DE2028640C3 - Halbleiterelement mit einer auf der Oberfläche einer Halbleiterbasis befindlichen TiO tief 2 - SiO tief 2 -Mischschicht - Google Patents
Halbleiterelement mit einer auf der Oberfläche einer Halbleiterbasis befindlichen TiO tief 2 - SiO tief 2 -MischschichtInfo
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Description
Weitere Merkmale und durch sie erzielte Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung der Zeichnung, in
der beispielsweise gewählte Ausführungsformer, des erfindungsgemäßen Halbleiterelements im Querschnitt
dargestellt sind. Es zeigt
F i e. 1 ein Kapazitäts-Element mit einem MOS-Auföau
und
F i g. 2 ein Planardiodenelement.
Im folgenden werden die Einzelheiten der Erfindung
an Hand dieser Ausführungsformen erläutert.
Lm das in F i g. 1 dargestellte Kapazitätselement mit einem MOS-Aufbau herzustellen, wird zunächst
ein; Mischung von Tetraäthoxysilan der Reinheit 99.'>'W°/o und Triisopropyltitanat der Reinheit 99,9%,
in tinem Gewichtsverhältnis von etwa 0,01%, vorbereitet.
Dann werden die gemischten Flüssigkeiten er.bi'/t und auf einer Temperatur von 70=C gehalten,
um verdampft zu werden. Schließlich wird Stickstoff gas
(Tra-iergas) in den s.ich ergebenden Dampf in einer Rate
von 1 Liter pro Minute eingeführt, um eine gasförmige
M!λhung zu liefern. Dann wird die gasförmige
Mischung zur thermischen Zersetzung auf ein P-SiIi- as
cumgrundmaterial 1 geführt, das einen spezifischen Widerstand von 2 Dem aufweist und erhitzt und auf
einer Temperatur von 4000C gehalten wird. Wenn
Saucrstoffgas in die gasförmige Mischung in dieser thermischen Zersetzungsstufe eingeführt wird, wird
der Vorgang der thermischen Zersetzung — Bildung der isolierenden Schicht — verstärkt, d. h., 1 Liter
wird pro Minute eingeblasen, und die Schichtenbildung
erfolgt während 20 Minuten, so daß eine Oxyd-Mischschicht 2 von 0,4 μ in diesem Beispiel erreicht wird.
Eine kreisförmige Aluminiumschicht 3 von 1 mm Durchmesser wird auf die Oxydschicht 2 aufgedampft,
um eine Elektrode zu biiden. Weiterhin werden verschiedene Eigenschaften zwischen der oberen Elektrode
3 und einer Elektrode 4 auf der anderen Oberfläche des Grundhalbleiters gemessen. Um die Wirkung
des erfindungsgemäßen Halbleiterelements mit denen anderer Verfahren zu vergleichen, wurden Kapazitätselemente mit MOS-Aufbau der gleichen Abmessung
durch die beiden folgenden Verfahren hergestellt:
a) Eine Oxydschicht wurde aus einem Tetraäthoxysilan der Reinheit 99,999% durch das gleiche
Verfahren wie das des vorstehenden Beispiels gebildet;
b) eine Oxydschicht wurde durch das gleiche Verfahren aus Tetraäthoxysilan der Reinheit 99,999 %
mit einer Hinzufügung von Triisopropyltitanat mit einer Reinheit von 99,9 % in einem Gewichtsvprhältnis
von 10% gebildet.
Die Eigenschaften der durch die vorstehenden Verfahren hergestellten Elemente sind zum Vergleich jn
folgender Tabelle zusammengestellt.
Eigenschaften
Vorstehendes Beispiel | Element nach Verfahren a)
Element nach Verfahren b)
ir Anfangswert
Wechsel von Nfb nach (+) BTT
Wechsel von Nfb nach (—) BTT
Wechsel von Nfb nach (—) BTT
Reststrom
Ät7glätte
Dielektrizitätskonstante
~ 10 ■ 1011
+ 5 ~ 10 · 10u
-1 ~ 5-10"
-1 ~ 5-10"
klein
gut
4,2
30 ~ 80 · 1011
+ 50 ~ 80· 10n
-10 ~ 30· 10u
+ 50 ~ 80· 10n
-10 ~ 30· 10u
klein
gut
4,0
20 ~ 40 · 1011
30 ~ 50 · 10"
-0,5 ~ 1 · 10"
groß
nicht gut
7
30 ~ 50 · 10"
-0,5 ~ 1 · 10"
groß
nicht gut
7
Dabei ist Nfb dieFlach-Band-Dichte der Elektronen
und ß7Tdas Verfahren der Vorspannungs-Temperatur-Behandlung und (+), (—) jeweils die Richtungen der
Vorspannung. +, — stellen jeweils das Ansteigen und Abfallen dir.
Wird dazu Nfb betrachtet, ist es um so günstiger, je kleiner sein Wert ist. Bezüglich der Änderung von
Nfb nach der βΓΓ-Behandlung ist die Wirksamkeit
um so besser, je kleiner sein Wert ist. Aus den in der Tabelle dargestellten Eigenschaften ergibt sich, daß
das erfindungsgemäße Halbleiterelement allgemein günstiger als andere Elemente dieser Art ist.
An Stelle von Triisopropyltitanat in dem Herstellungsverfahren des Beispiels 1 werden nun Tributyltitanat
und Triäthyltitanat mit verschiedenen Zugabemengen in einem Bereich von 0,005 bis 0,02 Gewichtsprozent
verwendet. Die sich ergebenden Schichten sind mit ihren Eigenschaften gleich den im Beispiel
1 erreichten.
Um ein Diodenelement mit dem in F i g. 3 dargestellten Planaraufbau herzustellen, wird zunächst
eine Oxydmischschicht 12, die hauptsächlich aus Siliciumdioxyd besteht, dem Titandioxyd in einem
Verhältnis von etwa 0,01 Gewichtsprozent hinzu-
gefügt ist, auf die Oberfläche eines N-Grundhalbleiters
11, beispielsweise Silicium, aufgebracht durch das an Hand des Beispiels 1 beschriebene Verfahren. Dann
wird ein vorbestimmtes Fenster zur Diffusion in der sich ergebenden Schicht vorgesehen, so daß Bor
diffundiert und hineingeführt werden kann, um einen gedopten Bereich 13 zu bilden. Schließlich werden
Metallelektrodenschichten 14 und 15 vorgesehen, um eine Diode zu bilden. Die Schicht 12' ist eine Siliciumdioxydschicht,
die als Ergebnis einer Oxydierung des
Grundmaterials in dem Vorgang der Bordiffusion gewachsen ist, und eine Passivierungsschicht, wie die
Oxydmischschicht 12.
Die Oxydmischschicht, wie sie in diesem Beispiel verwendet wird, ist nicht nur zufriedenstellend wirk-
sam in ihrer Abdeckwirkung (Maskenwirkung), sondern ebenfalls als Passivierungsschicht verwendbar.
Wie im vorhergehenden beschrieben, ist das erfindungsgemäße
Halbleiterelement beträchtlich dadurch in seiner Stabilität verbessert, daß auf der Oberfläche
desGrundhalbleiterseine Oxydmischschicht vorgesehen ist, die aus Siliciumdioxyd als Hauptwerkstoff mit
einer kleinen Menge Titandioxyd besteht, das in einem Verhältnis von weniger als 0,02 Gewichtsprozent hin-
zugefügt ist. Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Halbleiterelements ist einfach durchführbar
und in der Praxis nutzbringend.
Eine Oberflächenschutzschicht oder Oberflächenisolierungsschicht aus einer Oxydzusammensetzung,
die aus Siliciumdioxyd (SiO2) gebildet ist, dem weniger
als 0,02 Gewichtsprozent Titandioxyd (TiO2) hinzugefügt
ist, stabilisiert und verbessert die Eigenschaften des Halbleiterelementes aus einer einzigen Schicht, die
aus Siliciumoxyd gebildet ist. Das Halbleiterelement wird gebildet durch Mischung einer geringen Menge
gasförmiger organischer Verbindungen von Titan, wie Triisopropyltitanat, mit einer gasförmigen orgarüschen
Verbindung von Silicium, wie Tetraäthoxysilan, und Überleitung des sich ergebenden Gasgemisches
auf einen vorbestimmten, auf eine Temperatur von 300 bis 5000C erhitzten und gehaltenen
Grundhalbleiter, um damit zu reagieren.
Claims (3)
1. Unzulängliche Isolierungseigenschaften,
Patentansprüche: 2. eine zu große Dielektrizitätskonstante,
,„,.,., ■ . , . ^, 3. Nicht-Glätte chemischer Ätzung und insbesondere
1 Halbleiterelement mit einer auf der Ober- Schwierigkeiten beim Ausführen höchstgenauer
flache einer Halbleiterbasis befindlichen TiO2-SiO,- 5 Ätzarbeiten durch photolithographische Ätz-
Mischschicht (12), gekennzeichnetdurch technik
einen Gehalt von weniger als 0,02 Gewichtsprozent , .'-„·„-. je- „ i,„r.n„
Titandioxyd in der Miichschicht. 4· unregelmäßige Veränderungen der Eigenschaften
2. Halbleiterelement nach Anspruch 1, gekenn- ^er Isoherschicht, Ae sich aus der komplizierten
zeichnet durch einen Gehalt von 0,005 bis o!o2 Ge- lo £«*tion zwischen den beiden Oxyder.von
Wichtsprozent Titandioxyd in der Mischschicht (12). Silicium und Titan wahrend des Verfahrens der
3. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter- Hochtemperatur-Behandlung ergeben, und
elements nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- 5. das Auftreten von ungewissen Änderungen der zeichnet, daß bei der Bildung der Mischschicht elektrischen Eigenschaften des Halbleiters auf eine gasförmige organische Verbindung von Si- 15 Grund von elektrischen Ladungen in der Schicht Jicium und eine gasförmige organische Verbindung nach Anlegen einer elektrischen Spannung.
elements nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- 5. das Auftreten von ungewissen Änderungen der zeichnet, daß bei der Bildung der Mischschicht elektrischen Eigenschaften des Halbleiters auf eine gasförmige organische Verbindung von Si- 15 Grund von elektrischen Ladungen in der Schicht Jicium und eine gasförmige organische Verbindung nach Anlegen einer elektrischen Spannung.
von Titan in einem dem Mischverhältnis in der Ferner sind Halbleiterelemente mit Titan-Silikat-Mischschicht
entsprechenden vorbestimmten Ver- Schichten bekannt. In derartigen Schichten schwankt
hältnis gemischt werden und daß dieses Gas- jedoch die dielektrische Konstante beträchtlich, wenn
gemisch auf eine vorbestimmte Oberfläche einer 20 TiO2 in einer Menge von mehreren Gewichtsprozent
auf einer Temperatur von 300 bis 500° C gehaltenen vorhanden ist. Derartige Schichten oder Filme sind als
Halbleiterbasis geführt wird. Passivierungsfilm ungeeignet, da ein derartiger Film
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn- nicht nur eine zu große Dielektrizitätskonstante aufzeichnet,
daß Tetraäthoxysilan und Triisopropyl- weist, sondern insbesondere Schwankungen hinsichttitanat
als organische Verbindung von Silicium 25 lieh der Eigenschaften der Isolierschicht und Schwanbzw,
als organische Verbindung von Titan ver- kungen hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften des
wendet werden. Halbleiters auftreten.
Femer ist die Zersetzung organischer Ti-Verbin-
düngen zur Herstellung der das entsprechende Metall
30 enthaltenden Schichten aus der Gasphase bekannt.
Hierbei handelt es sich um die Herstellung von titan-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiter- keramischen Filmen aus Gemischen einer Organoelement
mit einer isolierenden Schicht auf der Ober- titanverbindung und eines Erdalkalis oder Erdalkalifläche
einer Halbleiterbasis. salzes. Hieraus kann jedoch nichts über Halbleitsr-
Eine Schicht aus Siliciumdioxyd, die bei einer 35 elemente mit TiO^SiOs-Mischschichten und deren
niedrigen Temperatur gebildet wurde, ist häufig ver- Eigenschaften entnommen werden,
wendet worden als Oberflächenschutzschicht und als Aufgabe der Erfindung ist es, ein Halbleiterelement
Schutzschicht (Maske) gegen Verunreinigungs-Diffu- mit einer isolierenden Schicht, die ausgezeichnete
sion eines Halbleiterelements mit einem Silicium- oder elektrische Eigenschaften und eine ausgezeichnete
Germaniumgrundmaterial oder als isolierende Schicht 40 Stabilität besitzt, zur Verfügung zu stellen,
eines Feldeffektelementes. Gewöhnlich wird eine der- Erfindungsgegenstand ist ein Halbleiterelement mit
artige Siliciumdioxydschicht auf der Oberfläche des einer auf der Oberfläche einer Halbleiterbasis befind-
Grundmaterials gebildet durch thermische Zersetzung liehen TiOg-SiOjj-Mischschicht, gekennzeichnet durch
einer organischen Verbindung von Silicium, wie z. B. einen Gehalt von weniger als 0,02 Gewichtsprozent
Äthylsilikat bei einer Temperatur von 300 bis 8000C, 45 Titandioxyd in der Mischschicht,
d. h. durch ein Verfahren, das als chemisches Dampf- Das Halbleiterelement der Erfirdung bzw. dessen
anwachsen bei niedrigen Temperaturen bezeichnet Isolierfilm weist keine Schwankungen der Dielektrizi-
wird. Jedoch besitzt die nach diesem Verfahren ge- tätskonstante auf und besitzt außerdem die erwünsch-
bildete Siliciumschicht auf Grund dei niedrigen Tem- ten Eigenschaften, daß Kriechstromschwankungen
peratur merklich schlechtere Eigenschaften wie Dichte, 50 und Schwankungen des Wertes Nfb vermieden oder
Isolierung und Feuchtigkeitswiderstand im Vergleich herabgesetzt werden und die Stabilisierung bei ther-
zu der üblichen thermischen Oxydationsschicht, d. h. mischen Zyklen erzielt wird.
der Siliciumdioxydschicht, die durch Behandlung Der Gehalt an Titandioxyd in der Mischschicht des
eines Siliciummaterials bei hohen Temperaturen in Halbleiterelementes der Erfindung beträgt vorzugs-
einer oxydierenden Atmosphäre gebildet wird. Dafür 55 weise 0,005 bis 0,02 Gewichtsprozent,
kann die Siliciumdioxydschicht, die durch das Ver- Das Halbleiterelement gemäß der Erfindung wird in
fahren des Dampfanwachsens bei niedrigen Tempe- der Weise hergestellt, daß bei der Bildung der Misch-
raturen gebildet wird, kaum für ein Halbleiterelement schicht eine gasförmige organische Verbindung von
verwendet werden, das hohe Zuverlässigkeit erfordert. Silicium und eine gasförmige organische Verbindung
Andererseits wurde eine Schicht aus Titandioxyd 60 von Titan in einem dem Mischverhältnis in der Misch-
(TiO2) in einer der chemischen Niedertemperatur- schicht entsprechenden vorbestimmten Verhältnis ge-
forraung einer Siliciumoxydschicht ähnlichen Weise mischt werden und daß dieses Gasgemisch auf eine
gebildet. Es wurden viele Versuche gemacht, um die vorbestimmte Oberfläche einer auf einer Temperatur
Titandioxydschicht allein oder zusammön mit der von 300 bis 5000C gehaltenen Halbleiterbasis geführt
Siliciumdioxydschicht für das Halbleiterelement zu 65 wird.
verwenden. Jedoch hat eine isolierende Schicht, die Vorzugsweise dient als organische Verbindung von
einen vergleichbar großen Betrag von Titandioxyd auf- Silicium bzw. als organische Verbindung von Titan
weist, folgende Nachteile: Tetraäthoxysilan und Triisopropyltitanat.
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1970
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