Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

DE1621390B2 - Verfahren zum abscheiden isolierender duennschichten - Google Patents

Verfahren zum abscheiden isolierender duennschichten

Info

Publication number
DE1621390B2
DE1621390B2 DE19671621390 DE1621390A DE1621390B2 DE 1621390 B2 DE1621390 B2 DE 1621390B2 DE 19671621390 DE19671621390 DE 19671621390 DE 1621390 A DE1621390 A DE 1621390A DE 1621390 B2 DE1621390 B2 DE 1621390B2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
plasma
substrate
electrodes
gas
nitrogen
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.)
Withdrawn
Application number
DE19671621390
Other languages
English (en)
Other versions
DE1621390A1 (de
Inventor
Alex Bethlehem Pa.; Bergh Arpad Albert Murray Hill N.J.; Erdman William Charles Bethlehem Pa.; Androshuk (V.StA.). C23c 11-02
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.)
AT&T Corp
Original Assignee
Western Electric Co Inc
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
Application filed by Western Electric Co Inc filed Critical Western Electric Co Inc
Publication of DE1621390A1 publication Critical patent/DE1621390A1/de
Publication of DE1621390B2 publication Critical patent/DE1621390B2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/503—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using dc or ac discharges
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/29—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the material, e.g. carbon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • 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
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S148/00—Metal treatment
    • Y10S148/043—Dual dielectric
    • 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
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S148/00—Metal treatment
    • Y10S148/118—Oxide films

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden einer dünnen, isolierenden oder passivierenden, aus einer Verbindung aufgebauten Schicht auf einem festen Substrat, bei dem das Substrat in eine Vakuumkammer gebracht, in letztere eine Mischung gasförmiger Reaktionspartner zur Lieferung des Anions und des Kations der Verbindung bei einem Druck von 0,1 bis 10 Torr eingeführt und die Unterlage einem Gasplasma ausgesetzt wird, welches seinerseits durch eine Gleichstromentladung zwischen zwei Elektroden erzeugt und bei einer Sättigungsstromdichte der positiven Gasionen von 0,1 bis 100 mA/cm2 aufrechterhalten wird.
Das Abscheiden eines schützenden oder isolierenden Films auf der Oberfläche eines Substrats findet verschiedene technische Anwendungen, insbesondere bei der Behandlung elektrischer Halbleiter-Bauelemente, wie Dioden und Transistoren. Bei der Herstellung dieser Bauelemente werden Oxidfilme zur Maskierung von Teilen eines Halbleiters benutzt, um eine selektive Diffusion zu erreichen. Außerdem werden sie auch als passivierende Schicht verwendet, um die Oberfläche des Bauelements gegen Verunreinigungen und Leckströme zu schützen. Neuerdings werden Nitridfilme für diesen Zweck vorgeschlagen.
Das übliche Verfahren zur Herstellung einer Oxidschicht auf einem Halbleiter-Körper besteht in der Züchtung des Oxids durch Bildung einer thermisch eingeleiteten Oxydation der Halbleiter-Oberfläche. Diese Praxis hat sich bei der Behandlung elektrischer Bauelemente, speziell bei der Bildung passivierender Schichten als unzureichend erwiesen, weil die elektrischen Eigenschaften des im übrigen fertiggestellten Bauelements nachteilige Wirkungen infolge der extremen Temperaturen erleiden, die zur Oxydation der Halbleiteroberfläche erforderlich sind. Außerdem verlangt die Züchtung passivierender Oxidschichten, daß ein Teil des Halbleiterkörpers entsprechend der Tiefenausdehnung der passivierenden Schicht während der Behandlung für die nachfolgende Umwandlung zur Bildung des Oxids frei bleibt. Dies hat ernste Probleme bei der Herstellung von Dünnschicht-Bauelementen zur Folge, wo Dicken-Toleranzen und Diffusions-Tiefen sehr kritisch sind.
Es wurde gefunden, daß die eingangs erwähnte, aus dem USA.-Patent 3 287 243 bekannte Abscheidung von Oxid-, Nitrid- und ähnlichen Filmen mit Hilfe eines reaktionsfähigen Plasmas verschiedene Nachteile der vorbekannten Methoden überwindet. Dabei wurde jedoch festgestellt, daß bei der Förderung einer Gasreaktion der hier beschriebenen Art mit Hilfe eines Plasmas die Ionen-Art im Plasma für die erforderliche Apparatur, speziell für die Elektroden, hochkorrosiv ist, d. h., daß die Elektroden passiviert oder isoliert werden. Bei fortschreitendem Verfahren nimmt deshalb der Stromfluß kontinuierlich ab, bis das Plasma erlischt und die Elektroden nicht länger betriebsfähig sind. Dies kann nach nur wenigen Betriebsminuten eintreten. Deshalb ist es die Aufgabe der Erfindung, die Elektroden vor dem reaktionsfreudigen Plasma in der Reaktionskammer zu schützen, um dadurch eine Passivierung der Elektroden durch die isolierenden oder passivierenden Reaktionsprodukte zu vermeiden und gleichzeitig eine Verunreinigung des Substrats und der abgeschiedenen Schicht durch von den Elektroden herrührende Fremdstoffe zu verhindern.
Ausgehend von einem Verfahren der eingangs erwähnten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Substrat zwischen den beiden Elektroden im Weg des Plasmas angeordnet, die Mischung der gasförmigen Reaktionspartner in das Plasma an einer von den Elektroden entfernten Stelle in der Umgebung des Substrats und ein gegenüber den Elektroden inertes Schutzgas im Bereich zumindest einer der Elektroden eingeführt wird sowie die Strömungsgeschwindigkeiten von Reaktionsgasmischung und Schutzgas gegenseitig so eingestellt werden, daß sich zwischen den beiden Gasen eine weitgehend stationäre Gasgrenzfläche ausbildet derart, daß zumindest eine der Elektroden dauernd vom Schutzgas umgeben ist. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird also so verfahren, daß das Substrat zwischen den beiden Elektroden im Weg des Plasmas angeordnet wird, die Mischung der gasförmigen Reaktionspartner in das Plasma an einer von den Elektroden entfernten Stelle, vorzugsweise in der Umgebung des Substrats, und ein gegenüber den Elektroden inertes Schutzgas im Bereich zumindest einer der Elektroden eingeführt werden sowie die Strömungsgeschwindigkeiten von Reaktionsgasmischung und Schutzgas gegenseitig so eingestellt werden, daß sich zwischen den beiden Gasen eine weitgehend stationäre Grenzfläche ausbildet, so daß zumindest eine der Elektroden — unter Ausschluß der Reaktionsgasmischung — dauernd von Schutzgas umgeben ist. Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt eine perspektivische Ansicht der Reaktionskammer einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Apparatur besteht im wesentlichen aus einer Hauptreaktionskammer 10 und zwei Seitenkammern 11 und 12 zur Aufnahme der Elektroden. Die Hauptkammer 10 enthält ein Gestell 13, auf welchem die Unterlage 14 liegt. Das Material, aus dem das Gestell angefertigt ist, ist nicht von Wichtigkeit. Es ist zweckmäßig, daß es ein guter Wärmeleiter ist. Silicium, Aluminium, Molybdän, Kohle, Bronze und Kupfer sind, wenn sie gekühlt werden, geeignete Materialien. Auch vom Standpunkt der Vermeidung von Verunreinigung der Halbleiter-Unterlage ist es zweckmäßig, daß Gestell und Unterlage aus dem gleichen Material bestehen. Eine Hochfrequenzheizung 15 ist außerhalb des Quarzrohres angeordnet und induktiv mit dem Gestell gekoppelt, um die Unterlage zu erwärmen.
Die Kammer 11 enthält die Anode 16, die lediglich ein Block aus leitendem Material wie Aluminium ist. Die Kammer 12 enthält die Kathode 17, die jeder geeignete Elektronenemitter sein kann. Es kann eine Elektrode ähnlich der Anode oder eine Glühkathode sein. Da die Kathode bei diesem Verfahren nicht wie bei üblichen Verfahren zerstäubt, sind Kathodenzusammensetzung und Art nicht wesentlich. Für die Zwecke der Erfindung wird die Kathode als Elektronenquelle beschrieben, die ein Plasma der im folgenden vorgeschriebenen Dichte unterhalten kann.
Die einzige Funktion der beiden Elektroden im erfindungsgemäßen Verfahren ist die Unterhaltung des reaktionsfähigen Gasplasmas. Keine Elektrode nimmt an der chemischen Reaktion teil oder dirigiert den Strom der freien Ionen. Demzufolge können die beiden Elektroden vom Reaktionsraum vorteilhafterweise getrennt sein. Diese Isolation wird durch Schaffung einer Schutzgas-Atmosphäre rings um
jede Elektrode bewirkt und das reaktionsfähige Gasplasma auf die Hauptreaktionskammer 10 beschränkt, wo die Abscheidung gewünscht wird. Dieses Merkmal führt zu verschiedenen wichtigen Vorteilen. Verunreinigungen an oder in beiden Elektroden können den Raum der Unterlage nicht erreichen und den Niederschlag verunreinigen. Noch wichtiger ist es, daß die Elektroden selbst nicht direkt dem reaktionsfähigen Gasplasma ausgesetzt sind und nicht verbraucht, korrodiert oder passiviert werden.
Das Schutzgas für die Elektroden wird in der Apparatur der Abbildung durch Strömenlassen eines geeigneten Gases wie Argon, Helium oder Stickstoff durch die Einlasse 18 und 19 in den Elektroden-Kammern 11 bzw. 12 geliefert. Jedes andere inerte Gas kann ebensogut benutzt werden. Gase wie Kohlendioxid, Luft oder andere Gase, die relativ indifferent gegen den Elektroden-Werkstoff sind, sind gleichfalls brauchbar.
Es ist von Vorteil, daß die Gegenwart eines inerten Gases in der Kathoden-Kammer die Anwendung einer Glühkathode ermöglicht, was nach der vorbekannten Technik der reaktiven Zerstäubung oder nach Plasma-Methoden nicht möglich ist.
Die gasförmigen Reaktions-Teilnehmer des Plasmas werden durch den Gaseinlaß 20 eingelassen. Die gasförmigen Reaktions-Teilnehmer werden entsprechend dem für den Film gewünschten Material gewählt. Für Silicium-Verbindungen wird Silan oder eines seiner Derivate in Verbindung mit einem Gas verwendet, welches das Anion der gewünschten Verbindung liefern kann.
Das Gas zur Lieferung des Anions der gewünschten Verbindung wird gewöhnlich Sauerstoff oder Stickstoff sein. Ammoniak und einfache Amine können gleichfalls zur Abscheidung eines Nitrids verwendet werden. Für die Abscheidung von Carbiden sind Methan und andere einfache Kohlenwasserstoffe zur Lieferung des Anions geeignet.
Die beiden reaktionsfähigen Gase werden in die Reaktions-Kammer 10 so eingelassen, daß sie an der Substrat-Oberfläche innig gemischt sind. Der Reaktions-Gasstrom kann oberhalb des Einlasses 20 gemischt werden, jedoch kann das Mischen auch in der Kammer erfolgen, wenn getrennte Einlasse für jedes Gas verwendet werden.
Die Grenzfläche zwischen dem die Elektroden einhüllenden Schutzgas und dem reaktionsfähigen Gasplasma wird durch Regelung der Strömungsgeschwindigkeiten der Gase zu einer Vakuumpumpe gehalten, die mit den gemeinsamen Gas-Auslässen 21 und 22 verbunden ist.
Die Grenze des Plasmas kann durch visuelle Beobachtung leicht erkannt und durch Änderung der relativen Strömungsgeschwindigkeiten justiert werden, bis die Grenzfläche die gewünschte Stellung erreicht. Bequemerweise arbeitet man mit der Plasma-Grenze in der Nachbarschaft der Abgas-Auslässe 21 und 22.
Die Anforderungen an das Plasma für eine wirksame Arbeitsweise nach dem erfindungsgemäßen Prinzip können durch die Werte seiner Sättigungs-Stromdichte und eines gegebenen Druckbereichs charakterisiert werden. Der Gasdruck liegt erfahrungsgemäß am besten im Bereich von 0,1 bis 10 Torr. Die Sättigungs-Stromdichte ist eine in der Technik bekannte, von Johnson und Malter in »Physical Review« 80, 58 (1950) beschriebene Bestimmungsgröße. Der bevorzugte Bereich dieser Bestimmungsgröße liegt im Bereich von OjI mA/cm2 bis 100 mA/cm2. Wenn die Sättigungs-Stromdichte unter diesen Wert fällt, geht die Abscheidung sehr langsam vor sich. Bei Sättigungs-Stromdichten oberhalb dieses Bereichs überhitzt sich die Unterlage.
Die Abscheidungsfläche des Substrats ist völlig in das Plasma eingehüllt. Das Plasma kann mit schwachen magnetischen Feldern, die um die Reaktionskammer angeordnet sind, geformt oder abgelenkt
ίο werden, je nach den geometrischen Abmessungen der Kammer, um das Plasma auf den gewünschten Abscheidungs-Bereich zu beschränken.
Das Produkt der Plasma-Reaktion schlägt sich aus folgenden Gründen spontan auf die Unterlage nieder.
Das Plasma besteht aus positiven und negativen Ionen und freien Elektronen. Die Elektronen haben eine beträchtlich höhere Beweglichkeit als die Ionen. Demzufolge strömen die Elektronen zu jedem Körper, der mit dem Plasma in Berührung steht, und geben ihm ein »Wandpotential«. Daher ist es für das Substrat zwecks Empfang eines intensiven Ionen-Bombardements nicht nötig, es zu einer »reellen Kathode« mit einer äußeren Gleichstromquelle zu machen. Vom Plasma eingehüllt wird das Substrat wegen des Wandpotentials zu einer »virtuellen Kathode«. Zur Erläuterung der Erfindung wird das nachstehende Beispiel gegeben.
Beispiel
Die verwendete Apparatur war die gleiche, wie in der Abbildung gezeigt. Sauber polierte Siliciumscheiben wurden auf ein Silicium-Gestell gelegt und in die Reaktionskammer 10 eingeschlossen. Das Gestell wurde mittels Magnetantrieb gedreht, um die Gleichförmigkeit der Abscheidung zu fördern. Das Substrat wurde unter Verwendung der Hochfrequenz-Heizung auf etwa 350° C erhitzt und Argon durch die Einlasse 18 und 19 eingebracht. Als Alternative zu Argon als Schutzgas ist die Verwendung von Stickstoff besonders wirksam. Dies ist auch in diesem besonderen Verfahren vorteilhaft, weil Stickstoff schon als einer der Reaktions-Teilnehmer vorgesehen ist. Eine Mischung von Siliciumtetrabromid und Stickstoff wurde durch Einlaß 20 bis zu einem Gesamtdruck von 0,8 Torr eingelassen. Der Gasdruck bestimmt zum Teil die Dichte des Plasmas. Drücke, die ein brauchbares Plasma ergeben, liegen im Bereich 0,1 bis 10 Torr. Die Menge an SiBr4 betrug 0,1 Volumprozent des Stickstoffs. Es wurde festgestellt, daß diese Größe von 0,01 bis 1% bei Erhalt befriedigender Resultate geändert werden konnte. Dieser allgemeine Konzentrations-Bereich gilt im wesentlichen für alle geprüften gasförmigen Reaktions-Teilnehmer. Das Plasma wurde mit einer Tesla-Spule zwischen einer wassergekühlten Aluminium-Anode und der Kathode bei einer Spannung von 200 V und einem Strom von 1 A gezündet. Als Kathode diente der Heizfaden einer 5U4-Elektronen-Röhre mit einer Leistungsaufnahme von 10 A bei 5 V.
Die Strömungsgeschwindigkeit des Argon-Gases wurde justiert, bis das Plasma sich etwa bis zu den beiden Abgas-Auslässen 21 und 22 ausgedehnt hatte. Die kurze mittlere freie Weglänge der Gas-Moleküle bei diesen Drücken und die entgegengesetzte Gasströmung hindern die Diffusion der reaktionsfähigen Gase im Anoden- und Kathoden-Teil.
Die Silicium-Unterlage wurde so angeordnet, daß sie völlig vom Plasma umgeben war. Ein Alnico-
Magnet mit einem Feld von 2000 bis 3000 Gauß wurde an der Oberseite der Reaktions-Kammer montiert, um das Plasma in den Bereich des Substrats abzulenken. Dies ist ein von der Geometrie der besonderen, verwendeten Apparatur abhängiges mögliches Hilfsmittel. Es ist ersichtlich, daß eine Verschwendung von Energie und gasförmigen Reaktions-Teilnehmern vorliegt, wenn sich das Plasma unnötig über den Bereich des Substrats ausdehnt.
Die Abscheidung wurde 20 Minuten fortgesetzt, nachdem das Plasma gezündet war. Es wurde ein SiIiciurrmitrid-Film von etwa 0,5 Mikron Dicke erhalten, der eine ausgezeichnete Oberflächen-Qualität und Gleichförmigkeit in der Dicke hatte. Die Substrat-Temperatur während der Abscheidung war 350° C. Es wurde gefunden, daß gute Abscheidungen im Bereich von 300 bis 800° C erhalten werden können.
Die bei 300 bis 400° C gebildeten Siliciumnitrid-Filme waren amorph, was für viele Anwendungen bei der Halbleiter-Behandlung eine erwünschte Eigenschaft ist. Beispielsweise ätzt sich amorphes Siliciumnitrid schneller und gleichmäßiger als kristalline Filme. Diese Eigenschaft ist wichtig, wenn der Film als Diffusions-Maske verwendet wird. Wenn die Abscheidungs-Temperatur über 400° C steigt, wird der Film zunehmend kristallin. Die Unterlage erhält Wärme aus dem Plasma während des Abscheidungs-Verfahrens. Der Betrag dieser Wärme wird durch die Stromdichte des Plasmas bestimmt. Bei den meisten hier vorgeschriebenen Bedingungen ist es notwendig, zusätzliche Wärme an das Substrat zu liefern, um geeignete Substrat-Temperaturen zu sichern.
Die niedrige Abscheidungstemperatur dieses Verfahrens ist eines seiner hervorstechendsten Merkmale. Die pyrolytische Technik vorbekannter Art erfordert typischerweise Substrat-Temperaturen in der Größenordnung von 1000° C. Es treten neue Anwendungen auf wie die Maskierung von Geräten an Strahlführungen, die solche hohen Temperaturen nicht ertragen und für die der Tieftemperatur-Abscheidungsprozeß der Erfindung besonders geeignet ist.
Das vorangegangene Beispiel wurde unter Verwendung von Sauerstoff an Stelle von Stickstoff wiederholt. Es wurden Siliciumoxidfilme hoher Qualität erhalten. Der Benetzungswinkel eines Wassertropfens bei dem isolierenden Film wurde an diesen Schichten gemessen. Dieser Versuch ist wichtig bei der Bestimmung des Verhaltens in bezug auf Fotomasken. Ein kleiner Benetzungswinkel, der eine hydrophile Oberfläche anzeigt, bewirkt ein Unterschneiden der Fotomaske während der Ätzoperation. Siliciumdioxid-Filme, die nach dieser Methode hergestellt wurden, zeigten einen anfänglichen Benetzungswinkel von 5 bis 10°, wenn das Plasma gelöscht wird, während die Reaktions-Teilnehmer noch durch die Oxydationskammer strömen. Wenn die Reaktions-Teilnehmer für 2 Minuten oder mehr abgestellt werden, bevor das Plasma gelöscht wird, so beträgt der anfängliche Benetzungswinkel 35 bis 40°. Die vorangegangene Beobachtung rührt wahrscheinlich von unvollständig umgesetzten Gasen auf der Oberfläche des Films her, welche Hydrolyse erleiden und eine hydrophile Oberfläche mit entsprechend geringem Benetzungswinkel ergeben. Zusätzliche Berührung mit dem Plasma nach dem Abstellen der Reaktions-Teilnehmer ergibt eine vollständigere Reaktion und einen größeren Benetzungswinkel. Ähnliche Resultate wurden mit Siliciumnitrid erhalten. Es traten keine Schwierigkeiten bei Fotoätzmasken auf, wenn die Muster kurze Zeit einem Stickstoff-Plasma ausgesetzt wurden, nachdem der Strom der Reaktionsgase abgestellt war.
Weitere Muster wurden hergestellt, bei denen SiIiciumnitrid-Filme auf Siliciumoxid-Filmen niedergeschlagen wurden, indem Sauerstoff und Stickstoff im Plasma nacheinander verwendet wurden. Es wurden Ladungsdichten der Oberfläche in der Größenordnung von 5 · 1011 erhalten. Diese Filmeigenschaft ist für die Passivierung der Halbleiter-Bauelemente wichtig.
Mischungen aus Sauerstoff und Stickstoff können im Plasma benutzt werden, um einen gemischten Oxidnitridfilm zu erhalten. Die Ätzgeschwindigkeit eines gemischten Oxidnitridfilms in wässeriger Fluorwasserstoffsäure oder in heißer wässeriger Phosphorsäure (180° C) ist größer als die eines Siliciumnitridfilms. Die Eigenschaft der größeren Ätzgeschwindig-
ao keit gibt gemischten Oxidnitridfilmen bei bestimmten Geräteanwendungen eine größere Überlegenheit gegenüber Siliciumnitridfilmen.
Bei dem siliciumhaltigen Material wurde zwischen den Halogeniden und SiH4 gewechselt, ohne eine ungewöhnliche Änderung bei der Durchführung des Verfahrens. SiH4 wurde in der gleichen Art brauchbar gefunden, wie das Tetrabromid im Beispiel I. Disilan (Si2H6) und Trisilan (Si3H8) sind SiH4 chemisch äquivalent und gleichermaßen brauchbar.
Andere Siliciumhalogenide verhalten sich in der gleichen Weise wie Siliciumtetrabromid in diesem Verfahren. Unter diesen stehen Siliciumtetrachlorid, Siliciumbromoform (SiHBr3) und Siliciumchloroform (SiHCl3) reichlich zur Verfügung. Ein Gas wie Siloxan (Si6O3H6) ist brauchbar zur Bildung von Oxidfilmen und kann auch bei der Bildung von vorherrschenden aus Siliciumnitrid bestehenden Filmen verwendet werden, da das relative Verhältnis von Stickstoff zu Sauerstoff (unter Verwendung von Ammoniak als Trägergas) noch sehr hoch ist. SiIicylamin (SiH3)3N ist gleichfalls für die Zwecke der Erfindung brauchbar. Die letzteren beiden Verbindungen sind gleichfalls Derivate des Silans.
Für die Abgrenzung der Erfindung sind siliciumhaltige Stoffe, die für die Benutzung im Verfahren geeignet sind, als Silane und Derivate des Silans beschrieben worden. Dies schließt Siliciumtetrahalogenide und Silane als Endglieder ein, ebenso Siloxan, was der gebräuchliche Name für (Hexa-)Hexaoxocyclosilan ist, sowie Silicylamin, wie (Tri-)Nitrilosilan üblicherweise genannt wird. Alle diese Verbindungen arbeiten gemäß der vorstehenden Erläuterung.
Unter den Anion liefernden Gasen sind Sauerstoff, Stickstoff und Ammoniak sehr wesentlich. Ein anderes für dieses Verfahren interessante Material ist Siliciumcarbid, wobei Methan oder andere einfache Kohlenwasserstoffe in der beschriebenen Art angewandt werden, um das Anion zu liefern. Siliciumcarbid hat einen sehr hohen Schmelzpunkt und ist in konventioneller Technik schwierig herzustellen. Es hat einige interessante und brauchbare Halbleiter-Eigenschaften.
Germaniumverbindungen können in analoger Weise zur Abscheidung auf Siliciumverbindungen hergestellt werden, indem man ein Germaniumhalogenid als Material in Verbindung mit einem geeigneten Anion anwendet. Isolierende Filme aus Germaniumverbindungen werden wegen der natur-
gegebenen Überlegenheit der Siliciumverbindungen bei der Behandlung von Halbleiter-Bauelementen nicht allgemein verwendet.
Das im Beispiel angewandte Verfahren wurde auch dazu benutzt, Filme auf anderen Unterlagen wie Galliumarsenid und Quarz niederzuschlagen. Jedes feste und unter den Behandlungsbedingungen stabile Material kann mit einem Isolierfilm nach diesem Verfahren überzogen werden.

Claims (8)

Patentansprüche: IO
1. Verfahren zum Abscheiden einer dünnen, isolierenden oder passivierenden, aus einer Verbindung aufgebauten Schicht auf einem festen Substrat, bei dem das Substrat in eine Vakuumkammer gebracht, in letztere eine Mischung gasförmiger Reaktionspartner zur Lieferung des Anions und des Kations der Verbindung bei einem Druck von 0,1 bis 10 Torr eingeführt und die Unterlage einem Gasplasma ausgesetzt wird, welches seinerseits durch eine Gleichstromentladung zwischen zwei Elektroden erzeugt und bei einer Sättigungsstromdichte der positiven Gasionen von 0,1 bis lOOmA/cm2 aufrechterhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat zwischen den beiden Elektroden im Weg des Plasmas angeordnet, die Mischung der gasförmigen Reaktionspartner in das Plasma an einer von den Elektroden entfernten Stelle in der Umgebung des Substrats und ein gegenüber den Elektroden inertes Schutzgas im Bereich zumindest einer der Elektroden eingeführt wird sowie die Strömungsgeschwindigkeiten von Reaktionsgasmischung und Schutzgas gegenseitig so eingestellt werden, daß sich zwischen den beiden Gasen eine weitgehend stationäre Gasgrenzfläche ausbildet, derart, daß zumindest eine der Elektroden dauernd vom Schutzgas umgeben ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat auf einer Temperatur im Bereich von 300 bis 800° C gehalten und mit Hilfe des Plasmas geheizt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als einer der gasförmigen Reaktionspartner Silan oder eines seiner Derivate verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Reaktionsteilnehmer aus der Stoffgruppe Sauerstoff, Stickstoff, Ammoniak, Methan und Kohlendioxid ausgewählt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgas aus der Stoffgruppe Helium, Argon, Stickstoff, Kohlendioxid und Luft ausgewählt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat Silicium verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung der gasförmigen Reaktionspartner mit Stickstoff und 0,01 bis 1 % SiBr4 verwendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein gemischter Film aus der Verbindung niedergeschlagen wird, indem aufeinanderfolgend Sauerstoff und Stickstoff als der eine gasförmige Reaktionspartner verwendet wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
DE19671621390 1966-09-01 1967-08-09 Verfahren zum abscheiden isolierender duennschichten Withdrawn DE1621390B2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US57665466A 1966-09-01 1966-09-01
US64109467A 1967-04-28 1967-04-28

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE1621390A1 DE1621390A1 (de) 1971-05-19
DE1621390B2 true DE1621390B2 (de) 1971-12-16

Family

ID=27077023

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19671621390 Withdrawn DE1621390B2 (de) 1966-09-01 1967-08-09 Verfahren zum abscheiden isolierender duennschichten

Country Status (11)

Country Link
US (1) US3424661A (de)
BE (1) BE700936A (de)
CH (1) CH510747A (de)
DE (1) DE1621390B2 (de)
ES (1) ES344946A1 (de)
GB (1) GB1202573A (de)
IL (1) IL28233A (de)
MY (1) MY7100088A (de)
NL (1) NL6711719A (de)
NO (1) NO121617B (de)
SE (1) SE317236B (de)

Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1194415A (en) * 1967-07-03 1970-06-10 United States Borax Chem High Temperature Chemical Reaction and Apparatus therefor
US3938525A (en) * 1972-05-15 1976-02-17 Hogle-Kearns International Plasma surgery
US4064521A (en) * 1975-07-28 1977-12-20 Rca Corporation Semiconductor device having a body of amorphous silicon
US4066037A (en) * 1975-12-17 1978-01-03 Lfe Corportion Apparatus for depositing dielectric films using a glow discharge
US4142195A (en) * 1976-03-22 1979-02-27 Rca Corporation Schottky barrier semiconductor device and method of making same
US4196438A (en) * 1976-09-29 1980-04-01 Rca Corporation Article and device having an amorphous silicon containing a halogen and method of fabrication
US4097889A (en) * 1976-11-01 1978-06-27 Rca Corporation Combination glass/low temperature deposited Siw Nx Hy O.sub.z
US4091406A (en) * 1976-11-01 1978-05-23 Rca Corporation Combination glass/low temperature deposited Siw Nx Hy O.sub.z
US4091407A (en) * 1976-11-01 1978-05-23 Rca Corporation Combination glass/low temperature deposited Siw Nx Hy O.sub.z
US4158717A (en) * 1977-02-14 1979-06-19 Varian Associates, Inc. Silicon nitride film and method of deposition
US4168330A (en) * 1977-10-13 1979-09-18 Rca Corporation Method of depositing a silicon oxide layer
US4265991A (en) * 1977-12-22 1981-05-05 Canon Kabushiki Kaisha Electrophotographic photosensitive member and process for production thereof
US4471042A (en) * 1978-05-04 1984-09-11 Canon Kabushiki Kaisha Image-forming member for electrophotography comprising hydrogenated amorphous matrix of silicon and/or germanium
US4565731A (en) * 1978-05-04 1986-01-21 Canon Kabushiki Kaisha Image-forming member for electrophotography
US4200666A (en) * 1978-08-02 1980-04-29 Texas Instruments Incorporated Single component monomer for silicon nitride deposition
US4252838A (en) * 1978-09-11 1981-02-24 Honeywell Inc. Glow discharge fabrication of transparent conductive coatings
US4232057A (en) * 1979-03-01 1980-11-04 International Business Machines Corporation Semiconductor plasma oxidation
JPS5845177B2 (ja) * 1979-03-09 1983-10-07 富士通株式会社 半導体表面絶縁膜の形成法
US4262631A (en) * 1979-10-01 1981-04-21 Kubacki Ronald M Thin film deposition apparatus using an RF glow discharge
US4363828A (en) * 1979-12-12 1982-12-14 International Business Machines Corp. Method for depositing silicon films and related materials by a glow discharge in a disiland or higher order silane gas
US4318936A (en) * 1981-01-23 1982-03-09 General Motors Corporation Method of making strain sensor in fragile web
DE3118785A1 (de) * 1981-05-12 1982-12-02 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Verfahren und vorrichtung zum dotieren von halbleitermaterial
DE3375700D1 (en) * 1982-10-12 1988-03-24 Nat Res Dev Infra red transparent optical components
US4704339A (en) * 1982-10-12 1987-11-03 The Secretary Of State For Defence In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom Of Great Britain And Northern Ireland Infra-red transparent optical components
US4546372A (en) * 1983-04-11 1985-10-08 United Technologies Corporation Phosphorous-nitrogen based glasses for the passivation of III-V semiconductor materials
US4443489A (en) * 1983-05-10 1984-04-17 United Technologies Corporation Method for the formation of phosphorous-nitrogen based glasses useful for the passivation of III-V semiconductor materials
US4568614A (en) * 1984-06-27 1986-02-04 Energy Conversion Devices, Inc. Steel article having a disordered silicon oxide coating thereon and method of preparing the coating
JPS6150378A (ja) * 1984-08-20 1986-03-12 Mitsui Toatsu Chem Inc 非晶質太陽電池の製法
JPS61174128A (ja) * 1985-01-28 1986-08-05 Sumitomo Electric Ind Ltd レンズ成形用型
US4637895A (en) * 1985-04-01 1987-01-20 Energy Conversion Devices, Inc. Gas mixtures for the vapor deposition of semiconductor material
CA1280055C (en) * 1985-10-24 1991-02-12 Ronald Edward Enstrom Vapor deposition apparatus
DE3902628A1 (de) * 1989-01-30 1990-08-02 Hauni Elektronik Gmbh Duennschichtmaterial fuer sensoren oder aktuatoren und verfahren zu dessen herstellung
GB2308132A (en) * 1995-12-14 1997-06-18 Imperial College Depositing films on a substrate using an electric field
US7067442B1 (en) * 1995-12-26 2006-06-27 Micron Technology, Inc. Method to avoid threshold voltage shift in thicker dielectric films
US20090041952A1 (en) * 2007-08-10 2009-02-12 Asm Genitech Korea Ltd. Method of depositing silicon oxide films

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3077108A (en) * 1958-02-20 1963-02-12 Union Carbide Corp Supersonic hot gas stream generating apparatus and method
US3332870A (en) * 1962-10-08 1967-07-25 Mhd Res Inc Method and apparatus for effecting chemical reactions by means of an electric arc

Also Published As

Publication number Publication date
DE1621390A1 (de) 1971-05-19
US3424661A (en) 1969-01-28
NO121617B (de) 1971-03-22
ES344946A1 (es) 1968-11-16
SE317236B (de) 1969-11-10
MY7100088A (en) 1971-12-31
BE700936A (de) 1967-12-18
CH510747A (de) 1971-07-31
NL6711719A (de) 1968-03-04
IL28233A (en) 1970-10-30
GB1202573A (en) 1970-08-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE1621390B2 (de) Verfahren zum abscheiden isolierender duennschichten
DE3587964T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur chemischen Abscheidung aus der Dampfphase mittels eines durch Magnetron verstärkten Plasmas.
DE69018760T2 (de) Gerät für chemische Behandlung mit Hilfe eines Diffusionsplasmas.
DE3586465T2 (de) Ueberzugsfilm, verfahren und vorrichtung zur herstellung dieses filmes.
DE69423371T2 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung dünner schichten
DE3856483T2 (de) Verfahren zur Herstellung von Dünnschichten
DE3875815T2 (de) Methode zur behandlung der substratoberflaechen mit hilfe von plasma und reaktor fuer die durchfuehrung dieser methode.
DE69107101T2 (de) Verfahren zum Herstellen eines Oxydfilms.
DE3603725C2 (de) Verfahren zur Strukturierung von Siliciumcarbid
DE69117077T2 (de) Verfahren zum Aufwachsen einer Dünnschicht aus Diamant oder c-BN
DE3783405T2 (de) Halbleiteranordnung mit einer duennschicht-verdrahtung und verfahren zum herstellen derselben.
DE3871851T2 (de) Trockenaetzverfahren fuer aluminiumschichten.
DE2656821A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum auftragen eines filmes auf einem substrat
EP0008406B1 (de) Verfahren zum Herstellen einer Passivierungsschicht auf einem Silicium-Halbleiterkörper
DE3854561T2 (de) Verfahren zum Trockenätzen.
DE1564191B2 (de) Verfahren zum herstellen einer integrierten halbleiterschaltung mit verschiedenen, gegeneinander und gegen ein gemeinsames siliziumsubstrat elektrisch isolierten schaltungselementen
DE69130787T2 (de) Ätzverfahren für eine leitende Doppelschicht-Struktur
DE69226168T2 (de) Herstellungsverfahren für eine polykristalline siliziumdünnschicht bei niedriger temperatur
DE1521465C3 (de) Verfahren zur Herstellung von texturlosem polykristallinen Silicium
DE1913718C2 (de) Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements
DE2726265A1 (de) Verfahren zum zuechten genetischer halbleiteroxidschichten
DE2052221C3 (de) Verfahren zum Erzeugen einer Siliciumoxidschicht auf einem Süiciumsubstrat und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
DE69318350T2 (de) Verfahren zur Herstellung amorpher hydrogenisierter Silikonfilme
DE1640486A1 (de) Verfahren zum Erzeugen eines duennen,elektrisch isolierenden Filmes auf einer Unterlage
DE102004057762A1 (de) Verfahren zum Ausbilden eines Feldeffekttransistors mit einem verspannten Kanalgebiet

Legal Events

Date Code Title Description
E77 Valid patent as to the heymanns-index 1977
EHJ Ceased/non-payment of the annual fee