DE2705902A1 - Germanium enthaltender siliciumnitridfilm - Google Patents

Germanium enthaltender siliciumnitridfilm

Info

Publication number
DE2705902A1
DE2705902A1 DE19772705902 DE2705902A DE2705902A1 DE 2705902 A1 DE2705902 A1 DE 2705902A1 DE 19772705902 DE19772705902 DE 19772705902 DE 2705902 A DE2705902 A DE 2705902A DE 2705902 A1 DE2705902 A1 DE 2705902A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
silicon nitride
germanium
nitride film
film
containing silicon
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.)
Granted
Application number
DE19772705902
Other languages
English (en)
Other versions
DE2705902B2 (de
DE2705902C3 (de
Inventor
Seiichi Isomae
Tokio Kokubunji
Michiyoshi Maki
Masahiko Ogirima
Akira Shintani
Yoichi Tamaki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP1402776A external-priority patent/JPS5298473A/ja
Priority claimed from JP2515076A external-priority patent/JPS52109371A/ja
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Publication of DE2705902A1 publication Critical patent/DE2705902A1/de
Publication of DE2705902B2 publication Critical patent/DE2705902B2/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2705902C3 publication Critical patent/DE2705902C3/de
Expired legal-status Critical Current

Links

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
    • 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
    • H01L21/0217—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 being a silicon nitride not containing oxygen, e.g. SixNy or SixByNz
    • 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
    • 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
    • H01L21/32—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 using masks
    • 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
    • H01L21/02164—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 being a silicon oxide, e.g. SiO2
    • 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
    • H01L21/02227—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process
    • H01L21/0223—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate
    • H01L21/02233—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate of the semiconductor substrate or a semiconductor layer
    • H01L21/02236—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate of the semiconductor substrate or a semiconductor layer group IV semiconductor
    • H01L21/02238—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate of the semiconductor substrate or a semiconductor layer group IV semiconductor silicon in uncombined form, i.e. pure silicon
    • 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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/26—Web or sheet containing structurally defined element or component, the element or component having a specified physical dimension
    • Y10T428/263—Coating layer not in excess of 5 mils thick or equivalent
    • Y10T428/264—Up to 3 mils
    • Y10T428/265—1 mil or less

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Description

BBSCH REIB UNG
Die Erfindung betrifft einen dünnen Film, der zur Isolierung oder zum Schutz in einer Halbleitervorrichtung, als Maske bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen und für ähnliche Zwecke geeignet ist.
Als Schutzfilme oder Isolierfilme in Halbleitervorrichtungen, als Maske für die Oxydations- oder Diffusionsstufe bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung und für ähnliche Zwecke wurden bereits zahlreiche Filme, einschließlich Siliciumdioxid-Filme (SiO2), Aluminiumoxid-Filme (Al2O5), Siliciumnitrid-Filme (Si5N4) und dergleichen angewendet.
Insbesondere Siliciumnitridfilme werden in weitem Umfang eingesetzt, weil sie zahlreiche Vorteile zeigen, wie die, daß sie chemisch inert sind, weniger stark der Oxydation unterliegen und daß Ionen von Natrium etc. diese Filme schwierig durchdringen können.
Dabei tritt jedoch das schwerwiegende Problem auf, daß bei direkter Ablagerung von Siliciumnitrid auf der Oberfläche eines Halbleitersubstrats oder Glases,auf einer Verbindungsschicht oder dergleichen, das Substrat, das Glas, die Verbindungeschicht oder dergleichen großen Spannungen ausgesetzt ist, so daß Fehler, wie Risse und Versetzungen in dem .Substrat oder der Unterlage auftreten können. Die Grosse der auf das Substrat oder dergleichen einwirkenden Spannungen wird umso stärker, je dicker der Film aus dem abgelagerten Siliciumnitrid wird. Wenn beispielsweise ein Slliciumnitridfilm einer Dicke von etwa 1 pm auf einem Siliciumsubstrat abgelagert wird, so verwirft eich das Siliciumsubstrat und kann sogar brechen.
709833/0693
Um diese Einwirkung von Siliciumnitrid zu verhindern, wurde bereits ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein anderer PiIm, beispielsweise ein Siliciuindioxid-Film oder ein Siliciumoxynitrid (SiOK)-FiIm zuerst auf dem Substrat oder der Unterlage abgelagert wird, wonach der Siliciumnitrid-Film darüber und auf dieser ersten Schicht abgelagert wird.
Durch Anwendung dieser Maßnahme ist es tatsächlich möglich, den Einfluß der Spannungen, die durch den Siliciumnitrid-Film auf dao Substrat einwirken, zu verhindern. Durch dieses Verfahren wird jedoch der Herstellungcprozeß kompliziert.
Da außerdem die beiden Filmschichten entsprechend bearbeitet werden müssen, v/erden die Bearbeitungsfehler vergrößert und bilden einen wichtigen Grund, daß die Herstellung einer winzigen Halbleitervorrichtung gestört wird oder daß die Integrationsdichte der Vorrichtung nicht erhöht werden kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Schwierigkeit der bekannten Verfahren zu beseitigen und einen dünnen Film für Halbleitervorrichtungen zur Verfügung zu stellen, der zur Einwirkung einer sehr geringen Spannung auf das Substrat, auf eine Verbindungsschicht oder dergleichen führt und dessen Eigenschaften denen eines Siliciumnitrid-Film nahekommen.
Um diese Aufgabe zu lösen, wird erfindungsgemäß ein Film aus Siliciumnitrid vorgesehen, welches 0,5 bis 10 Atom-Jo Germanium, bezogen auf Silicium, enthält. Mit Hilfe dieses erfindungsgemäßen Films ist die is dem Film induzierte Spannung bzw. der induzierte Streß merklich geringer als bei Verwendung von reinem Siliciumnitrid.
Gegenstand der Erfindung let somit ein Germanium enthaltender Siliciumnitrid-Film, der 0,5 bis 10 Atom-# Germanium, bezogen auf Silicium, enthält.
Da bei Anwendung dieses Filme eine wesentlich geringere Spannung als bei Anwendung eines üblichen Siliciumnitrid (Si3Nj)-FiImS ver-
709833/0693
ursacht wird, ist dieser Film sehr geeignet als Maske zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung oder als Isolier- oder Schutzfilm für eine Halbleitervorrichtung.
Die Erfindung v/ird anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen Zeichnungen ist Fig. 1 eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen dem Germaniumgehalt des erfindungsgemäßen Germanium enthaltenden Siliciumnitrid-Films und der Spannung des Films zeigt;
Fig. 2a bis 2c sind partielle Schnittansichten, an denen die erfindungsgemäß erzielte Wirkung erläutert wird, und Fig. 3 ist eine partielle Schnittansicht, die eine Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Obwohl die Ursache für und der Hechanismus der Ausbildung einer Spannung in dem Siliciumnitrid-Film nicht aufgeklärt sind, v/erden diese Spannungen bereits bei dem Verfahren der Ablagerung des Siliciumnitrid-Films auf einem Substrat oder dergleichen mit Hilfe der chemischen Aufdampfmethode (CVD-Methode) beobachtet.
3a ist schwierig, die in dem Siliciumnitrid-Film erzeugte Spannung stark zu vermindern, selbst wenn die Ablagerungsbedingungen für den Siliciumnitrid-Film oder die Methode der Ablagerung dieses Films verändert werden. Im Hinblick darauf sind kaum Verbesserungen zu erwarten.
Durch Dotieren von Siliciumnitrid mit einem vorbestimmten Anteil an Germanium wurde es erfindungsgemäß ermöglicht, lediglich eine merkliche Verminderung der Spannungen zu verursachen, ohne daß eine wesentliche Veränderung der verschiedenen Eigenschaften des Siliciumnitrid-Films, wie sie vorstehend angegeben worden sind, hervorgerufen wird.
Der Grund dafür, daß durch Dotieren von Siliciumnitrid mit Germanium ein solcher Effekt erzielt wird, 1st nicht klar. Es wird jedoch vermutet,daß durch gleichzeitiges Vorliegen von Germaniumatomen und Siliciumatomen verhindert wird, daß die Fackung der Siliciumnitridmoleküle in dem Film übermäßig dicht wird, da der Atomradius von Germanium im Vergleich mit dem des Siliciums auf-
709833/0693
fallend groß ist. Als Ergebnis wird die Ausbildung einer Spannung merklich vermindert.
Germanium ist ein neutrales Element, welches weder als Akzeptor, noch als Donor wirkt. Selbst wenn daher Siliciumnitrid mit Germanium dotiert wird, werden die elektrischen Eigenschaften von Siliciumnitrid praktisch nicht beeinflußt und die vorher erläuterten ausgezeichneten Eigenschaften als Film für eine Halbleitervorrichtung und für die Herstellung dieser Vorrichtung werden in ihrer gewünschten Form beibehalten.
Der Germanium enthaltende Siliciumnitrid-Film kann in einfacher Weise auf einem Silicium-Einkristall mit Hilfe der chemischen # Aufdampfmethode ausgebildet werden, bei der Hydride von Germanium, Silicium und Stickstoff, d.h. German (GeH.), Monosilan (SiH.) und Ammoniak (NH3) in einer Stickstoffatmosphäre umgesetzt werden.
Es ist nicht bekannt, ob in dem so gebildeten Germanium enthaltenden Siliciumnitrid-Film Germanium einen Teil des Siliciums in dem Siliciumnitrid ersetzt oder ob Siliciumnitrid und Germanium lediglich in Form einer Mischung vorliegen. In dieser Hinsicht hat jedoch eine Analyse mit einer Ionen-Mikroanalysevorrichtung (IMA) gezeigt, daß Germanium äußerst gleichförmig in dem Film verteilt ist und daß das Verhältnis der Elemente in dem Germanium enthaltenden Siliciumnitrid gemäß der Erfindung im wesentlichen durch den Ausdruck Ge : Si,_x : H* (worin χ = 0,015 bis 0,3) angegeben werden kann.
Der für die Zwecke der Erfindung geeignete Germaniumgehalt beträgt 0,5 bis IO Atom-96, bezogen auf das Silicium, und ein Wert von 1 bis 4 Atom-56 führt zu den günstigsten Ergebnissen.
In der in Fig. 1 gezeigten graphischen Darstellung wird der Zusammenhang zwischen dem Germaniumgehalt (Atom-jt, bezogen auf Silicium) in dem Germanium enthaltendes Siliciumnitrid-Film und der in dem Film verursachten Spannung veranschaulicht. Wie aus dieser Figur ersichtlich iat, wird die Spannung des Siliciumnitrid-
709833/0693
Films durch Dotierung mit Germanium merklich vermindert. Insbesondere wenn der Germaniumgehalt 1 bis 4 Atom-$ beträgt, iot die durch die Dotierung mit Germanium erzielte Wirkung sehr bemerkenswert. Die Spannung des Films beträgt in den günstigoten Fällen etwa 1/5 der Spannung, die verursacht wird, wenn keine Germaniumdotierung durchgeführt wird.
Die Spannung bei einem Gcrmaniumgehalt von 0,5 bis 1 Atom-^ oder bei einem Germaniumgehalt von 4 bin 10 Atoin-56 beträgt etwa die Hälfte der Spannung, die in einem undotierten Film erzeugt v/ird. Diese Werte sind zufriedenstellend zur Verwendung des Films für eine Halbleitervorrichtung und während des Verfahrens zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung.
Selbst wenn der Germaniumgehalt 10 Atom-# überschreitet, so beträgt die Spannung etwa die Hälfte der Spannung eines undotierten Films. Die Feinheit des Films wird jedoch verschlechtert oder in der Oberfläche des Films können Ungleichmäßigkeiten auftreten. Es ist daher wünschenswert, daß der Germaniumgehalt 10 Atom-?i oder v/eniger als 10 Atom-# beträgt.
Wenn der Germaniumgehalt weniger als 0,5 Atom-jS beträgt, so vermindert sich die Wirkung der Spannungsverminderung aufgrund der Dotierung mit Germanium rasch. Es ist daher erforderlich, daß der Germaniumgehalt 0,5 Atom-96 oder mehr als 0,5 Atom-?S, bezogen auf den Siliciumgehalt, beträgt.
Das in Fig. 1 dargestellte Ergebnis wurde mit einem Film einer Dicke von 1000 bis 1500 Angströmeinheiten erzielt. Selbst wenn die Dicke des Films verändert wird, ändert sich die auf eine Einheit der Querschnittsfläche des Films einwirkende Spannung nicht, so daß bei unterschiedlichen Dicken die gleichen Ergebniese wie in Fig. 1 erzielt werden.
Es ist jedoch selbstverständlich, daß bei einer Veränderung der Filmdicke sich die Summe der auf das Substrat einwirkenden Spannungen ändert. Wenn die Filmdicke erhöht wird, so v/ird die auf
709833/0693
das Substrat einwirkende Gesamtspannung größer.
Im Fall des Siliciumnitrid-Filros gemäß dem Stand der Technik beträgt der mögliche obere Grenzwert (Maximalwert) der Dicke etwa 5000 Angström. Wenn die Dicke größer wird, so läßt sich der TiIm nicht mehr auftragen, weil das Siliciumsubstrat deformiert wird oder der Film Risse erhält.
Im Gegensatz dazu verursacht der erfindungsgemäße Germanium enthaltende Siliciumnitrid-Film weit geringere Spannungen, als der vorher beschriebene Siliciumnitrid-Film.Selbst wenn daher die Dicke auf 1 um erhöht wurde, trat weder eine Deformation des Substrats, noch Rißbildung in dem Film auf.
Wenn andererseits die Dicke des Germanium enthaltenden Siliciumnitrid-Films auf weniger als 400 Angström eingestellt wird, können bei der Verv/endung als Maske bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung, als Schutzfilm für eine Halbleitervorrichtung und dergleichen keine zufriedenstellenden Eigenschaften erzielt werden. Es wird daher bevorzugt, daß der erfindungsgemäße Germanium enthaltende Siliciumnitrid-Film bei der praktischen Anwendung eine Dicke von 400 Angström bis 1 pm hat, wenn er als Ein-Bchicht-Film (einlagiger Film) verwendet wird.
Beispiel 1
Ein Siliciumeinkristall-Substrat einer Dicke von 340 um wurde in ein Reaktionsrohr aus Quarz gegeben. Monosilan (SiH.), German (GeH.) und Ammoniak (NH,) wurden gemeinsam mit Stickstoff in einer Strömungsrate von etwa 25 l/min in das Reaktionsrohr geleitet, während das Reaktionsrohr auf 7000C erhitzt wurde. Auf diese Weise wurde ein Germanium enthaltender Siliciumnitrid-Film auf dem Siliciumeinkristall-Substrat abgelagert.
Sine große Anzahl solcher Filme mit unterschiedlichen Germaniumgehalten wurden durch Variieren der Strömungsraten von Monosilan, German und Ammoniak innerhalb der Bereiche von 10 bis 40 ml/min, 0,05 bis 1,6 ml/min und 0,5. bis 2,5 l/min ausgebildet und der
709833/0693
Zusammenhang zwischen dem Germaniumgehalt jedes der Filme und der auf den Film einwirkenden Spannung v/urde festgestellt. Wenn die Reaktion unter diesen Bedingungen während 1 bis 15 Minuten durchgeführt wird, so beträgt die Dicke des erhaltenen Films 500 bis 5000 Angström.
Dabei v/urde das gleiche Ergebnis wie in Fig. 1 erhalten und es wurde festgestellt, daß Filme mit außerordentlich günstigen Eigenschaften erhalten werden, wenn der Germaniumgehalt 0,5 bis 10 Atoia-#, bezogen auf Silicium, beträgt.
Der Germanium enthaltende Siliciumnitrid-Film, dessen Germaniumgehalt in dem vorstehend angegebenen Bereich liegt, entspricht im Hinblick auf die Oxydationsrate, die Ätzrate und die Durchlässigkeit des Films für Natriumionen praktisch vollständig einem Siliciumnitrid-Film. Er kann daher als Maske für die Oxydationsstufe oder Diffusionsstufe bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung oder als Isolier- oder Passivierfilm für eine Halbleitervorrichtung angewendet werden.
Wenn die Temperatur bei der Ablagerung des Films mehr als 8500C beträgt, so tritt Germanium nicht in den Film ein und es wird ein reiner Siliciumnitrid-Film ausgebildet. Wenn die Temperatur unterhalb 65O0C liegt, wird die Ablagerungsrate des Films sehr gering und für praktische Zwecke ungeeignet. Ein geeigneter Temperaturbereich zur Durchführung der chemischen Aufdampfmethode liegt daher im Bereich von 650 bis 8500C.
Beispiel 2
In Beispiel 1 wurden die Auegangsmaterialien für Silicium, Germanium und Stickstoff in Form der Hydride eingesetzt. In diesem Beispiel wurden Chloride von Silicium und Germanium (z.B.. SiCl^, SiHCl5, SiH2Cl2I GeCl2 und dergleichen) und Hydrazin (N2H4) eingesetzt. Dabei wurden die gleichen Ergebnisse wie In Beispiel 1 erzielt.
709833/0693
Beispiel 3
Dieses Beispiel zeigt, daß der erfindungsgemäße Film sehr gut geeignet als Maske zur Herstellung von Siliciumdioxid mit Hilfe des thermischen Oxydationsverfahrens bei der Herstellung einer Halbleitervorricbtung ist.
Um bei der Herstellung einer integrierten Halbleiterschaltung für das Isolationssystem des Isolators einen Siliciurafilm auf einem Substrat abzulagern, wird gev/öhnlich der in den Figuren 2a und 2b erläuterte Weg eingeschlagen. Wie in Fig. 2a gezeigt ist, wird eine Siliciumschicht 2 epitaxisch auf einem Siliciumsubstrat 1 gezüchtet. Danach wird ein gewünschter Teil mit einer Maske 3 bedeckt und die thermische Oxydation wird durchgeführt, .wobei der Teil der Siliciumschicht 2, der nicht von der Maske 3 bedeckt ist, oxydiert wird.
Als Material für die Maske 3 eignet sich der Siliciumnitrid-Film ausgezeichnet, v/eil die Sauerstoff durchlässigkeit gering ist. Wie jedoch vorher erläutert wurde, verursacht der Siliciumnitrid-Film sehr große Spannungen. Gewöhnlich wurde daher eine Maske verwendet, die aus zwei Schichten aus Siliciumdioxid 4 und Siliciumnitrid 5 gebildet ist, wie in Fig. 2b gezeigt ist. Die thermische Oxydation wird dann durchgeführt, um den freiliegenden Teil der Siliciumschicht zu oxydieren und eine Siliciumdioxidschicht 6 auszubilden. Mit Hilfe dieser Methode wird jedoch die thermische Oxydation unter Bedingungen durchgeführt, unter denen die Siliciumschicht 2 und das Siliciumdioxid 4 Is Kontakt stehen, so daß nicht nur der freiliegende Teil, auf dem die Maske nicht abgelagert ist, sondern auch der mit dem Siliciumdioxid 4 der Maske bedeckte Teil bis zu einer beträchtlichen Tiefe oxydiert wird. Die Ausdehnung 7 des Siliciumdioxid-Films 6 in seitlicher Richtung wird im allgemeinen als "bird beak" bezeichnet und hat verschiedene nachteilige Wirkungen auf die Eigenschaften der Halbleitervorrichtung.
Wenn jedoch ein erfindungsgemäßer Germanium enthaltender Siliciumnitrid-Film als Maske verwendet wird, so kann das Auftreten dieses "Vogelschnabels" weitgehend unterdrückt werden. Wie in Fig. 2c gezeigt ist, wurde Germanium enthaltendes Silicium-
709833/0693
nitrid (2000 Angstrom dick) 8, das 2 % Germanium enthielt, als Maske verwendet und auf der Siliciumschicht 2 abgelagert. Die thermische Oxydation wurde in feuchtem Sauerstoff bei 100O0C während 16 Stunden vorgenommen. Selbst wenn ein 1,8 um dicker Siliciumdioxid-Film 61 auf diese Weise gebildet wurde, traten kaum "bird beaks" 7' auf und keiner dieser "bird beaks" 7 war größer als 0,5 um (seitliche Ausdehnung von einem Ende der Maske in Richtung nach innen).
Wenn dagegen die thermische Oxydation unter den gleichen Bedingungen unter Verwendung der in Fig. 2b gezeigten Maske vorgenommen wurde, traten "bird beaks" einer Ausdehnung von 1,5 bis 2 um auf.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Films werden somit die "bird beakn" weitgehend verringert. Infolgedessen können auf diese bird beaks zurückzuführende Schwierigkeiten vermieden werden und die Integrationsdichte einer Bipolarstruktur nach der LSI-Technik stark erhöht werden.
In den Figuren 2a bis 2c bezeichnet die Bezugsziffer 10 einen innerhalb des Substrats 1 ausgebildeten Kollektorbereich.
Beispiel 4
In Beispiel 3 wurde ein erfindungsgemäßer Einschichtfilm aus Germanium enthaltendem Siliciumnitrid als Maske für die thermische Oxydation angewendet. Wenn ein Siliciumnitrid-Film auf den Germanium enthaltenden Siliciumnitrid-Film unter Bildung eines Zweischichtfilms abgelagert wird und wenn dieser Zweischichtfilm als Maske bei der selektiven thermischen Oxydation, der selektiven Diffusion, für das selektive Ätzen und dergleichen angewendet wird, so können noch vorteilhaftere Ergebnisse erzielt werden.
Wie vorstehend beschrieben wurde, zeigt ein Germanium enthaltender Siliciumnitrid-Film gemäß der Erfindung den bemerkenswerten Vorteil, daß er sehr niedere Spannung hat. Wenn jedoch der Germaniumgehalt übermäßig erhöht wird, so tritt der Nachteil auf, daß die Anzahl von Peinporen in dem Film und die Oxydationsrate
709833/0893
des Filme allmählich vergrößert werden. Wenn auch dieser Nachteil in einfacher Weise durch Erhöhung der Dicke des Films, ausgeschaltet werden kann, so ist jedoch eine zu große Dicke ungünstig, weil dabei der erfindungsgemäße Vorteil der geringeren Spannung vermindert oder beseitigt wird.
Dieser Nachteil kann durch Auftragen eines Siliciumnitrid-Films auf den Germanium enthaltenden Siliciumnitrid-Film erfolgreich beseitigt werden. Wie vorher erläutert wurde, hat Siliciumnitrid den Nachteil, daß sehr hohe Spannungen auftreten. Dieser Nachteil wird jedoch durch den zwischen dem Siliciumnitrid-Film und dem Substrat eingelagerten Germanium enthaltenden Siliciumnitrid-Film aufgefangen, so daß der störende Einfluß auf das Substrat beseitigt wird.
Wenn der Germanium enthaltende Siliciumnitrid-Film zu dünn ist, so ist die Wirkung der Absorption der Spannungen gering, wenn er jedoch zu dick ist, so kann nietat nur die Spannung des Siliciumnitrid-Films , sondern auch die des Germanium enthaltenden SiIlciumnitrid-Films selbst nicht mehr vernachlässigt werden. Es hat sich daher gezeigt, daß die Dicke des Germanium enthaltenden Siliciumnitrid-Films etwa das 1- bis 2-fache der Dicke des Siliciumnitrid-Films betragen sollte. Wenn demnach die Dicke des Siliciumnitrid-Films 500 bis 1000 Angetrum beträgt, so ist die geeignete Dicke des Germanium enthaltenden Siliciumnitrid-Films 400 bis 2000 Angström. Vorzugsweise beträgt in diesem Pail der Germaniumgehalt 0,5 bis 8 Atom-£, bezogen auf den Sillciumgehalt.
Beispiel 5
Pig. 3 zeigt eine Ausftihrungsform, Iu der der erfindungsgemäße Germanium enthaltende Siliciumnitrid-Film als Oberflächenschutzfilm für einen bipolaren Transistor dee Planartyps angewendet wird.
Ein Siliciumsubstrat 11 dee η-ϊτρβ wurde durch entsprechende Diffueionsstufen so ausgebildet, daß es den p-Bereich und den n-Bereich 12 bzw. 13 enthielt. Ein Germanium tnthaltender Siliciumnitrid-Film 14 (mit einem German 1 umgehalt von 1,5 Ji, bezogen auf
709833/0693.
den Siliciumgehalt) wurde in einer Dicke von 3OOO Angstrom mit Hilfe des in Beispiel 1 erläuterten Verfahrens abgelagert. Nach der Ausbildung von löchern wurden Aluminium-Zuleitungen ausgebildet. Auf diese Weise wurde ein bipolarer Transistor hergestellt.
Der Germanium enthaltende Siliciumnitrid-Pilms ist in gleichem Ausmaß wie der Siliciumnitrid-Film undurchlässig gegenüber Wasser und gegenüber Natrium und hat darüber hinaus, wie vorstehend erläutert wurde, weit geringere Spannungen als der Siliciumnitrid-Film. Er ist daher sehr gut geeignet als Schutzfilm für eine Halbleitervorrichtung.
Der wie vorstehend hergestellte bipolare Transistor wurde 200 Stun- - deQ in Wasserdampf bei 1500C stehengelassen. Danach zeigte der Germanium enthaltende Siliciumnitrid-Film keine Veränderung und die Eigenschaften des Transistors waren nicht verschlechtert.
Wenn ein Siliciumnitrid-Film auf dem erfindungsgemäßen Germanium enthaltenden Siliciumnitrid-Film abgelagert wird und wenn ein solcher Doppelschichtfilm für den Zweck dieses Beispiels eingesetzt wird, so beträgt die bevorzugte Dicke des Germanium enthaltenden Films 1000 bis 8000 Angström und der bevorzugte Germaniumgehalt beträgt 0,5 bis 4 Atom-#, bezogen auf den Siliciumgehalt.
709833/0693

Claims (1)

  1. PATENTANWÄLTE
    SCHIFF v. FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBBINGHAUS
    MARIAHILFPLATZ 2 Λ 3, MDNCHEN 8O POSTADRESSE: POSTFACH QS O1 6O, D-8OOO MÖNCHEN 05
    HITACHI, LTD. 11. Februar 1977
    DA-12 368
    Germanium enthaltender Sillciumnitridfilm
    PATENTANSPRÜCHE
    l.y Germanium enthaltende!1· Siliciumnitrid-Filia mit einem Germaniumgehalt von 0,5 bis 10 Atom-56, bezogen auf Silicium.
    2. Germanium enthaltender Siliciumnitrid-Film nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß er eine Dicke von 400 Angstrom bis 1 um aufweist.
    3. Germanium enthaltender Siliciumnitrid-Film nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß er eine Zusammensetzung entsprechend der Formel Ge x s4-3_X N4 na-fc» in der x = °»°15 bis 0,3.
    4· Germanium enthaltender Siliciumnitrid-Film nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet , daß er mit einem zweiten, auf ihm abgelagerten Film überzogen ist.
    709833/0693
    ORIGINAL INSPECTED
    5. Germanium enthaltender Siliciumnitrid-Film nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Film ein Siliciumnitrid-Film ist.
    6. Germanium enthaltender Siliciumnitrid-Film nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Verhältnis der Dicke des Siliciumnitrid-Films zu der Sicke des Germanium enthaltenden Siliciumnitrid-Films 1 : 1 his 2 beträgt.
    7. Germanium enthaltender Siliciumnitrid-Film nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Dicke des Siliciumnitrid-Films 500 bis 1000 Angström und die Dicke der Germanium enthaltenden Siliciumnitrid-Films 400 bis 2000 Angström beträgt.
    8. Verwendung eines Germanium enthaltenden Siliciumnitrid-Films nach einem der Ansprüche 1 bis 7 als Schutzfilm oder Isolierfilm in einer Halbleitervorrichtung oder als Maske für die Oxydationsoder Diffusionsstufe bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen.
    709833/0693
DE2705902A 1976-02-13 1977-02-11 Germanium enthaltender Siüciumnitrid-Film Expired DE2705902C3 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1402776A JPS5298473A (en) 1976-02-13 1976-02-13 Thin film material
JP2515076A JPS52109371A (en) 1976-03-10 1976-03-10 Manufacture of semiconductor device

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE2705902A1 true DE2705902A1 (de) 1977-08-18
DE2705902B2 DE2705902B2 (de) 1979-07-12
DE2705902C3 DE2705902C3 (de) 1980-03-20

Family

ID=26349907

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2705902A Expired DE2705902C3 (de) 1976-02-13 1977-02-11 Germanium enthaltender Siüciumnitrid-Film

Country Status (3)

Country Link
US (1) US4126880A (de)
DE (1) DE2705902C3 (de)
NL (1) NL171942C (de)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4631234A (en) * 1985-09-13 1986-12-23 Texas Instruments Incorporated Germanium hardened silicon substrate
US5882961A (en) * 1995-09-11 1999-03-16 Motorola, Inc. Method of manufacturing semiconductor device with reduced charge trapping
JP4441109B2 (ja) * 2000-12-08 2010-03-31 株式会社ルネサステクノロジ 半導体装置の製造方法
US20050287747A1 (en) * 2004-06-29 2005-12-29 International Business Machines Corporation Doped nitride film, doped oxide film and other doped films
US8729635B2 (en) * 2006-01-18 2014-05-20 Macronix International Co., Ltd. Semiconductor device having a high stress material layer

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3558348A (en) * 1968-04-18 1971-01-26 Bell Telephone Labor Inc Dielectric films for semiconductor devices
US3542572A (en) * 1968-06-24 1970-11-24 Corning Glass Works Germania-silica glasses

Also Published As

Publication number Publication date
US4126880A (en) 1978-11-21
DE2705902B2 (de) 1979-07-12
NL171942C (nl) 1983-06-01
NL7613799A (nl) 1977-08-16
NL171942B (nl) 1983-01-03
DE2705902C3 (de) 1980-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69405438T2 (de) Verfahren zur Bildung dielektrischer Oxynitridschichten bei der Herstellung integrierter Schaltungen
DE2623009C2 (de) Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung
DE69232131T2 (de) Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit einer isolierenden Schicht für einen Kondensator
DE69431385T2 (de) Verfahren zur Herstellung von Silizium-Halbleiterplättchen
DE19829309B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines thermischen Oxidfilms auf Siliciumcarbid
DE2605830C3 (de) Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements
DE3587377T2 (de) Verfahren zur herstellung von halbleiteranordnungen unter verwendung von silizium-auf- isolator techniken.
DE2513459A1 (de) Halbleiteranordnung und verfahren zu ihrer herstellung
DE3524274A1 (de) Verfahren zur trennung von halbleiter-bauelementen auf einem siliziumsubstrat
DE19963674A1 (de) Oxynitrid-Gatterdielektrikum und Verfahren zur Formierung
DE69311184T2 (de) Halbleitervorrichtung samt Herstellungsverfahren
DE10123858A1 (de) Verfahren zum Bilden von Silicium-haltigen Dünnschichten durch Atomschicht-Abscheidung mittels SI2CL6 und NH3
EP1410442A1 (de) Elektronisches bauelement und herstellungsverfahren für ein elektronisches bauelement
DE2641752A1 (de) Verfahren zur herstellung eines feldeffekttransistors
DE3346803A1 (de) Halbleitervorrichtung und verfahren zu dessen herstellung
DE3013563C2 (de)
DE2225374B2 (de) Verfahren zum herstellen eines mos-feldeffekttransistors
DE19681430B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements
DE2211709C3 (de) Verfahren zum Dotieren von Halbleitermaterial
DE2705902C3 (de) Germanium enthaltender Siüciumnitrid-Film
DE1917995B2 (de) Verfahren zur bildung eines isolierfilmes und danach hergestelltes halbleiterelement
DE1947334A1 (de) Halbleiterbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung
DE1923035A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterelements mit Passivierfilm
DE3131875A1 (de) "verfahren zum herstellen einer halbleiterstruktur und halbleiterstruktur"
DE19645440A1 (de) Verfahren zur Isolierung der Elemente einer Halbleiter-Vorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
C3 Grant after two publication steps (3rd publication)
8328 Change in the person/name/address of the agent

Free format text: STREHL, P., DIPL.-ING. DIPL.-WIRTSCH.-ING. SCHUEBEL-HOPF, U., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT., PAT.-ANW., 8000 MUENCHEN