumtetrahydrid (SiH^) in Argon. Sodann wird eine Siliziumdioxidschicht, im vorliegenden Beispiel mit einer Dicke von ungefähr 10.000 %, auf das Substrat aufgedampft, während das Silan durch Sauerstoff oxydiert wird.

Die Durchflußraten der verschiedenen Bestandteile bei Auf dampftemperatur steuern die Geschwindigkeit, mit der die Siliziumdioxidschicht aufgedampft wird. Im beschriebenen Beispiel werden Flußraten von 6000 cnr/min bei 25⁰C wasserdampfgesättigtem Stickstoff, 687 cnr/min Sauerstoff:

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wad 233 cm. /min 10% SiH^ in Argon verwendet. Unter diesen Zuf lußraten wird der Wasserdampf gehalt in WaI-⁰A der Atmosphäre 9,2-fach, erhöht und eine Niederschlagsgeschwindigkeit von ungefähr 1000 ä/min erreicht.

Um Vergleichsbedingungen zum Nachweis dafür zu schaffen, daß die Zugbeanspruchung erniedrigt wird, wenn Siliziumdioxidschichten in einer CVB-Keaktionskammer bei nennenswerter Erhöhung des Wasserdampfgehalts der Atmosphäre gegenüber dem Wasser dampf gehalt, der normalerweise als Folge der Oxydation des Silans vorhanden ist, niedergeschlagen werden, wird das chemische Aufdampfverfahren gemäß Beispiel 1 wiederholt, Jedoch, mit Ausnahme des zusätzlichen Zuführ ens von Wasserdampf zur Atmosphäre. Bei Verwendung derselben Durchflußrate kann keineäspürbare Snderung der Miederschlagsrate gegenuTber der im Beispiel t angegebenen festgestellt werden«

..-"""' "." Beisr>dLel 2

Hierbei wurde wie int Beispiel 1 verfahren, Jedoch die Flußrate der 10$ Silan.im Argon auf Sh cmrvmin reduziert^ wodurch der Wasserdampf gehalt in MoGL-% der Atmosphäre auf" das 14,5-fache gegenüber dem d^irchi die Oxydiation. des Silane bedingten. Hormalgehalt erhöht, wurde« Durch Ändern dier Flußrate des Sollans; im Argon wurdiain· dliesem Beispiel, die MiederscnüLagsgeschwindigkeit auf ungefähr 350

Um; ^erglaichswerte zul sciiaff*em_r wurdle das ctiemnlsche

, gemäß Beispiel: 2 wi.eäierhoCiLt_r mit; der Aus-

nähme der zusätzlichen Zugabe von Wasserdampf zur Atmosphäre. Unter Verwendung derselben Flußraten konnte keine Änderung der Aufdampfgeschwindigkeit gegenüber dem beschriebenen Beispiel 2 festgestellt werden.

Beispiel 3

Hier wurde wiederum gemäß Beispiel 1 verfahren, jedoch mit dem Unterschied, daß die Aufdampf temperatur auf 35O⁰C herabgesetzt _f und die Flußrate des Silan-Argon-Gemisches (1Q^ Silan.} auf 425 cm. /min erhöht wurde, wodurch der Wasserdampf gehalt (ΜΌ1-3έ) der Atmosphäre ungefähr um das 4» 15-fache gegenüber dem normalerweise aus der Oxidation, des Silans vorhandenen gesteigert und die Efiederschlagsrate auf ungefähr' 1750 &/min erhöht wurde.

Um Vergleichs-diaten zu erhalten,, wurde das CVD- Verfahr en nach Beispiel 3 wiederholt mit der Ausnahme der Zugabe von Wasserdampf zur Atmosphäre«

Beispiel 4

Hierbei wurde gemäß dem. CVD-Verfahren nach Beispiel 3 vorgegangen mit dem Unterschieds daß die Flußrate des Silan-Argon-Semlsches (10$ Silan) auf 233 car/min reduziert und dadurch der Wasserdampf gehalt (Mol «-90 der Atmosphäre um 6_r7 mal gegenüber dem normalerweise durch die Oxydation des Silans bedingten erhöht und die Aufdampfrate auf? ungefähr 500 E/min reduziert wurde.

Zum Erhalt vom Vergleichsdaten wurde das CVD-Verfahren nach Beispiel 4 wiederholt» jedoch ohne die Zugabe von zusätzlichem Wasserdampf zur- Atmosphäre.;

Damit der Einfluß festgestellt werden konnte, den der erhöhte Wasserdampfgehalt in der Atmosphäre auf die Reduzierung der Zugbeanspruchungen von gemäß den vorstehenden Beispielen aufgebrachten Siliziumdioxidschichten hat, wurden Dehnungsmessungen bei Raumtemperatur durch-

geführt, deren Ergebnisse, ausgedrückt in dyn/cm , in Tabelle I wiedergegeben sind. Bei jedem Beispiel wurde die durch die Zugspannung des Siliziumdioxidfilms hervorgerufene Substratdurchbiegung (ermittelt durch Messen der Verschiebung des Zentrums des kreisförmigen Siliziumscheibchens im Verhältnis zu seinen Kanten) gemessen, und, nach Korrektur im Hinblick auf die AnfangsfUachheit des Substrats, die durchschnittliche Belastung

in dyn/cm unter Verwendung einer bekannten Formel, die die Beanspruchung als Funktion der Substratbiegung ausgedrückt, ermittelt.

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Tabelle I - Glasschichten auf Silizium

Was s erdampfgehalt

Niederschlags- Beanspruchung rate

	Erhöhung gegenüber durch chemische Re aktion bedingten Gehalt	(Ä pro Minute)	(x 10⁹ dyn/cm²)
Si0_o-Schicht	keine EJrhQlrnng·	1000	?.R
C. auf Scheibe	9.2.mal	1000	?.4
(Si) von 450⁰C	keine Erhöhung	550	2.7
niedergeschlagen	14.5 mal	350	1 .7
SiCU-Schicht
C. auf Scheibe	keine Erhöhung	1750	3.2
(Si) von 350⁰C	4.15. mal	1750	2.8
niedergeschlagen	keine Erhöhung:	500	2.5
6.7 mal	500	2.2

Aus Tabelle Γ geht hervor, daß die Zugspannung in der niedergeschlagenen Siliziumdioxidschicht durch Erhöhen des Wasserdampfgehalts der Atmosphäre in der CVD-Reaktionskammer verringert wird. Obwohl die Beanspruchung in diesen Schichten bei gleichzeitiger Abnahme der Niederschlagsrate reduziert wird, zeigt Tabelle I, daß bei einer durchschnittlichen Niederschlagsrate von ungefähr 1000 Ä/min die Zugspannung in Siliziumdioxidschichten, die bei ungefähr 450⁰C niedergeschlagen wurden und eine Dicke von ungefähr 10000 & besaßen, von 2,8 χ 10

P QP

dyn/cm auf 2,4 χ 10 dyn/cm verringert wird durch Erhöhen des Wasserdampfgehaltes (MoI.-^) der Atmosphäre um ungefähr 9,2 mal gegenüber dem normalerweise sich durch die Oxydation des Silans ergebenden Gehalt. Bei der gleichen Aufdampftemperatur von ungefähr 450⁰C, jedoch bei einer Niederschlagsrate von ungefähr 350 S/min wird die Zugspannung von 2,7 x 10 dyn/cm auf 1,7 x 1 θ" dyn/

cm verringert durch Erhöhen des Wasserdampfgehaltes um einen Faktor von ungefähr 14,5.

Während eine Aufdampftemperatur von 450°C dort zulässig ist, wo Aluminium für das Metallisierungssystem einzusetzen ist, wird im allgemeinen bei der Verwendung von Gold für die Metallisierung eine Aufdampftemperatur von ungefähr 350⁰C gewählt, da sich das Gold mit Silizium bei Au-Si-Eutektiktemperatur von ungefähr 370⁰C legiert. Bei Verwendung einer Aufdampftemperatur von ungefähr 350°C wird, wie Tabelle I 2eLgt, bei einer durchschnittlichen Niederschlagsrate von ungefähr 1750 Ä/min die Zugspannung in den aufgedampften Siliziumdioxidschichten von

ο 2 Q ρ

3,2 χ 10^ dyn/cm auf 2,8 χ 10^ dyn/cm verringert durch Erhöhen des Wasserdampfgehalts (Mol.-%) der Atmosphäre um 4,15 mal gegenüber dem sich normal aus der Oxydation des Silans ergebenden Gehalt. Bei derselben Aufdampftemperatur von ungefähr 350⁰C, jedoch bei einer durchschnittlichen Niederschlagsrate von ungefähr 500 Ä/min. wird die

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Zugbeanspruchung von 2,5 x 10 dyn/cm auf 2,2 χ 10 dyn/cm verringert durch Erhöhen des Wasserdampfgehalts um ungefähr 6,7 mal gegenüber dem Gehalt, der bei der Oxydation von angenommenen 50% des Silans normal vorhanden ist.

Um die Tatsache weiter zu erhärten, daß die Zugbeanspruchung durch Aufdampfen von Glasschichten in einer CVD-Reaktionskammer, in der der Wasserdampfgehalt der Atmosphäre merklich über den normalerweise durch die Oxydation des Silans bedingten angehoben wird, verringert wird, wurden Glasschichten auf ein Substrat mit einem 1M dicken Aluminium-Testmuster niedergeschlagen. Ein Aluminium-Testmuster (musterförmige Aluminiumschicht auf einem thermisch oxydierten Siliziumscheibchen) wird deshalb verwendet, weil chemisch auf Aluminium aufgedampfte Oxidschichten sehr bruchempfindlich sind.

Beispiel 5

Das chemische Aufdampfen wurde gemäß Beispiel 1 durchgeführt mit dem Unterschied, daß die Siliziumdioxidschicht auf ein 1 Jim dickes Aluminiumtestmuster niedergeschlagen wurde, das auf einer thermisch oxydierten Siliziumscheibe angeordnet war.

Zum Erhalt von Vergleichsdaten wurde das Aufdampfverfahren gemäß Beispiel 5 ohne die Zugabe zusätzlichen Wasserdampfs zur Atmosphäre wiederholt.

Beispiel 6

Hier wurde das chemische Aufdampfen gemäß Beispiel 2 durchgeführt mit dem Unterschied, daß die Siliziumdioxid-

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schicht ,auf eine 1 «m dicke Schicht aufgedampften Aluminiums aufgebracht wurde', die sich als durchgehende Schicht auf einer thermisch oxydierten Siliziumscheibe befand.

Es wurde das chemische Aufdampfverfahren nach Beispiel 5' wiederholt mit der Ausnahme, daß eine 1 nja dicke Phosphorsilikat-Glasschicht auf ein Aluminium-Testmuster gebracht, wurde, indemanstelle der 10bigen Silanmischung eine Gasmischung von 3 VoI.-% Siliziumtetrahydrid (SiH^) und 0,75 Vol.-9ό Phosphin (PH^) in Argon verwandt wurde, deren Flußrate auf 725 cm</min erhöht wurde.

Zum Erhalt von Vergleichs daten wurde das chemische JLufdampfverfahren nach Beispiel 7^^ wiederholt mit der Ausnahme, daß zusätzlicher Wasserdampf der Atmosphäre nicht beigegeben wurde, ;

Nach dein chemischen Auf dampf en der Glasschichten auf die Altiminiumsubstratproben gemäß den Beispielen 5 bis 7 wurden .die Proben in einer heißen (ungefähr 55^QC) Aluminium-Ätzflüssigkeit ungefähr 10 Min. behandelt, um Sprünge In den auf gebrachten Glasschichten zu ermitteln. Die im vorliegenden Beispiel benutzte Ätzflüssigkeit bestand _: aus 10- Volumenteilen konzentrierter 85%iger H^PO/, 1 Volumehteil konzentrierter 70%igef HNO, und 2 Volumenteilen destillierten ¥assers· Jegliche Sprünge oder Löcher in der Glasdeckschicht ermöglichen dem Ätzmittel, zum Aluminium durchzudringen und dies chemisch zu entfernen. Eine anschließende mikroskopische Untersuchung offenbarte die Stellen, ~an denerssich Brüche oder dergleichen befanden. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen der Aluminiumproben sind in Tabelle II zusammengestellt.

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tv> α»

Tabelle II - Glasschichten auf Aluminium

Wasserdampfgehalt Niederschlagsrate

Optische Prüfung

Erhöhung gegenüber durch chemische Reiktion bedingten Gehalt

SiO₂-Schicht auf 1um dikkem Al-Muster bei 45O⁰C

Phosphorsilikat-Glas schicht auf /m dickem. Al-Muster bei 450⁰C

Keine Erhöhung

9.2 mal

14.5 mal

Keine Erhöhung

9.2 mal (Ä pro Minute)

1000

550

1000

Einige Sprünge

Keine Sprünge Keine Sprünge

Keine Sprünge

Optische Prüfung nach Wärmenachbehand lung

Erheblich gesprungen

Einige Sprünge Keine Sprünge

Einige Sprünge

Keine Sprünge

Mikroskopische Untersuchungen zeigten, daß die SiIiziumdioxidpröben, die ohne Erhöhung des Wasserdampfgehaltes niedergeschlagen worden waren, einige Sprünge aufwiesen, während die Siliziumdioxidschichten, die in einer Atmosphäre niedergeschlagen worden waren, die einen 9,2 und 14,5 mal höheren Wasserdampfgehalt hatten, keine Sprünge aufwiesen,^v Sowohl die Phosphorsilikatglasproben, die ohne Erhöhung des Wasserdampfgehaltes hergestellt wurden, als auch die Proben, die in Gegenwart zusätzlichen Wasserdampfs niedergeschlagen wurden, hatten keine Sprünge. Dies ist darauf zurückzuführen, daß Phosphorsilikat-Glasschichten niedrigere Eigenzugspannungen nach dem Niederschlag besitzen als Siliziumdioxidschichten, die unter denselben Bedingungen niedergeschlagen werden. -

Alle Proben, die auf Aluminium aufgebrachte Glasschichten besaßen, wurden dann einer Wärmenachbehandlung unterworfen, der sieh ein nochmaliges Ätzen und eine nochmalige Untersuchung unter dem Mikroskop auf Sprünge anschloß. Die Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle II enthalten. Die mit einer Niederschlägsrate von ungefähr 10 Ä/min. aufgebrachten Siliziumdioxidproben wurden für 1,5 Stunden in Stickstoff nochmals auf 450⁰G erhitzt, abgekühlt und nochmals für zusätzlich 10 Minuten in heißem Aluminium-Ätzmittel behandelt. Mikroskopische Untersuchungen zeigten, daß die Siliziumdioxidproben, die ohne Erhöhung des Wasserdampfgehaites aufgebracht worden waren, erhebliche Sprünge aufwiesen, während die Siliziumdioxidproben, die in einer Atmosphäre mit einem ungefähr 9,2 mal höheren Wasserdampfgehalt hergestellt waren, nur wenige Sprünge besaßen. Die mit einer Niederschlagsrate von ungefähr 350 Ä/min. in einer Atmosphäre mit

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4,5 mal höherem Wasserdampf gehalt hergestellten Siliziumdioxidproben wurden für 0,5 Stunden in Stickstoff nochmals auf 450⁰G erhitzt, abgekühlt und nochmals geätztι mikroskopische Untersuchungen zeigten an diesen Proben keine Sprünge. Die Phosphorsilikat-Glasproben wurden für 10 Minuten nochmals auf 525°C erhitzt, abgekühlt und nochmals geätzt. Einige Sprünge zeigten sich in der Phosphorsilikat-G-lasschicht, die ohne Erhöhung des Wasserdampfgehaltes hergestellt worden war, während an der Glasprobe, die in einer Atmosphäre mit einem ungefähr 9,2 mal größeren Wasserdampfgehalt aufgebracht worden war, keine Sprünge entdeckt wurden.

Die in den Tabellen I und II enthaltenen Ergebnisse zeigen, daß unter bestimmten Aufdampfbedingungen Glasschichten, und zwar sowohl Silizium-Dioxidschichten als auch dotierte Silikatglasschichtexj, die durch die Oxydation von Silan in einer GVD-Reaktionskammer chemisch aufgedampft werden, wobei der Wasserdampfgehalt der Atmosphäre in der Kammer erheblich über den normal durch die Oxydation des Silans sich ergebenden Gehalt angehoben wird, niedrigere Eigenzugspannungen besitzen als Glasschichten, die ohne Erhöhung des Wasserdampfgehaltes aufgebracht werden« Derartige spannungsarme Schichten sind wesentlich widerstandsfähiger gegenüber Sprüngen, so daß das erfindungsgemäße Verfahren für ihren Einsatz bei der Herstellung von Halbleiterbauteilen größere Zuverlässigkeit gewährleistet. Durch Infrarot-Absorptionsspektroskopie von Siliziumdioxid- und Phosphorsilikatglas-Schichten, die in Gegenwart zusätzlichen Wasserdampfs chemisch aufgedampft worden waren, zeigte sich, daß keine größeren Mengen eingeschlossenen Wassers in der

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•Λ.

aufgedampften Schichtstruktur vorhanden waren als sie normalerweise unter den sogenannten "trockenen" (kein zusätzlicher Wasserdampf}. Bedingungen beobachtet wurden. Die Analyse der Zusammensetzung der Phosphorsilikatglasschichten ergabj daß der Phosphorgehalt unter den "nassen" Aufdampfbedingungen nicht merkbar beeinträchtigt wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird durch die Maßnahme des zusätzlichen Eingehens von Wasserdampf in die Atmosphäre in der CVD-Reaktionskammer noch ein weiterer Vorteil erreicht. Bei der Durchführuηg des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung wird das mit Wasserdampf gesättigte Trägergas, z.B. Stickstoff, in die GVD-Reaktionskantmer - vor Beginn der Zufuhr von Silan (SiH,) gegeben. Durch das Zufügen von Wasserdampf zur Atmosphäre vor Beginn des Silanzustroms vollzieht sich der Anfangsniederschlag der Glasschichten in einer AtmoSphäre, die hinsichtlich des Wasserdampfgehaltes annähernd Gleichgewichtsbedingungen aufweist, anstatt in einer Atmosphäre, die einen darunter liegenden Wasserdampfgehalt besitzt. Durch diese Verfahrensweise wird die Aufdampffläche des Substrats dem Wasserdampf vor Beginn des eigentlichen Aufdampfprozesses ausgesetzt. Als Folge dieser Maßnahme wird die Oberfläche des Substrats, das aus Siliziumdioxid bestehen kann, teilweise wasserhaltig durch die Umwandlung von Sauerstoffbrücken an der Oberfläche in Silanol-Gruppen. Nach dem Beginn des Silanflusses enthält die anfänglich niedergeschlagene Glasschicht dann ebenfalls mehr OH-Gruppen wegen des höheren Dampfgehalts in der Umgebungsatmosphäre. Folglich wird das Potential für molekulare Anordnungen und für die Bildung von Sauerstoffbrücken^Bindungen

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zwischen dem Substratoxid und der aufgedampften Glasschicht erheblich gesteigert und die Haftung der Glasschicht am Substrat dadurch verbessert.

Die Erfindung schafft ein Verfahren zum chemischen Aufdampfen von Glasschichten, die nach ihrem Aufbringen vergleichsweise ni e dri geiBi genzugbe anspruchung aufweisen. Derartige spannungsarme Glasschichten sind erheblich weniger anfällig für die Bildung von Rissen, und eine weitere Verdichtungsbehandlung wird grundsätzlich überflüssig. Die Verwendung solcher chemisch aufgedampfter Glasschichten bei der Herstellung von Halbleiterbauteilen führt zu höherer Ausbeute und größerer Zuverlässigkeit, insbesondere wenn die Glasschichten als Isolator oder Passivierung eingesetzt werden, da Glasbrüche den Hauptgrund für Bauteilverschlechterung oder -ausfälle darstellen.

ge/fu

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Claims

Patentansprüche;

1. Verfahren zum ehemischen Aufdampfen einer Glassehicht auf ein Substrat, wobei das Substrat in einer Silan, Sauerstoff und ein inertes Trägergas enthaltenden Atmosphäre auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der das Silan oxydiert wird, dadurch g e k en η ζ ei ohne t , daß der Wasserdampfgehalt der Atmosphäre erheblich gegenüber dem Wasserdampfgehält erhöht wird, der normalerweise in dieser Atmosphäre als Folge der Oxydation des Silans vorhanden ist (Normalgehalt).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e ic h η e t , daß der Wasserdampfgehalt der Atmosphäre, gemessen in Mol-%, mindestens zweimal so groß ist wie der Normalgehalt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h

g e k e η η zeichnet , daß der Wasserdampfgehalt der Atmosphäre, in Mol-%, ungefähr auf das Vierfache des Normalgehalts erhöht wird*

4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e η η ζ ei cn η et , daß die Aufdampftemperatur TJingefähr 35O⁰C und die Niederschlagsrate ungefähr 1750 S/min, betragen,

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

g e k e η η ζ e i ohne t , daß der Wasserdampf-

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gehalt der Atmosphäre, in Mol-%, ungefähr auf das Siebenfache des Normalgehalts erhöht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Auf dampf temperatur ungefähr 350⁰C und di<
fähr 500 S/min, betragen.

tür ungefähr 350 C und die Niederschlagsrate unge-

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Wasserdampfgehalt der Atmosphäre, in Mol-%, auf das ungefähr Neunfache gegenüber dem Normalgehalt erhöht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch g e kennzeichnet , daß die Aufdampftemperatur ungefähr 450⁰C und die Niederschlagsrate ungefähr 1000 Ä/min. betragen.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1

bis 8, dadurch gekennzeichnet daß das Substrat ein Siliziumscheibchen ist und die G-lasschicht aus Siliziumdioxid besteht.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich net , daß das Substrat aus einem auf einem Siliziumscheibchen aufgebrachten Aluminiummuster besteht.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Glasschicht aus Phosphorsilikatglas besteht,

12. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Wasserdampfgehalt der Atmosphäre, in Mol-%, ungefähr fünfzehnmal

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größer ist als der Normalgehalt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Aufdampftemperatur ungefähr 450⁰C und die Niederschlagsrate ungefähr 350 i/min, betragen.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampf der Atmosphäre vor dem Einleiten des Silans in die Atmosphäre zugesetzt wird.