DE3608418C2 - - Google Patents
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Description
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines MOSFET-Gate
isolatorfilms
durch Ausbilden eines SiO2-Films durch ther
mische Oxidation.
Bezüglich eines Verfahrens zur Herstellung
eines Gateisolatorfilms auf einem 200 V-Wechselstrom-Phototriac mit Null
durchgang kann die lokale Oxidation eines mit Sauerstoff dotierten poly
kristallinen Siliciumfilms zur Bildung eines MOS-IC-Gateisolatorfilms als
äquivalente Technik angesehen werden. Wie in der Fig. 2 dargestellt ist, umfaßt das lokale
Oxidationsverfahren die Diffusion eines Siliciumplättchens 10, die Entfernung
des gesamten SiO2-Films von der Halbleitersubstratoberfläche, die Abscheidung
eines mit Sauerstoff dotierten, polykristallinen Siliciumfilms 11 und die an
schließende Abscheidung eines durch ein chemisches Aufdampfverfahren gebil
deten SiO2-Films 12 (nachfolgend auch abgekürzt als CVD-SiO2-Film bezeich
net), selektives Entfernen des CVD-SiO2-Films 12 durch Photoätzen und Naßät
zen und thermische Oxidation des mit Sauerstoff dotierten, polykristallinen Si
liciumfilms 11 auf jenem Oberflächenbereich, von dem der CVD-SiO2-Film 12
entfernt worden ist. Der als MOS-Gateisolatorfilm (der mit der Bezugsziffer 13 be
zeichnet ist) verwendete SiO2-Film 12 wird mit Hilfe dieses Verfahrens gebildet.
Dabei verbleibt der mit Sauerstoff dotierte, polykristalline Siliciumfilm in je
nen Bereichen, in denen der CVD-SiO2-Film 12 nicht entfernt worden ist, wegen
der Dicke des CVD-SiO2-Films 12 in nichtoxidiertem Zustand. Daher bleibt der
Passievierungseffekt erhalten.
Bei dem oben angesprochenen herkömmlichen Verfahren gemäß dem der mit
Sauerstoff dotierte, polykristalline Siliciumfilm 11 nach seiner Abscheidung
thermisch oxidiert wird, ändert sich die Korngröße des Siliciums in dem mit Sau
erstoff dotierten, polykristallinen Siliciumfilm 11 während der Oxidation bei
der angewandten hohen Temperatur (von 1100°C oder mehr), was zu einer Verrin
gerung des Passivierungseffektes und zu einem erhöhten Leckstrom in dem P-N-
Übergang führt. Demzufolge sind die zulässigen Gate-Oxidationstemperaturen
und -zeiten auf unterhalb 1100°C und weniger als 30 Minuten beschränkt, was die
Dicke des Oxidfilms auf maximal 200 bis 300 nm begrenzt.
Die begrenzte Oxidfilmdicke ist eine fatale Beschränkung bei der Herstellung von
MOSFET-Transistoren, die eine hohe Gateisolations-Durchschlagsspannungs
festigkeit aufweisen müssen.
Aus der DE-OS 25 47 304 ist ein Verfahren zur Herstellung eines MOSFET-Gateiso
latorfilms bekannt, gemäß dem mit Hilfe eines chemischen Aufdampfverfah
rens auf ein Halbleitersubstrat eine mit Sauerstoff dotierte, halbleitende, poly
kristalline Siliciumschicht, darauf eine zweite polykristalline Silicium
schicht, bei der es sich auch um eine Siliciumnitridschicht handeln kann, und
darauf eine Siliciumdioxidschicht abgeschieden werden. Diese Schichten wer
den in dem als Gate-Bereich vorgesehenen MOSFET-Bereich geätzt, wonach mit
Hilfe des thermischen Oxidationsverfahrens ein Gateisolatorfilm aufgebracht
wird.
Die DE-AS 26 05 830 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter
bauelementes, gemäß dem auf ein Halbleitersubstrat eine sauerstoffdotierte, po
lykristalline Siliciumschicht, eine Siliciumnitridschicht und eine Siliciumdi
oxidschicht aufgebracht werden. Im Gate-Bereich werden diese Schichten geätzt,
wonach durch thermische Oxidation ein Gateisolatorfilm aufgebracht wird, der in
die bereits vorhandene Siliciumdioxidschicht übergeht.
Aus der US-PS 41 76 372 ist es bekannt, daß der Leckstrom von Transistoren vom
Sauerstoffgehalt der polykristallinen Schicht abhängt und die Qualität der Pas
sivierung und damit die Durchschlagsspannungsfestigkeit von der Dicke der
Oxidschicht abhängen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin,
die Herstellung von
MOSFET-Transistoren zu ermöglichen, die eine hohe Gateisolations-Durch
schlagsspannungsfestigkeit aufweisen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfah
rens gemäß Patentanspruch.
Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Gateisolator-Oxidfilm vor
der Erzeugung des mit Sauerstoff dotierten, halbleitenden, polykristallinen Sili
ciumfilms gebildet wird, kann der isolierende Oxidfilm in der gewünschten Dicke
ausgebildet werden. Der CVD-SiO2-Film ergibt die elektrische Isolation gegen
über den Elektroden, wobei der Siliciumnitridfilm den CVD-SiO2-Film von dem
durch thermische Oxidation gebildeten SiO2-Film trennt.
Eine Ausführungsform der Erfindung sei im folgenden unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt
Fig. 1 den Verfahrensablauf einer Ausführungsform der vor
liegenden Erfindung;
Fig. 2 den Verfahrensablauf einer herkömmlichen Herstel
lungsmethode;
Fig. 3 eine Schnittansicht eines mit Hilfe des erfindungsge
mäßen Verfahrens hergestellten Clips; und
Fig. 4 ein dem in der Fig. 3 dargestellten Chip
entsprechendes Schaltungs
diagramm.
Bei der Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Fig. 1
werden in einem n-Halbleitersubstrat 1
durch Diffusion ein p-Wannenbereich 2, ein n-Source
bereich 3 und ein n-Drainbereich 4 erzeugt. Nach der Dif
fusion wird der SiO2-Film 5 durch selektives Ätzen von dem
MOSFET-Bereich entfernt. Anschließend wird durch thermische
Oxidation ein SiO2-Film 6 (Dicke etwa 1,2 µm) als Gateiso
latorfilm erzeugt, worauf der SiO2-Film 6 von jedem Ober
flächenbereich, der von dem MOSFET-Bereich verschieden ist,
durch selektives Ätzen entfernt wird. Anschließend wird mit
Hilfe eines chemischen Aufdampfverfahrens ein mit Sauer
stoff dotierter, halbleitender, polykristalliner Silicium
film 7 (Sauerstoffkonzentration etwa 15 bis 35 atm-%, Dicke et
wa 200 nm als Schutzfilm unter vermindertem Druck
erzeugt. Der polykristalline Siliciumfilm 7 wird selektiv
durch CF4-Gasplasmaätzen von dem MOSFET-Bereich entfernt.
Da die Ätzgeschwindigkeit des mit Sauerstoff dotierten,
halbleitenden, polykristallinen Siliciums 7 im Vergleich
zu jener des SiO2-Films (Gateisolatorfilm) 6 ausreichend
hoch ist, ist die Dickenverminderung des SiO2-Grundfilms 6
durch mögliches Überätzen vernachlässigbar gering, wenn die
Ätzmaßnahme mit Hilfe eines optischen Sensors
gesteuert wird.
Bei
spielsweise beträgt bei einer Dicke von etwa 1,2 µm die Gateisola
tions-Durchbruchspannung etwa 900 V.
Anschließend wird ein Siliciumnitridfilm 8 (Dicke etwa 100 nm)
mit Hilfe eines chemischen Aufdampfverfahrens un
ter vermindertem Druck abgeschieden. Anschließend wird ein
CVD-SiO2-Film 9 gebildet, um einen Isolationsdurchschlag
über Drahtelektroden zu verhindern. Der Siliciumnitridfilm
8 trennt den CVD-SiO2-Film 9 elektrisch von dem durch ther
mische Oxidation gebildeten SiO2-Film (Gateisolatorfilm) 6
und schützt auch jene Bereiche, die von dem MOSFET-Bereich
verschieden sind. Der CVD-SiO2-Film 9 wird dann durch Pho
toätzen und Naßätzen (unter Verwendung eines sogenannten
Pufferätzmittels HF : NH4F = 1 : 4) von dem MOSFET-Bereich
entfernt. Da die Ätzgeschwindigkeit des Siliciumnitrid-
Grundfilms 8 extrem gering ist (etwa 1,5 nm/min) ist die
Dickenverminderung vernachlässigbar gering. Der Silicium
nitridfilm 8 wird durch Plasmaätzen entfernt. Erneut ist
die Dickenverminderung des durch thermische Oxidation ge
bildeten SiO2-Grundfilms 6 wegen seiner geringen Ätzge
schwindigkeit vernachlässigbar gering.
Somit ist es mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens
ohne weiteres möglich, die Dickenverminderung des durch
thermische Oxidation gebildeten SiO2-Grundfilms 6 bei den
beiden Plasmaätzvorgängen auf insgesamt etwa 5% seiner ge
samten Dicke zu begrenzen. Die thermische Behandlung (T
etwa 1000°) und die Maßnahmen zur Bildung der Elektroden,
die nach dem oben beschriebenen Verfahren durchgeführt
werden, sind gut bekannt, so daß hierauf nicht näher ein
gegangen werden muß. Der Gateisolatorfilm kann einen zwei
schichtigen Aufbau aus dem durch die thermische Oxidation
gebildeten SiO2-Film 6 und dem Siliciumnitridfilm 8 aufwei
sen. In diesem Fall wird der Siliciumnitridfilm 8 nicht
von dem MOSFET-Bereich entfernt und wird als Teil des Gate
isolatorfilms verwendet. Bei diesen Ausführungsformen wird
der mit Sauerstoff dotierte, halbleitende, polykristalline
Siliciumfilm in Form einer einzigen Schicht als Schutz
schicht 7 unter dem Siliciumnitridfilm 8 verwendet. Alter
nativ kann der Schutzfilm 7
auch einen mehrschichtigen Aufbau aufweisen unter Verwen
dung von Polysiliciumfilmen.
Zur weiteren Erläuterung ist in der Fig. 3 ein Phototriac-
Chip mit Nulldurchgang gezeigt, der mit Hilfe des oben be
schriebenen Verfahrens hergestellt worden ist, während die
Fig. 4 die ihm entsprechend Schaltung wiedergibt. Die in
der Fig. 3 in Klammern angegebenen Bezugsziffern entspre
chen jenen der Fig. 1. Die Bezugsziffern der Fig. 4 stim
men mit jenen der Fig. 3 überein.
Die Fig. 3 zeigt ein Halbleitersubstrat des n-Typs 21(1)
mit einem Widerstandsdiffusionsbereich R GK 22, einen durch
Diffusion erzeugten p-Gatebereich 23, einen durch Diffu
sion erzeugten Kathodenbereich 24, einen durch Diffusion
erzeugten Anodenbereich 25, einen durch Diffusion erzeug
ten p-Wannenbereich 26(2), einen durch Diffusion erzeugten
Source-Bereich 27(3), einen durch Diffusion erzeugten
Drain-Bereich 28(4), einen MOS-Gateisolatorfilm (durch
thermische Oxidation, erzeugter SiO2-Film) 29(6), einen mit
Sauerstoff dotierten, halbleitenden, polykristallinen Sili
ciumfilm 30(7), einen Siliciumnitridfilm 31(8), einen CVD-
SiO2-Film 32(9), eine MOS-Gateelektrode 33, eine Drainelek
trode 34, eine Sourceelektrode 35, eine Anodenelektrode
(T2-Elektrode) 36, eine Kathodenelektrode (T1-Elektrode) 37
und eine MOS-Gateverdrahtung 38.
Das Verfahren zur Herstellung des Gateisolatorfilms eines
Phototriac-Halbleiterchips mit Nulldurchgang ist oben
beschrieben worden. Das erfindungsgemäße Verfahren
ist auch zur Herstellung anderer MOSFETs anwendbar,
die eine hohe Durchschlagsspannungsfestigkeit besitzen müs
sen.
Claims (1)
- Verfahren zur Herstellung eines MOSFET-Gateisolatorfilms durch Ausbilden eines SiO2-Films durch thermische Oxidation, dadurch gekennzeichnet, daß
- - zunächst der thermisch oxidierte SiO2.Film auf die Oberfläche eines einen MOSFET-Transistor enthaltenden Halbleiterkörpers aufgebracht wird,
- - der SiO2-Film durch selektives Ätzen von dem von dem MOSFET-Bereich ver schiedenen Oberflächenbereich entfernt wird,
- - ein mit Sauerstoff dotierter, halbleitender, polykristalliner Siliciumfilm auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers abgeschieden wird,
- - der mit Sauerstoff dotierte, halbleitende, polykristalline Siliciumfilm durch selektives Ätzen von dem MOSFET-Bereich entfernt wird, und
- - mindestens auf dem von dem MOSFET-Bereich verschiedenen Oberflächenbe reich mit Hilfe eines chemischen Aufdampfverfahrens ein Siliciumnitridfilm und ein SiO2-Film abgeschieden wird.
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1986
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1987
- 1987-06-10 US US07/060,304 patent/US4780428A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
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