DE3340583C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Isolierschicht aus Siliziumdioxid auf einer Siliziumschicht.

Mehrschichtsysteme mit polykristallinen Siliziumstrukturen (Polysilizium), in denen Polysiliziumschichten durch Isolierschichten voneinander getrennt sind, werden in J. Elektrochem. Soc.: Solid-State Science and Technology, Band 126, Nr. 10, Okt. 1979, Seiten 1779 bis 1785 (Barnes et al) sowie Band 127, Nr. 11, Nov. 1980, Seiten 2499 bis 2506 (Sunami et al) beschrieben. Dort werden bei Temperaturen von 700 bis 900°C auszuführende Verfahren zum Differential- Oxidieren von polykristallinen Siliziumschichten diskutiert. Besonders untersucht wird die von der P- Konzentration abhängige Oxidationsgeschwindigkeit des Po­ lysiliziums. Die bei Barnes et al und Sunami et al untersuchten Polysiliziumschichten werden durch chemisches Niederdruckaufdampfen (LPCVD = Low pressure chemical vapor deposition) bei 630°C bzw. 625°C gebildet (vgl. Barnes et al, Seite 1779, rechte Spalte, Zeilen 3 bis 1 von unten; Sunami et al, Seite 2500, linke Spalte, letzter Absatz, Zeilen 1/2.

Das isolierende Dielektrikum, nämlich das Siliziumdioxid, wird in der Praxis entweder durch thermische Oxidation der darunterliegenden Polysiliziumschicht oder durch chemisches Aufdampfen auf die Polysiliziumschicht erzeugt. Das thermisch aufgewachsene Siliziumdioxid wird bevorzugt, weil es sich einfacher herstellen läßt und in größerer Reinheit zu erhalten ist.

Aus J. Electrochem. Soc.: Solid-State Science and Technology, Band 127, Nr. 3, März 1980, Seiten 705 bis 713 (Irene et al) ist es jedoch bekannt (siehe dort die Zu­ sammenfassung, Satz 1), daß die isolierenden Eigenschaften von thermisch auf einer Polysiliziumschicht aufgewachsenem Siliziumdioxid schlechter sind als diejenigen von auf einkristallinem Silizium thermisch aufgewachsenem Siliziumdioxid. Die auf Polysilizium aufgewachsenen Oxide besitzen eine niedrigere Isolierstärke (Durchschlagfestigkeit gegenüber einem elektrischen Feld) und einen höheren Leckstrom bei gegebenem elektrischen Feld. Diese Erscheinungen werden auf die Oberflächenrauhigkeit der Grenzschicht Polysilizium/Siliziumdioxid zurückgeführt. Die Rauhigkeit selbst rührt von der Körnigkeit des Poly­ siliziums und der sich daraus ergebenden Textur der Poly­ siliziumoberfläche her. Die Oberflächenrauhigkeit hat eine die Elektronen-Injektion in das Oxid verstärkende Schwankung des örtlich elektrischen Feldes an die Grenzfläche Silizium/Siliziumdioxid zur Folge.

Nach der nicht vorveröffentlichten US-PS 44 79 831 (vgl. z. B. die Zusammenfassung) wird durch Niederschlagen von Silizium aus einer Silizium enthaltenden Atmosphäre auf ein Substrat mit einer Temperatur von weniger als 580°C (siehe dort Spalte 2, Zeile 46) eine amorphe Silizium­ schicht mit extrem glatter Oberfläche gebildet. Durch Tempern bzw. Anlassen dieses amorphen Siliziumfilms bei einer Temperatur zwischen 800 und 1000°C (siehe dort Anspruch 6) erfolgt die Umwandlung aus dem amorphen Zustand in den polykristallinen Zustand. Die Korngröße im polykristallinen Zustand beträgt durchschnittlich etwa 0,05 µm. Das überraschende Ergebnis dieses Verfahrens ist es, daß die Oberfläche des Polysiliziums extrem glatt bleibt, obwohl die Korngrößen in der ursprünglich im amorphen Zustand niedergeschlagenen Polysiliziumschicht beträchtlich größer sind als in einer von vornherein im polykristallinen Zustand gebildeten Siliziumschicht.

Daß beim chemischen Abscheiden von Silizium ursprünglich amorphe Siliziumschichten entstehen, ist auch aus Irene et al (vgl. den Satz am Übergang von Seite 705/706) und aus J. Electrochem. Soc.: Solid-State Science and Technology, Band 125, Nr. 6, Juni 1978, Seiten 927 bis 932 (Kamins et al; siehe dort Seite 928, rechte Spalte, Abs. 4) bekannt.

In der US-PS 43 58 326 wird ein Temperverfahren zum Vermindern von Mikrorissen und Mikrolöchern bei der Bildung von polykristallinen Strukturen aus ursprünglich amorphen Siliziumschichten beschrieben. Dabei wird amorphes Silizium auf thermisch gewachsenem oder chemisch abgeschiedenem Siliziumoxid niedergeschlagen. Diese amorphe Silizum­ schicht wird auf etwa 800°C erhitzt, so daß das amorphe Silizium in Polysilizium übergeht (siehe dort Anspruch 1 und 2). Schließlich wird in der US-PS 39 00 345 ein Verfahren zum Abscheiden einer dünnen "poly­ kristallinen, amorphen" Schicht auf einem Substrat angegeben. Diese polykristalline amorphe Materialschicht wird durch Tempern in einkristallines Material umgewandelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein durch Oxidieren von Silizium gebildetes Siliziumdioxid mit hoher elektrischer Durchschlagkraft und niedrigem Leckstrom zu schaffen. Die erfindungsgemäße Lösung wird im Patentanspruch 1 beschrieben. Verbesserungen und weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Isolierschicht aus Siliziumdioxid wird zunächst eine amorphe Silizium­ schicht bei einer Temperatur von weniger als etwa 580°C auf ein Substrat abgeschieden und dann oxidiert. Durch das Verfahren wird ein Halbleiterbauelement mit einer, vorzugsweise zu musternden, polykristallinen Siliziumschicht und darauf liegender Siliziumdioxid-Schicht geschaffen. Das Oxidieren erfolgt in einer trockenen Sauerstoff-Atmosphäre bei einer Temperatur zwischen 900 und 1100°C. Eine nach dem Verfahren hergestellte Siliziumdioxid-Schicht besitzt bei einer angelegten Feldstärke von etwa 3×10⁶ V/cm eine Leckstromdichte von weniger als etwa 10^-6 A/cm².

Anhand der schematischen Darstellung in der beiliegenden Zeichnung werden Einzelheiten der Erfindung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Halb­ leiterbauelement, mit einer Isolierschicht aus Siliziumdioxid;

Fig. 2 ein Meßschema und eine Versuchsapparatur zum Messen der Eigenschaften der Silizium­ dioxid-Schicht; und

Fig. 3 und 4 graphisch tabellarische Darstellungen der Durch­ bruchspannung von auf amorphem Silizium und polykristallinem Silizium gebildetem Siliziumdioxid.

In Fig. 1 wird ein Teil eines Halbleiterbauelements 10 mit darauf befindlicher Gate-Struktur dargestellt, welche typisch ist für ladungsgekoppelte Vorrichtungen. Zum Bau­ element 10 gehört ein einkristalliner Siliziumkörper 12 mit einer Hauptfläche 14. Auf dieser befindet sich ein durch thermisches Oxidieren des Siliziumskörpers 12 gebildetes Gate-Oxid 16. Auf dem Gate-Oxid 16 liegt eine Gate- Struktur, die aus mehreren Gruppen von jeweils drei verschiedenen Gates 18, 20 und 22 in einer Mehr-Niveau-Struktur besteht. Die einzelnen Gates 18, 20 und 22 werden jedes gegenüber jedem durch ein Dielektrikum 24 aus Siliziumdioxid elektrisch isoliert.

Früher bestanden die Gates 18, 20, 22 normalerweise aus Polysilizium, welches von vornherein im polykristallinen Zustand durch ein chemisches Niederdruckaufdampfen aus einer Silizium und einen Dotierstoff, vorzugsweise Phosphor, enthaltenden Atmosphäre bei einer Temperatur von 620°C oder mehr, gebildet war. Die dielektrische Isolation zwischen den Gates wurde durch Erhitzen der Polysilizium­ schicht in einer trockenen Sauerstoff-Atmosphäre bei einer Temperatur zwischen etwa 900 und 1100°C erzeugt. Es konnte auch in Dampf bei einer Temperatur zwischen etwa 800 und 900°C oxidiert werden. Der oxidierenden Atmosphäre wurden typisch etwa 3 Vol.-% gasförmigen Chlorwasserstoffs (HCl) beigefügt.

Demgegenüber wird erfindungsgemäß zunächst amorphes Silizium niedergeschlagen. Dazu wird typischerweise ein chemisches Niederdruckaufdampfverfahren ausgehend von einer Silizium in Form von in Stickstoff gelöstem Silan enthaltenden Atmosphäre eingesetzt. Es kommen jedoch auch andere Verfahren zum Niederschlagen des amorphen Siliziums in Frage. Die Temperatur des Substrats wird auf weniger als 580°C, typisch zwischen etwa 550 und 575, vorzugsweise auf etwa 560°C, eingestellt. Anschließend wird die amorphe Siliziumschicht durch Tempern bei einer Temperatur von mehr als etwa 600°C, vorzugsweise zwischen etwa 900 und 1000°C, in dem polykristallinen Zustand umgewandelt. Als Unterlage zum Aufwachsen des amorphen Siliziums wird vorzugsweise ein aus einem einkristallinen Siliziumkörper bestehendes Substrat verwendet, auf dem eine Gate-Oxid­ schicht liegt.

Die amorphe Siliziumschicht kann mit einem Leitfähigkeits­ modifizierer, typisch Phosphor, dotiert werden, indem der Silizium enthaltenden Atmosphäre beim Abscheiden eine Phosphor-haltige Verbindung beigefügt wird. Es wird jedoch bevorzugt, das amorphe Silizium erst in einem nach dem Abscheiden folgenden Schritt zu dotieren, da die Oberfläche der entstehenden dotierten Siliziumschicht dann glatter wird, als wenn das Dotieren zugleich mit dem Abscheiden der amorphen Siliziumschicht erfolgt.

Die bereits gebildete amorphe Siliziumschicht kann in bekannter Weise durch Ionen-Implantation oder durch Diffusion aus einer den Dotierstoff enthaltenden Atmosphäre dotiert werden. Bei Diffusionsdotieren kann eine POCl₃ enthaltende Atmosphäre eingesetzt werden; die amorphe Siliziumschicht ist dabei auf eine Temperatur zwischen etwa 800 und 1100°C zu erhitzen. Bei Ionen-Implantation wird der Dotierstoff durch den nachfolgenden Oxidations- Schritt aktiviert.

Eine mit Phosphor dotierte amorphe Siliziumschicht kann durch Tempern in einer etwa 0,5% Sauerstoff enthaltenden Stickstoff-Atmosphäre bei einer Temperatur zwischen etwa 850 und 1000°C in polykristallines Silizium umgewandelt werden. Durch den geringen Sauerstoffanteil wird eine dünne Glasschicht auf der Oberfläche erzeugt, welche das Austreten von Phosphor und das Entstehen eines Nitrids auf der Oberfläche verhindert. Durch Diffusionsdotieren der amorphen Siliziumschicht in der POCl₃-Atmosphäre wird ebenfalls eine dünne Glasschicht auf der Oberfläche der Schicht gebildet. In jedem Fall wird die Glasschicht normalerweise zwischen 2 und 10 nm dick und stark mit Phosphor dotiert. Dieses Glas ist kein zum Isolieren brauchbares Dielektrikum und wird vor dem Bilden einer Silizium- Isolierschicht durch Ätzen wieder abgetragen.

Wenn das Dotieren der Schicht während des Abscheidens oder durch Ionen-Implantation erfolgte, befindet sich die Siliziumschicht an diesem Punkt des Verfahrens im amorphen Zustand. Wenn die Schicht jedoch im Anschluß an das Niederschlagen durch Diffusion dotiert war, genügte das Erhitzen während des Dotierens zum Umwandeln der Schicht in den polykristallinen Zustand beim Einsetzen des Dotierschritts. Auch der unten beschriebene Verfah­ rensschritt zum thermischen Oxidieren genügt, die nieder­ geschlagene Schicht aus dem amorphen in den polykristallinen Zustand überzuführen.

Obwohl die amorphe Siliziumschicht unmittelbar zu Beginn entweder des Dotierens oder Oxidierens in den polykristallinen Zustand übergeführt wird, zeigt die darauf aufgebrachte Siliziumdioxid-Schicht eine überraschend größere dielektrische Durchschlagkraft sowie kleineren Leckstrom als in Siliziumdioxid-Schichten, die auf ursprünglich im polykristallinen Zustand gebildeten Polysilizium­ schichten erzeugt wurden.

Vor dem Oxidieren wird die niedergeschlagene Silizium­ schicht typisch in der gewünschten Konfiguration, z. B. mit einer oder mehreren Elektroden, gemustert. Das Mustern kann durch Entfernen eines Teils der Siliziumschicht unter Verwendung normaler Lithographie- und Ätz­ techniken erfolgen.

Die im amorphen oder polykristallinen Zustand befindliche Siliziumschicht wird durch Erhitzen in einer - wie oben angegeben - trockenen Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre oxidiert. Die Verwendung einer trockenen Sauerstoff- Atmosphäre wird bevorzugt.

Die Siliziumdioxid-Schicht wird wenigstens etwa 10 nm dick, typisch mehr als etwa 15 nm dick, insbesondere dicker als etwa 25 nm, gemacht.

Das hergestellte Siliziumdioxid wurde in einer in Fig. 2 schematisch dargestellten Versuchsapparatur geprüft.

Zu einer für den Versuch vorgesehenen Probe gehören ein Körper 40 aus einkristallinem Silizium mit einer Haupt­ fläche 42 und darauf befindlichem Gate-Oxid 44, welches mit 0,3 Mikrometern Dicke einen Teil der Hauptfläche 42 bedeckt. Auf dem Gate-Oxid 44 und einem Teil der Hauptfläche 42 des einkristallinen Siliziumkörpers 40 liegt eine als Phosphor-dotierte Siliziumschicht erfindungsgemäß niedergeschlagene Gate-Elektrode 46. Der Einfachheit halber war die Gate-Elektrode 46 bei dem Versuch nicht gemustert. Auf der Gate-Elektrode 46 liegt eine erfindungs­ gemäß hergestellte Siliziumdioxid-Schicht 48. Auf der Siliziumdioxid-Schicht 48 liegen mehrere Testelektroden 50. Jedes Testelektrode 50 besteht aus einer Schicht von 1 mm Durchmesser aus n-dotiertem polykristallinem Silizium und einem Aluminiumkontakt der polykristallinen Siliziumschicht. Die Test-Elektroden 50 bilden daher Test-Kondensatoren auf der Probe.

Zu der Meßapparatur gehören eine Spannungsquelle 60, ein strombegrenzender Reihenwiderstand 62 und eine Sonde 64, die als elektrische Verbindung zu einer der Test-Elektroden 50 dient. Elektrischer Strom fließt von der Spannungsquelle 60 durch den strombegrenzenden Widerstand 62, die Sonde 64, die Probe und ein Ampèremeter 66 zum Erdpotential. Zum Messen des Spannungsabfalls an der Probe dient ein parallel zur Probe geschaltetes Voltmeter 68.

Von der Spannungsquelle 60 kannn die Test-Elektrode 50 entweder mit positiver oder negativer Spannung beaufschlagt werden. Die Durchbruchspannung und der Leckstrom für jeden Test-Kondensator werden getrennt gemessen jeweils sowohl für positive als auch negative Spannung an der Test-Elektrode. Da der elektrische Stromfluß durch einen Test-Kondensator in erster Linie von der Elektronen- Injektion in das Siliziumdioxid aus dem Gate oder der Test-Elektrode abhängt, liefert der Vergleich der Ergebnisse der verschiedenen Spannungspolaritäten ein Maß für die Qualität der Grenzschicht zwischen Gate-Elektrode und darauf liegender Siliziumdioxid-Schicht.

Anhand der folgenden Versuchsbeispiele werden weitere Einzel­ heiten der Erfindung beschrieben.

Beispiel 1

Es wurden drei Versuchs-Proben durch thermisches Oxidieren in einer trockenen Sauerstoff-Atmosphäre hergestellt. Jede Probe besaß - wie oben beschrieben - eine gemeinsame Gate-Elektrode und mehrere Test-Elektroden. Probe I war eine nach der chemischen Niederdruck-Aufdampftechnik aus einer Silan-Atmosphäre auf ein Gate-Oxid bei einer Temperatur von 560°C niedergeschlagene amorphe Silizium­ schicht. Diese wurde anschließend durch Diffusion aus einer POCl₃-Atmosphäre bei 950°C 15 Minuten lang durch Diffusion mit Phosphor dotiert. Bei der letztgenannten Behandlung wurde das Silizium zugleich in den polykristallinen Zustand mit einem spezifischen Flächenwiderstand von 16 Ohm/Quadrat übergeführt. Anschließend wurde die Schicht in einer 3% HCl enthaltenden trockenen Sauerstoff­ atmosphäre 1 Stunde lang auf 1000°C erhitzt. Hierbei bildete sich eine 108 nm dicke Schicht aus Siliziumdioxid auf der Siliziumschicht.

Auf der Siliziumdioxid-Schicht wurden aus einer Zusatzschicht mehrere Test-Elektroden in folgenden Verfahrensschritten hergestellt:

• a) Niederschlagen einer Polysiliziumschicht mit etwa 700 nm Dicke auf dem Oxid;
• b) Dotieren des Polysiliziums durch Diffusion von Phosphor aus einer POCl₃-Quelle;
• c) Begrenzen von Polysilizium-Flecken unter Verwendung normaler Photolack- und chemischer Ätzverfahren;
• d) Beschichten der gesamten Oberfläche einschließlich beider Polysilizium-Flecken und des freiliegenden Si­ liziumdioxids mit Aluminium; und
• e) Begrenzen von Aluminium-Flecken auf den Polysilizium- Flecken mit kleinerem Durchmesser als letztere unter Verwendung normaler Photolack- und chemischer Ätz- Techniken.

Eine Probe II wurde im wesentlichen nach demselben Verfahren wie die Probe I hergestellt, die amorphe Silizium­ schicht wurde jedoch bei 560°C aus einer Silan und Phosphor­ wasserstoff enthaltenden Atmosphäre niedergeschlagen, so daß die Verfahrensschritte zum Herstellen und Dotieren der amorphen Siliziumschicht kombiniert waren. Die amorphe Siliziumschicht besaß hierbei einen spezifischen Flächenwiderstand von 1 Ohm/Quadrat. Die darauf wie bei Probe I gebildete Siliziumdioxid-Schicht erreichte eine Dicke von 130 nm. Die Test-Elektroden wurden ebenso, wie bei Probe I beschrieben, auf der Siliziumdioxid-Schicht gebildet.

Als Vergleichsbeispiel wurde eine Probe III durch Niederschlagen aus einer Silan enthaltenden Atmosphäre bei 620°C gebildet. Die entstandene Schicht wurde 15 Minuten lang bei 950°C aus einer POCl₃-Atmosphäre dotiert, so daß eine herkömmliche Polysiliziumschicht entstand. Auf dieser wurde wie bei Probe I eine Siliziumdioxid-Schicht von 95 nm Dicke und einem spezifischen Flächenwiderstand von 18 Ohm/Quadrat erzeugt. Die Test-Elektroden wurden ebenso wie bei Probe I hergestellt.

In den Fig. 3a, b und c werden graphisch-tabellarische Darstellungen der Prozentanteile von Proben I, II und III zusammengestellt, bei denen in einem vorgegebenen Bereich von an die Test-Elektrode angelegten positiven (+) und negativen (-) Spannungen zerstörende elektrische Durchbrüche auftraten.

Aus den Figuren ergibt sich, daß das auf einer im amorphen Zustand niedergeschlagenen Siliziumschicht gebildete Siliziumdioxid unabhängig davon, ob bei Beginn der Oxidation der amorphe oder polykristalline Zustand vorlag, im Mittel Durchbruchsfelder besitzt, die um den Faktor 2 höher sind als diejenigen von Siliziumdioxid, welches auf ursprünglich im polykristallinen Zustand gebildetem Silizium erzeugt war.

Bei der Spannung in Sperrichtung tritt Elektronen-Injektion aus der Test-Elektrode auf. Da die Rauhigkeit der Grenzfläche zwischen Gate und Siliziumdioxid beim Aufwachsen des Oxids teilweise verschwindet, wird die Grenzfläche zwischen Test-Elektrode und Oxid glatter als die Grenzfläche zwischen Gate- und Siliziumdioxid. In diesem Fall ist der Unterschied zwischen den Proben mit ursprünglich amorph niedergeschlagenen Schichten und ursprünglich polykristallin niedergeschlagenen Schichten nicht groß; es wird auch ein geringerer Anstieg der Durchbruchspannung beobachtet.

Die Probe I besitzt für beide Prioritäten der angelegten Spannung eine höhere mittlere Durchbruchspannung als die Probe II. Aus diesem Grunde wird das aufeinanderfolgende Herstellen und Dotieren der amorphen Siliziumschicht dem gleichzeitigen Abscheiden und Dotieren der Schicht vorgezogen. Das Ergebnis ist jedoch überraschend, da die Umwandlung des amorphen Siliziums in den polykristallinen Zustand bereits beim Einsetzen des Dotierschritts erfolgt. Die Dotierstoff-Atome treten dann vorzugsweise an den Korngrenzen in das Polysilizium ein und die nachfolgende Oxidation tritt wegen des Überschusses an Dotierstoff bevorzugt an diesen Grenzen auf. Hiernach sollte erwartet werden, daß eine vermehrt gerauhte Siliziumober­ fläche entsteht.

Vergleichsbeispiel 2

Es wurden drei Versuchs-Proben, jede mit gemeinsamer Gate- Elektrode und mehreren Test-Elektroden, wie oben beschrieben, durch thermisches Oxidieren eines Teils der Gate- Elektrode in einer Dampfatmosphäre hergestellt. Probe IV enthielt eine aus amorphem Silizium bestehende Gate- Elektrode, die wie Probe I von Beispiel 1 gebildet und dotiert war und einen spezifischen Flächenwiderstand von etwa 19 Ohm/Quadrat besaß. Die in der Dampfatmosphäre gebildete Siliziumdioxid-Schicht war 175 nm dick. Probe V wurde im wesentlichen wie Probe IV hergestellt, die amorphe Siliziumschicht wurde jedoch wie im Fall der Probe II von Beispiel 1 im selben Verfahrensschritt niedergeschlagen und dotiert. Der spezifische Flächenwiderstand der Siliziumschicht betrug 10 Ohm/Quadrat. Das in der Dampfatmosphäre gebildete Siliziumdioxid hatte eine Dicke von 161 nm. Probe VI war eine Vergleichsprobe entsprechend Probe III von Beispiel I; d. h. es wurde eine Silizium­ schicht im ursprünglich polykristallinen Zustand bei 620°C und anschließendem Dotieren bei 950°C 15 Minuten lang in einer POCl₃-Atmosphäre niedergeschlagen. Der spezifische Flächenwiderstand dieser polykristallinen Schicht betrug 15 Ohm/Quadrat. Das in der Dampfatmosphäre bei 850°C gebildete Siliziumdioxid war 200 nm dick.

In den Fig. 4a, b und c werden graphisch-tabellarische Darstellungen der Prozentanteile der Proben IV, V und VI mit Durchbruchsfeldern in einem vorgegebenen an die Test-Elektrode angelegten Bereich von positiven und negativen Spannungen gezeigt. Für positive Test-Spannungen an den Test-Elektroden wird ein kleiner - in der Größenordnung von 25 bis 50% - Anstieg des Durchbruchsfelds beobachtet. Für eine negative Test-Spannung an der Test- Elektrode wird ein ähnlicher Anstieg im Durchbruchsfeld beobachtet.

Ein Vergleich dieser Durchbruchsfelder mit denjenigen der Proben I, II und III zeigt, daß das Durchbruchsfeld für jede Probenart konsequent höher ist, wenn die thermische Oxidation in einer trockenen Sauerstoff-Atmosphäre und nicht in einer Dampfatmosphäre ausgeführt wird.

Beispiel 3

Die Leckstromdichten wurden an vier unterschiedlichen Proben mit einem konstanten angelegten elektrischen Feld von 3×10⁶ V/cm gemessen. Die Ergebnisse werden in der nachstehenden Tabelle zusammengestellt.

Probe A wurde durch Niederschlagen im amorphen Zustand, Dotieren und Oxidieren in trockenem Sauerstoff wie im Fall von Probe I hergestellt. Die Oxid-Dicke betrug 160 nm. Probe B wurde durch Niederschlagen im polykristallinen Zustand, Dotieren und Oxidieren in trockenem Sauerstoff wie im Fall von Probe III gebildet. Die Oxid-Dicke betrug 130 nm. Probe C wurde durch Niederschlagen im amorphen Zustand, Dotieren und Oxidieren im Dampf wie im Fall von Beispiel IV gebildet. Die Oxid-Dicke betrug 116 nm. Probe D wurde im polykristallinen Zustand niedergeschlagen, dotiert und in Dampf oxidiert wie im Fall von Probe VI. Die Oxid-Dicke betrugt 80 nm.

Aus der Tabelle ergibt sich, daß erfindungsgemäß hergestellte Siliziumdioxid-Schichten, d. h. Isolierschichten, die durch Oxidation in trockenem Sauerstoff von im ur­ sprünglich amorphen Zustand niedergeschlagenem Silizium erzeugt waren, Leckströme aufweisen, die mehr als drei Größenordnungen kleiner sind als diejenigen von nach bekannten Verfahren hergestellten Siliziumdioxid-Schichten.

Claims (12)

1. Verfahren zum Herstellen einer Isolierschicht aus Si­ liziumdioxid auf einer Siliziumschicht, bei dem bei einer Temperatur unter etwa 580°C eine amorphe Sili­ ziumschicht auf einem Substrat abgeschieden wird und dann ein Teil der abgeschiedenen Siliziumschicht (18, 20, 22, 46) zum Bilden der Isolierschicht (24, 48) durch Erhitzen der Siliziumschicht auf eine Temperatur zwischen 900 und 1100°C in trockener Sauerstoff­ atmosphäre oxidiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die amorphe Siliziumschicht (18, 20, 22, 46) nach dem Abscheiden und vor dem Oxidieren dotiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in einem Verfahrensschritt kombiniert das Abscheiden einer dotierten amorphen Siliziumschicht (18, 20, 22, 46) erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem als Dotierstoff Phosphor verwendet wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die amorphe Siliziumschicht (18, 20, 22, 46) bei einer Temperatur zwischen 550 und 575°C abgeschieden wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die amorphe Siliziumschicht (18, 20, 22, 46) bei etwa 560°C abgeschieden wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die amorphe Siliziumschicht (18, 20, 22, 46) bei einer Temperatur zwischen 950 und 1050°C oxidiert wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 zum Herstellen eines Halbleiterbauelements mit einer polykristallinen Siliziumschicht und darauf liegender Siliziumdioxidschicht, bei dem auf die Siliziumdioxidschicht (48) eine Zusatzschicht (50) jeweils passenden Materials für Elektroden aufgebracht wird, wobei die zwischen der Siliziumschicht und der Zusatzschicht eingeschlossene Siliziumdioxid­ schicht dünner als 20 nm (Nanometer) gemacht wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die amorphe Siliziumdioxidschicht (18, 20, 22, 46) durch Tempern bei einer Temperatur von mehr als etwa 600°C, vorzugsweise zwischen etwa 900 und 1000°C, in den polykristallinen Zustand umgewandelt wird.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, bei dem als Unterlage zum Aufwachsen des amorphen Siliziums (18, 20, 22, 46) ein aus einem einkristallinen Siliziumkörper (12) bestehendes Substrat mit darauf liegender Gate-Oxidschicht (16) verwendet wird.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, bei dem eine mit Phosphor dotierte, amorphe Siliziumschicht (18, 20, 22, 46) durch Tempern in einer etwa 0,5% Sauerstoff enthaltenden Stickstoff-Atmosphäre bei einer Temperatur zwischen etwa 850 und 1000°C in polykristallines Silizium umgewandelt wird.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, bei dem eine beim Diffusionsdotieren der amorphen Siliziumschicht (18, 20, 22, 46) in einer POCl₃-Atmosphäre gebildete dünne Glasschicht auf der Oberfläche des Siliziums vor dem Bilden einer Silizium-Isolierschicht durch Ätzen abgetragen wird.