NO125514B - - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte til påføring

av et siliciumnitridsjikt på en substratflate, spesielt en halvledersubstratflate, fra en gassfase som inneholder forbindelser av silicium og nitrogen.

Med et halvledersubstrat forstås her ikke bare selve halvlederlegemet, men også på halvléderlegemet påførte eventuelt isolerende, passiviserende eller ledende sjikt.

Med et siliciumnitridsjikt forstås her et sjikt som minst i det vesentlige består av Si^N^, hvori det er mulig med av-vikelser fra den støkiometriske sammensetning og hvor det samtidig kan være tilstede hydrogenforbindelser av silicium eller av nitrogen

eller av silisium og nitrogen.

Silisiumnitrids j-ikt anvendes i teknikken av planare halvlederinnretninger for forskjellige formål, eksempelvis som maskeringsmateriale for lokal diffusjon av aktive forurensninger fra gassfasen, såvel som beskyttelse for atmosfæriske innvirkninger og som dielektrikum i felteffekt-transistorer med isolert port-elektrode.

Det finnes forskjellige fremgangsmåter til å anbringe et slikt silisiumnitridsjikt på et substrat, hvilke fremgangsmåter har til felles at substrattemperaturen vanligvis ligger over 500°C.

Det er kjent at fra en silan og ammoniakkholdig gass-blanding ved temperaturer mellom 600° og 1000°C kan utfelles et silisiumnitridsjikt.. •

For et antall av silisiumnitridsjiktets anvendelser

er denne høye temperatur imidlertid en ulempe, eksempelvis til på-føring på et halvlederstoff med flyktige bestanddeler, eksempelvis GaÅs, som kan spalte seg under fordampning av As, eller til påføring av ferdige halvlederinnretninger, eksempelvis integrerte koplinger.

Det er allerede foreslått å danne silisiumnitridsjikt-et ved lavere temperaturer under anvendelse av en høyfrekvensgassut-ladning. Denne fremgangsmåte krever en komplisert apparatur og øker forurensningsmuligheten av preparatet som skal behandles, eksempelvis ved nærvær av ekstra deler i behandlingsrommet som elektroder eller ved mulighet for forstøvning på grunn av ionebeskytning.

Oppfinnelsen har blant annet til formål å beherske de ovennevnte vanskeligheter. Til grunn for oppfinnelsen ligger den er-kjennelse at sjiktdannelsen kan foregå på enkel måte ved lav temperatur, når den for dannelsen nødvendige energi kan tilføres ved hjelp av energirik stråling.

■En fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte type er ifølge oppfinnelsen såledeskarakterisert vedat silisiumnitriddann-elsen foregår ved hjelp av en fotoreaksjon.

Med en fotoreaksjon forstås i denne forbindelse en reaksjon som foregår under innvirkning av stråler, som absorberes ved hjelp av gassfasen. Strålene under hvis innvirkning fotoreaksjonen foregår, er fortrinnsvis ultrafiolette stråler, hvorav det ble funnet at deres energiinnhold var tilstrekkelig.

Enskjønt stråler fra det såkalte vide eller vakuum- ultrafiolett av spektrumet, det er den del av spektrumet med bølge-lengde mindre enn 2000 Å, kan opptas ved hjelp av gassblandingen,

er man begrenset i valg av reaksjonskar da mange konstruksjonsmat-erialer absorberer stråler av nevnte type.

Man kan derfor med fordel anvende stråler av det nære ultrafiolette, det er i den del av spektret med bølgelengde større enn 2000 Å, som er mindre følsomt mot absorpsjon på grunn av kon-struksjonsmaterialer og eksempelvis lett slippes gjennom av kvarts-glass.

Ved dosering av stråler fra det vide ultrafiolett kan de reagerende forbindelser umiddelbart absorbere strålingen. Det er her også allerede mulig for å øke virkningsgraden av gassfasen å tilsette et stoff som er virksomt ved energioverføringen fra en strålingskilde til de reagerende forbindelser. En fotoreaksjon, hvor denne indirekte avsorpsjon av strålingsenergien opptrer ved hjelp av et stoff, kalles en sensibilisert fotoreaksjon.

Ved dosering av stråler fra det nære ultrafiolette

foregår reaksjonen bare når den er sensibilisert. Virksom er eksempelvis atomer av Cd og Zn, men fortrinnsvis settes det til gassfasen kvikksølvatomer som spesielt energiseres ved hjelp av stråler med en bølgelengde tilsvarende resonanslinjen ved 2537 Å og deretter over-fører deres energiseringsenergi på de reagerende forbindelser.

En kvikksølvdampspenning som svarer til den mettede

kvikksølvdampspenning ved omgivelsestemperaturen lar seg forholdsvis enkelt innstille og det viser seg at den på den ene side er stor nok til gjennomføring av den sensibiliserte fotoreaksjon og på den annen side igjen så lav at det ikke opptrer belastede forurensninger av

det dannede siliciumnitrid på grunn av kvikksølv.

Det hie funnet at siliciumforbindelsene gir gruppen av silaner og herav spesielt monosilanene (SiH^) med et godt utbytte av siliciumnitrid.

Nitrogenforbindelsene velges fortrinnsvis fra nitrogen-hydrogenforbindelser, da disse gir et høyt utbytte, spesielt gjelder dette for hydrazin.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er også meget godt egnet til anvendelse på halvlederlegemer, hvori det er anbrakt kop-lingselementer. Siliciumnitridsjiktet kan da såvel anbringes på halvlederlegemet selv som også på de eksempelvis for diffusjonsmar-kering på halvlederlegemet -tilstedeværende oksydsjikt. Fordelen med denne anvendelse ér at siliciumnitridsjiktet kan anbringes ved lave temperaturer, hvorved det eksempelvis ikke opptrer forandringer i det påførte diffusjonsmønster.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er med fordel anvendbar ved halvlederinnretninger til oppfangning og/eller måling av stråling, hvilke halvlederinnretninger inneholder et halvleder-legeme med tre påhverandrefølgende■soner, hvorav de to ytre soner er av fra hverandre motsatte ledningstyper, mens den midtre sone er praktisk talt egenledende og inneholder til hverandre utliknende aktivatorer.

Ved slike detektorer kan den egenledende sonen fåes på kjent måte ved anvendelse av en aktivator med en stor diffusjons-koeffisient i det angjeldende halvledermateriale, idet det i halvlederlegemet anbringes en pn-overgang, mens en av de til pn-overgangen grensende soner inneholder nevnte aktivator i overskudd og idet det ved forhøyet temperatur anlegges en ytre spenning i til-bakegående retning på pn-overgangen. Ioniserte aktivatorer beveger seg da under innvirkning av det elektriske felt i pn-overgangens sperresjikt i retning av den annen sone, mens den derved mellom de to soner motsatte ledningstype danner en selvstendig sone, hvori de opprinnelig tilstedeværende forurensninger praktisk talt er nøyaktig utliknet.

Det har vist seg at passivering av slike detektorers flate med siliciumoksyd ikke er godt mulig fordi de høye temperaturer som opptrer ved oksydets påføring, betraktelig øker detektorens lekkasjestrømmer.

Videre ligger det til anvendelsen av en slik fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen ved slike detektorer til grunn den erkjen-nelse at ved passivering med siliciumoksyd kan de ovennevnte utlik-ningsaktivatorer i de fleste tilfeller litiumatomer, oppganges ved grenseflatehalvledersiliciumoksydet (getteret), hvorved konsentra-sjonsfordelingen forandres og den gode utlikning influeres.

Enskjønt enhver fremgangsmåte er anvendbar hvor minst den øvre flate av den selvledende sone av en slik detektor under unngåelse av høye temperaturer belegges med et siliciumnitridsjikt uten mellomliggende oksydsjikt, foretrekkes fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

En utførelsesform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er vist på tegningen og skal beskrives nærmere i det følgende:

Fig. 1 viser skjematisk en innretning hvormed fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er gjennomførbar. Fig. 2 viser et loddrett snitt gjennom en halvleder-innretning belagt med et siliciumnitridsjikt. Fig. 2 viser et loddrett snitt gjennom en halvleder-innretning til å oppfange og/eller måle stråling med et silicium-nitridsj ikt.

Den på fig. 1 viste inncetning inneholder reaksjonskaret, hvori siliciumnitridet dannes og anbringes på et substrat. Forrådskaret 9 inneholder hydrazin, forrådskaret 13 inneholder monosilan. Reaksjonskaret 15 er tilknyttet med forrådskarene 9 og 13, med blandekaret 10 og manometeret 21 til et rør 22.

Før det begynnes med påføring av siliciumnitridsjiktet evakueres innretningen ved 3>idet hanene 1, 2, 4, 5 og 6 åpnes og hanene 7 og 8 lukkes. Deretter lukkes hanene 1, 2, 4, 5 og 6.

I forrådskaret 9 befinner det seg flytende N^H^, hanen 7 åpnes nå, hvorved en ved hjelp av hanene 1, 2, 4, 5 og 6 begrenset del av rørsystemet fylles med hydrazindamp med et trykk på ca. 1 cm kvikksølv. Denne del har et volum på 300 ml. Deretter lukkes hanen 7. Deretter åpnes hanen 6. Denne gir tilgang til et blandekar 10 med et volum på ca. 1 liter, som ved hjelp av en avgrening står i forbindelse med et rørformet, i et dewarkar 12 avkjølt kar 11 av et mindre innhold. Kjølingen har tilfølge at praktisk talt hele mengd-en hydrazin kondenseres i karet 11.

I forrådskaret 13 befinner det seg SiH^-gass under et trykk på ca. 1 atmosfære. Hanen 8 åpnes nå, hvorved også rommet av forbindelsesrøret mellom hanen 4 og 8 fylles med SiH^-gass. Volumet av dette rom 14 utgjør ca. 2 ml og trykket av SiH^-gassen omtrent 1 atm. Deretter lukkes hanen 8 og hanen 4 åpnes, hvoretter også SiHjj-gassen kondenseres 'i karet 11. Videre lukkes hanen 6 og man lar blandingen i karet 11 igjen fordampe og blandingskaret 10 fylle seg med dampen. Ved kondensasjon og fordampning får man en hurtig og fullstendig blanding av bestanddelene i gassfase.

Deretter åpnes hanen 6, likeledes som hanen 2 som gir adgang til reaksjonskaret 15- Volumet av reaksjonskaret 15 utgjør ca. 1 liter. I reaksjonskaret 15 befinner det seg en åpen skål 16 med kvikksølv, som sørger for den ønskede kvikksølvdampspenning på ca. 10 ^ torr. Denne spenning tilsvarer den mettede kvikksølvdamp-spenning ved omgivelsestemperaturen. Denne temperatur er lavere enn 35°C.

Halvledersubstratet 17 ligger på det med en vinding 19 elektrisk oppvarmet bord 18. Ved hjelp av denne oppvarmning bringes substratet til en temperatur på 50°C, hvorved det uteluk-kes enhver mulighet forkvikksølvkondensasjon.

Lavtrykks-kvikksølvdamplampen 20 utstråler nå ultra-fiolettstråler under hvis innvirkning gassblandingen reagerer under dannelse av siliciumnitrid, som avsetter seg på halvledersubstrat-flåtene. I løpet av en time avsetter det seg et sjikt med en tykkelse på 0,2 yum.

Ved at hanen 5 åpnes forbindes systemet med manometeret 21, hvorved man stadig kan iaktta det i systemet herskende trykkEt på denne måte behandlet halvledersubstrat ser ut slik det er vist skissemessig på fig. 2. Det består av en npn-transistor som er fremstilt av siliciumskive, som på i og for seg kjent måte er dotert'med en diffusjonsmaske 40 ifølge planartek-nikken.

Med 30 er det betegnet kollektoren, med 31 basis og med 32 planartransistorens emitter. Kollektoren, basis og emitter-eren er utstyrt med aluminiumkontakter 33, 34 resp. 35 og med guld-strømtilførselstråder 36, 37 resp. 38. Transistoren er avskjermet med et siliciumnitridsjikt 39. Fordelen ved denne ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen anbrakte avskjerming av siliciumnitrid er at sjiktet kan påføres ved en så lav temperatur på den ferdige transistor at transistorens egenskaper ikke påvirkes.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen begrenser seg selv-sagt ikke bare til denne anvendelsen. Ved den omtalte innretning kan det også fremstilles sjikt av siliciumnitrid for de allerede ovennevnte anvendelser, eksempelvis som maskeringsmateriale for lokal diffusjon av aktive forurensninger fra gassfase. . Jeller ikke er fremgangsmåten begrenset til bruk av monosilan og hydrazin. Foruten det nevnte monosilan og hydrazin kommer det også eksempelvis i betraktning de høye silaner og am-moniakk for fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Foruten kvikksølv egner det seg også andre stoffer, eksempelvis Kr og Xe for fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Kr og Xe er spesielt virksomt i det vide ultrafiolett.

Ved mange anvendelser lønner det seg å fortetbe sili-ciumnitrids j iktet ved oppvarmning ved eksempelvis 700-900°C i en inert atmosfære.

En med et siliciumnitridsjikt utstyrt strålingsde-tektor, som er omtalt under anvendelsen av fremgangsmåten under henvisning til fig. 1, er skjematisk vist i snitt på fig. 3. Detektorens halvlederlegemer 51, 52, 53 kan eksempelvis bestå av germanium, av en A<III->BV<->forbindelse eller som i foreliggende eksempel av silicium. Det inneholder en p-ledende sone 51, en egenledende sone 52 og en n-ledende sone 53- Sonene 51 og 53 er utstyrt med metallkontakter 54 og 55.

Detektorens halvlederlegemer 51 og 52 og 53 kan fremstilles helt på i halvlederteknikken vanlig måte og av vanlige materialer. Den p-ledende sone består eksempelvis av p-ledende dilicium med en spesifikk motstand på 1000 ohm cm, som er dotert homogent med bor. Den n-ledende sone 53 er eksempelvis påført ved diffusjon av litium, eksempelvis med en overflatekonsentrasjon større enn 10 17. Den egenledende sone 52 er dannet ved anvendelse av en vanlig ioneorienteringsprosess, idet den i denne sone tilstedeværende borkonsentrasjon utliknes ved hjelp av litiumkonsen-trasjonen, som er oppbygget ved drift av litiumioner fra sone 53. Metallkontaktene 54 og 55 kan eksempelvis bestå av pådampet gull eller aluminium.

Ifølge oppfinnelsen er flaten av den selvledende sone 52 dekket med et siliciumnitridsjikt 56 med en tykkelse av eksempelvis 0,5^um. Derved dekker sjiktet 56 også overflatene av sonene 51 og 53, hvis disse ikke er utstyrt med metallkontakter. Siliciumnitridet som ved anbringelse av sjiktet 56 er utfelt på metallkontaktene 54 og 55, kan fjernes ved hjelp av lokal etsing, eksempelvis ved at man over metalloverflaten stryker en vattdott fuktet med HP.

Det skal bemerkes at siliciumnitridsjiktet 56 i det omtalte eksempel er anbrakt etter diffusjonsprosessen og ionedriftsprosessen. Hvis ønsket kan dette sjikt også anbringes tidligere, eksempelvis mellom diffusjonsprosessen og ionedriftsprosessen og sogar før diffusjonsprosessen.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte til påføring av et siliciumnitridsjikt på en substratflate, spesielt en halvledersubstratflate, fra en gassfase som inneholder forbindelser av silicium og nitrogen,karakterisert vedat siliciumnitriddannelsen foregår ved hjelp av en fotoreaksjon.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisertved at fotoreaksjonen foregår under innvirkning av ultrafiolette stråler.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat det som fotoreaksjon anvendes en sensibilisert fotoreaksjon.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3,karakterisertved at det anvendes en kvikksølvatomholdig gassfase.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4,karakterisertved at kvikksølvdampspenningen i gassfasen holdes på en verdi tilsvarende den mettede kvikksølvdampspenning ved omgivelsestemperaturen.

6. Fremgangsmåte ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat det som silisiumforbindelse velges en forbindelse fra silangruppen.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6,karakterisertved at det som silisiumforbindelse velges monosilan.

8. Fremgangsmåte ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat det som nitrogenforbindelse anvendes en nitrogen-hydrogenforbindelse.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8,karakterisertved at det som nitrogenforbindelse anvendes hydrazin.