NL7902878A - Semiconductor prodn. method using etched layers - obtaining silicon-oxide layer by thermal oxidation following ion implantation in non-oxidised layers - Google Patents
Semiconductor prodn. method using etched layers - obtaining silicon-oxide layer by thermal oxidation following ion implantation in non-oxidised layers Download PDFInfo
- Publication number
- NL7902878A NL7902878A NL7902878A NL7902878A NL7902878A NL 7902878 A NL7902878 A NL 7902878A NL 7902878 A NL7902878 A NL 7902878A NL 7902878 A NL7902878 A NL 7902878A NL 7902878 A NL7902878 A NL 7902878A
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- silicon
- layer
- pattern
- oxidation
- oxide
- Prior art date
Links
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 title claims abstract description 53
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 title claims abstract description 53
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 16
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 12
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 12
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 102
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 102
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 101
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 22
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 claims abstract description 18
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Substances N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 238000002513 implantation Methods 0.000 claims description 23
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 20
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 20
- -1 nitrogen ions Chemical class 0.000 claims description 19
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 claims description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 7
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 2
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 14
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 6
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 5
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 4
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 3
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 239000000370 acceptor Substances 0.000 description 1
- HAYXDMNJJFVXCI-UHFFFAOYSA-N arsenic(5+) Chemical compound [As+5] HAYXDMNJJFVXCI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000010849 ion bombardment Methods 0.000 description 1
- WPRVMQRVBHPSSI-UHFFFAOYSA-N lithium oxygen(2-) silicon(4+) Chemical compound [Si+4].[O-2].[Li+] WPRVMQRVBHPSSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66946—Charge transfer devices
- H01L29/66954—Charge transfer devices with an insulated gate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
- H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
- H01L21/02227—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process
- H01L21/0223—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate
- H01L21/02233—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate of the semiconductor substrate or a semiconductor layer
- H01L21/02236—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate of the semiconductor substrate or a semiconductor layer group IV semiconductor
- H01L21/02238—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate of the semiconductor substrate or a semiconductor layer group IV semiconductor silicon in uncombined form, i.e. pure silicon
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
- H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
- H01L21/02227—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process
- H01L21/02255—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by thermal treatment
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/762—Charge transfer devices
- H01L29/765—Charge-coupled devices
- H01L29/768—Charge-coupled devices with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/76866—Surface Channel CCD
- H01L29/76875—Two-Phase CCD
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/788—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with floating gate
- H01L29/7881—Programmable transistors with only two possible levels of programmation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Abstract
Description
è. 4 N.V. Philips· Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.e. 4 N.V. Philips · Incandescent lamp factories in Eindhoven.
13Λ.79 1 PHN 9^1¾13Λ.79 1 PHN 9 ^ 1¾
Werkwijze ter vervaardiging van een halfgeleiderinrichting.A method of manufacturing a semiconductor device.
De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleiderinrichting, waarbij op het oppervlak van althans een deel van een halfge-leidergebied van silicium een isolerende laag wordt aange-5 bracht, op welke isolerende laag een siliciumlaag wordt aangebracht die met behulp van een maskeringslaag in een patroon wordt geëtst, waarna het vrijliggende oppérvlak van het siliciumpatroon door thermisch oxyderen van een silici-umoxydelaag wordt voorzien, tijdens welke oxydatie het onder 10 de isolerende laag gelegen siliciumgebied nagenoeg niet wordt geoxydeerd.The invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, in which an insulating layer is applied to the surface of at least a part of a semiconductor region of silicon, to which insulating layer is applied by means of a masking layer is etched in a pattern, after which the exposed surface of the silicon pattern is provided with a silicon oxide layer by thermal oxidation, during which oxidation the silicon region located below the insulating layer is practically not oxidized.
De uitvinding heeft voorts betrekking op een halfgeleiderinrichting, vervaardigd door toepassing van de werkwijze .The invention further relates to a semiconductor device manufactured by applying the method.
15 Een werkwijze van de beschreven soort is bekend uit de Nederlandse octrooiaanvrage 7116013· Bij deze bekende werkwijze wordt op het siliciumgebied een isolerende laag van oxydatieverhinderend materiaal, bijvoorbeeld een, desgewenst op en/of onder een dunne oxydelaag gelegen sili-20 ciumnitridelaag aangebracht. Deze isolerende laag verhindert tijdens de thermische oxydatie van het er op aangebrachte siliciumpatroon de oxydatie van het aan weerszijden van het patroon gelegen siliciumoppervlak. Daardoor kan zonder bezwaar het siliciumpatroon voorzien worden van een relatief dikke oxydelaag, hetgeen van belang kan zijn bijvoorbeeld 7 0 fl 9 7(? I * 13.^.79 2 PHN 9414 wanneer het siliciumpatroon door deze oxydelaag van een erboven gelegen geleider moet worden geïsoleerd, of wanneer het geoxydeerde siliciumpatroon als etsmasker voor het etsen van contactvensters in de isolerende laag moet worden 5 gebruikt.A method of the described type is known from Dutch patent application 7116013. In this known method, an insulating layer of oxidation-preventing material, for example an silicon nitride layer, optionally located on and / or under a thin oxide layer, is applied to the silicon area. This insulating layer prevents the oxidation of the silicon surface located on either side of the pattern during the thermal oxidation of the silicon pattern applied to it. As a result, the silicon pattern can be provided with a relatively thick oxide layer without objection, which may be important, for example, 7 0 fl 9 7 (? I * 13. ^. 79 2 PHN 9414, if the silicon pattern is to be guided by an oxide conductor above this conductor layer. insulated, or when the oxidized silicon cartridge is to be used as an etching mask for etching contact windows into the insulating layer.
In de praktijk stuit de genoemde toepassing van een siliciumnitridelaag echter vaak op bezwaren. Zo kan, in het bijzonder bij MOS-transistoren, ladingsinjectie vanuit het siliciumsubstraat in de nïtridelaag aan de zij-' 10 de van de afvoerzone, waar de veldsterkte hoog is, de drem-pelspanning veranderen. Ook is het, wanneer het siliciumpatroon als stuurelektrode van een veldeffektinrichting wordt gebruikt, vaak moeilijk om de combinatie van de siliciumnitridelaag met de onderliggende oxydelaag en eventuele 15 verdere lagen, die tezamen de genoemde isolerende laag vormen, de voor de stuurelektrode-isolatie gewenste geringe dikte te geven. Verder is het moeilijk, om bij samengestelde oxyde-nitridelagen het aantal oppervlaktetoestanden en interface-toestanden even laag te houden als wanneer alléén 20 een silicium-oxydelaag wordt gebruikt. Bovendien zijn, in het geval dat contactvensters in de isolerende laag boven het niet-geoxydeerde siliciumgebied moeten worden geëtst, voor het verwijderen van samengestelde oxyde-nitridelagen meerdere etsstappen vereist.In practice, however, the aforementioned use of a silicon nitride layer often meets with drawbacks. For example, especially with MOS transistors, charge injection from the silicon substrate into the nitride layer at the side of the drain zone, where the field strength is high, can change the threshold voltage. Also, when the silicon pattern is used as the control electrode of a field-effect device, it is often difficult to combine the silicon nitride layer with the underlying oxide layer and any further layers, which together form the said insulating layer, the small thickness desired for the control electrode insulation. to give. Furthermore, with composite oxide-nitride layers, it is difficult to keep the number of surface states and interface states as low as when using a silicon oxide layer alone. In addition, in the case where contact windows are to be etched in the insulating layer above the non-oxidized silicon region, multiple etching steps are required to remove composite oxide-nitride layers.
25 Opgemerkt wordt verder, dat uit het Duitse octrooi- schrift 2250129 een werkwijze bekend is voor het vormen van oxydelagen van verschillende dikte op een siliciumoppervlak, door vóór de oxydatie plaatselijk oxydatie bevorderende en plaatselijk oxydatieremmende ionen in het oppervlak te im-30 planteren. Een toepassing van deze werkwijze voor het verkrijgen van een relatief dikke oxydelaag op een siliciumpatroon dat door een dunne oxydelaag van een onderliggend siliciumgebied wordt gescheiden, zonder daarbij dit siliciumgebied merkbaar te oxyderen is echter aan dit octrooi-35 schrift niet te ontlenen.It is further noted that German patent 2250129 discloses a method for forming oxide layers of different thickness on a silicon surface, by implanting locally oxidation-promoting oxidation-promoting ions and local oxidation-inhibiting ions into the surface. However, an application of this method for obtaining a relatively thick oxide layer on a silicon pattern which is separated by a thin oxide layer from an underlying silicon region, without noticeably oxidizing this silicon region, cannot be derived from this patent.
De uitvinding beoogt onder meer, een werkwijze aan te geven voor het vervaardigen van een halfgeleiderin-richting voorzien van een door een isolerende laag van het 7902878 * * 13.^.79 3 PHN 9ΗλΚ onderliggende halfgeleideroppervlak gescheiden, geoxydeerd siliciumpatroon zonder de noodzaak van het neerslaan van een siliciumnitride bevattende laag.One of the objects of the invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device comprising an oxidized silicon pattern separated by an insulating layer from the underlying semiconductor surface of the 7902878 * * 13. ^. 79 3 PHN 9ΗλΚ without the need for the precipitation of a silicon nitride-containing layer.
Een werkwijze van de in de aanhef beschreven S soort is volgens de uitvinding daardoor gekenmerkt, dat een isolerende laag van siliciumoxyde wordt aangebracht en dat na het in patroon etsen van de siliciumlaag en vóór de thermische oxydatie in aanwezigheid van althans een deel van de maskeringslaag via de isolerende laag door ionen-10 implantatie in het oppervlak van het siliciumgebied aan weerszijden van het siliciumpatroon oxydatieremmende ionen worden aangebracht, waarbij de op het siliciumpatroon aanwezige delen van de maskeringslaag tegen deze implantatie maskeren.According to the invention, a method of the S type described in the preamble is characterized in that an insulating layer of silicon oxide is applied and that after patterning the silicon layer and before the thermal oxidation in the presence of at least part of the masking layer via the insulating layer is applied by ion implantation in the surface of the silicon region on either side of the silicon pattern to inhibit oxidation-inhibiting ions, the parts of the masking layer present on the silicon pattern masking against this implantation.
15 Opgemerkt dient te worden, dat onder ionenimplan tatie in deze aanvraag mede begrepen wordt een bij deze implantatie behorende thermische nabehandeling (z.g."annealen"). De oxydatieremmende ionen kunnen bijvoorbeeld onder omstandigheden eerst tijdens deze thermische nabehandeling door 20 diffusie in het siliciumgebied doordringen.It should be noted that ion implantation in this application also includes a thermal after-treatment associated with this implantation (so-called "annealing"). The oxidation-inhibiting ions can, for example, only penetrate into the silicon region during this thermal post-treatment by diffusion under conditions.
Door toepassing van een ionenbombardement op de beschreven wijze kan het gebruik van siliciumnitride bevattende lagen met de eerder beschreven daaraan verbonden nadelen worden vermeden, terwijl toch alle voordelen met be-25 trekking tot zelf-uitrichting behouden blijven.By using ion bombardment in the manner described, the use of silicon nitride-containing layers with the previously described associated drawbacks can be avoided, while still retaining all advantages with respect to self-alignment.
De uitvinding kan in principe worden toegepast onder gebruikmaking van elk gewenst oxydatieremmend ion.The invention can in principle be applied using any desired oxidation-inhibiting ion.
Bij voorkeur echter gebruikt men stikstofionen, die niet als donor of als acceptor werken en zeer goede oxydatie-30 remmende eigenschappen hebben. Met voordeel wordt verder een zodanige implantatie-energie gekozen, dat de maximum-concentratie van de oxydatieremmende ionen zich binnen een afstand van ongeveer 20 nm van het grensvlak tussen de isolerende oxydelaag en het siliciumgebied,hetzij in 35 het siliciumgebied of in de oxydelaag, bevindt. De concentratie van de geïmplanteerde oxydatieremmende ionen aan het grensvlak tussen de isolerende oxydelaag en het sili- 21 ciumgebied bedraagt bij voorkeur tenminste 10 ionen per 790 2 8 78 * < % 13.^.79 ^ PHN 9k14 3 cm , teneinde een effektieve oxydatieremmende werking te verkrijgen.Preferably, however, nitrogen ions are used which do not act as donors or as acceptors and which have very good oxidation-inhibiting properties. Advantageously, an implantation energy is further chosen such that the maximum concentration of the oxidation inhibiting ions is within a distance of about 20 nm from the interface between the insulating oxide layer and the silicon region, either in the silicon region or in the oxide layer. . The concentration of the implanted oxidation-inhibiting ions at the interface between the insulating oxide layer and the silicon region is preferably at least 10 ions per 790 2 8 78 <% 13. ^. 79 ^ PHN 9k14 3 cm, in order to have an effective oxidation-inhibiting effect to obtain.
De afremming van de thermische oxidatie van silicium door implantatie van bijvoorbeeld stifstofionen is veel effek-5 tiever wanneer de stikstofionen in of door een SiO^ laagje worden geïmplanteerd, zodanig dat de range van de implantatie in de buurt van het Si/SiO^ grensvlak ligt, dan wanneer dezelfde implantatie met dezelfde ionendosis wordt toegepast op onbedekt silicium,, of op; silic,ium dat.bedekt is met · 10 een laagje SiOg dat dun is ten opzichte van de range van de implantatie.The inhibition of the thermal oxidation of silicon by implantation of, for example, nitrogen ions is much more effective when the nitrogen ions are implanted in or through a SiO 2 layer, such that the range of the implantation is close to the Si / SiO 2 interface. than when the same implantation with the same ion dose is applied to uncovered silicon, or to; Silicon covered with a layer of SiOg which is thin relative to the range of implantation.
Een verdere voorkeursuitvoering van de werkwijze volgens de uitvinding is daardoor gekenmerkt, dat het sili-ciumgebied voorzien wordt van een althans ten dele in het 15 gebied verzonken oxydepatroon, dat een deel van het sili- ciumgebied omringt, op welk deel de isolerende laag van si-liciumoxyde wordt aangebracht, en dat het siliciumpatroon gedeeltelijk op het verzonken oxydepatroon wordt aangebracht. Deze voorkeursuitvoering geeft'niet alleen een grote pak-20 kingsdichtheid doch maakt ook een grotere mate van zelf- uitrichting mogelijk, in het bijzonder in het geval dat in de isolerende laag contactvensters worden geëtst. Daarbij kunnen dan met voordeel het verzonken oxydepatroon en/of het geoxydeerde siliciumpatroon als etsmasker worden ge-25 bruikt.A further preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that the silicon region is provided with an oxide pattern at least partly sunk in the region, which surrounds part of the silicon region, on which part the insulating layer of silicon lithium oxide is applied, and that the silicon pattern is partially applied to the sunken oxide pattern. This preferred embodiment not only gives a high packing density, but also allows a greater degree of self-alignment, especially in the case where contact windows are etched in the insulating layer. The sunken oxide pattern and / or the oxidized silicon pattern can then advantageously be used as an etching mask.
De uitvinding zal nader beschreven worden aan de hand van enkele uitvoeringsvoorbeelden en de tekening, waarin Figuur 1 t/m k, 6A t/m 8B, 1OA en 10B schematisch in dwarsdoorsnede een veldeffekttransistor met geïsoleerde 30 stuurelektrode-ionen in opeenvolgende stadia van vervaardiging volgens de uitvinding, Figuur 5 en 9 bovenaanzichten van de veldeffekttransistor in het stadium van Figuur 6A en 6B respektievelijk Figuur 1OA en 1OB tonen,The invention will be further described with reference to some exemplary embodiments and the drawing, in which Figures 1 to 6A to 8B, 10A and 10B schematically show in cross section a field effect transistor with insulated control electrode ions in successive stages of manufacture according to the invention, Figures 5 and 9 show plan views of the field effect transistor in the stages of Figures 6A and 6B and Figures 10A and 1OB, respectively,
Figuur 1OC een dwarsdoorsnede overeenkomend met Figuur 1OA 35 toont bij een variant van de werkwijze volgens de uitvinding, Figuur 11 t/m 16 schematisch in dwarsdoorsnede een ladings-gekoppelde inrichting (CCD) tonen in opeenvolgende stadia van vervaardiging volgens de uitvinding, 790 28 78 * * 13-^.79 5 PHN 9^kFigure 1OC shows a cross-section corresponding to Figure 1OA 35 in a variant of the method according to the invention, Figures 11 to 16 schematically show in cross-section a charge-coupled device (CCD) in successive stages of manufacture according to the invention, 790 28 78 * * 13 - ^. 79 5 PHN 9 ^ k
Figuur 17 oxydatiekarakteristieken van silicium met en zonder stikstofionenimplantatie toont,Figure 17 shows oxidation characteristics of silicon with and without nitrogen ion implantation,
Figuur 18 oxydatiekarakteristieken van door verschillende oxydedikten heen met stikstofionen gebombardeerd silicium 5 toont, enFigure 18 shows oxidation characteristics of silicon bombarded with nitrogen ions through different oxide thicknesses, and
Figuur 19 schematisch een dwarsdoorsnede door een andere halfgeleiderinrichting toont in een stadium van vervaardiging volgens een variant van de uitvinding.Figure 19 schematically shows a cross-section through another semiconductor device at a stage of manufacture according to a variant of the invention.
De figuren zijn schematisch en niet op schaal 10 getekend, waarbij in het bijzonder de afmetingen in de dikterichting sterk zijn overdreven.The figures are schematic and not drawn to scale 10, in particular the dimensions in the thickness direction are greatly exaggerated.
De Figuren 1 t/m 10B tonen schematisch opeenvolgende stadia van een eerste uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding, waarbij een MOS-transistor wordt vervaardigd.Figures 1 to 10B schematically show successive stages of a first embodiment of the method according to the invention, in which an MOS transistor is manufactured.
15 Uitgegaan wordt (zie Fig. 1) van een halfgeleiderlichaam met een halfgeleidergebied 1 van silicium. In dit voorbeeld bestaat het gehele halfgeleiderlichaam uit silicium, hoewel dit geenszins noodzakelijk is. Het siliciumgebied 1 dat in de tekening is weergegeven bestaat bijvoorbeeld uit 20 p-type silicium met een soortelijke weerstand van 30 ohm cm. Het gebied 1 kan bijvoorbeeld een epitaxiale laag zijn, doch kan ook gevormd worden door een homogeen eenkristallijn siliciumplaatje, zoals in het hier besproken geval. Het gebied 1 wordt door selectieve oxydatie voorzien van een oxy-25 depatroon 2, dat een dikte heeft van ongeveer 2^um en over een diepte van ongeveer 1 yum in het gebied 1 is verzonken.It is assumed (see Fig. 1) a semiconductor body with a semiconductor region 1 of silicon. In this example, the entire semiconductor body is made of silicon, although this is by no means necessary. The silicon region 1 shown in the drawing consists, for example, of 20 p-type silicon with a resistivity of 30 ohm cm. The region 1 can be, for example, an epitaxial layer, but it can also be formed by a homogeneous single crystalline silicon wafer, as in the case discussed here. The region 1 is selectively oxidized to provide an oxide cartridge 2, which has a thickness of about 2 microns and is sunk into the region 1 over a depth of about 1 micron.
Het oxydepatroon 2 omringt in dit voorbeeld een vierkant deel van het siliciumgebied 1. De omtrek van dit deel is in bovenaanzicht in de figuren 5 en 9 met (a) aangeduid.In this example, the oxide pattern 2 surrounds a square part of the silicon region 1. The periphery of this part is indicated by a in top view in Figures 5 and 9.
30 Het aanbrengen van het oxydepatroon 2 geschiedt op in de halfgeleidertechniek algemeen gebruikelijke wijze, zoals beschreven in Philips Research Reports, Vol.25, 1970, blz. II8-132. De wijze van aanbrengen van dit verzonken oxydepatroon is verder voor de uitvinding van geen belang en 35 zal hier dan ook niet in detail beschreven worden. In plaats van een verzonken oxydepatroon kan ook een oxydepatroon worden aangebracht dat zich niet onder het siliciumoppervlak 3 uitstrekt, bijvoorbeeld door pyrolithisch neerslaan van 7902878 13.^.79 6 PHN 9kIk , t, fc oxyde, of door eerst het gehele oppervlak van een 2yum dikke oxydelaag te voorzien en deze binnen het genoemde vierkante gebied weg te etsen.The application of the oxide pattern 2 is effected in a manner generally customary in the semiconductor technique, as described in Philips Research Reports, Vol. 25, 1970, pp. II8-132. The manner of applying this countersunk oxide pattern is of no further importance for the invention and will therefore not be described in detail here. Instead of a countersunk oxide cartridge, an oxide cartridge can also be provided which does not extend below the silicon surface 3, for example by pyrolithic deposition of 7902878 13. 79 6 PHN 9kI, t, fc oxide, or by first the entire surface of a 2 µm provide a thick oxide layer and etch it away within said square area.
Op het oppervlak 3 van het siliciumgebied 1 wordt 5 nu (zie Fig. 2) een isolerende laag k aangebracht, door thermische oxydatie bij 950° in droge zuurstof gedurende 135 minuten. De oxydelaag k heeft een dikte van 0,07y,um.An insulating layer k is now applied to the surface 3 of the silicon region 1 (see Fig. 2), by thermal oxidation at 950 ° in dry oxygen for 135 minutes. The oxide layer k has a thickness of 0.07 µm.
Daarna wordt (zie. Fig» 3)= op* de isolerende laag k (en ook op het qxydepatroon--2)--een laag"5 van', ptolykris-: ·' 10 tallijn silicium neergeslagen, volgens in de halfgeleider-techniek algemeen gebruikelijke methoden. De siliciumlaag 5 is in dit voorbeeld N-type geleidend, heeft een dikte van bijvoorbeeld 0,5^υ·ΐη en heeft een laagweerstand van ongeveer 30 ohm per vierkant.Then (see Fig. 3) = on * the insulating layer k (and also on the oxide pattern - 2) - a layer "5 of", ptolykris-: · "10 talline silicon is deposited, according to the semiconductor In general, conventional methods The silicon layer 5 in this example is N-type conductive, has a thickness of, for example, 0.5 ^ υ · ΐη and has a layer resistance of about 30 ohms per square.
15 De siliciumlaag 5 wordt vervolgens door thermische oxydatie voorzien van een 0,2^um dikke laag 6 van silicium-oxyde, zie Fig. k,The silicon layer 5 is then provided with a 0.2 µm thick layer 6 of silicon oxide by thermal oxidation, see Fig. k,
Op de plaats waar later een contactvenster op de stuurelektrode van de MOS-transistor zal moeten worden aan-20 gebracht, wordt nu de oxydelaag 6 in dikte gereduceerd tot ongeveer 0,05/um. Daartoe wordt (zie Fig.6a en 6b) de oxydelaag 6 bedekt met een fotolaklaag 75 waarin door belichten en ontwikkelen een venster 8 (zie Figuur 5 en Fig. 6b) wordt gevormd. Figuur 6A geeft schematisch een dwarsdoorsnede vol-25 gens de lijn AA‘, en Figuur 6B geeft schematisch een dwarsdoorsnede volgens de lijn BB’ van Figuur 5 weer. Daarna wordt binnen het venster 8 de oxydelaag 6 tot op een dikte van 0,05y'Um weggeëtst waarna het fotolakmasker 7 wordt verwijderd. Men kan ook binnen het venster 8 de oxydelaag 6 ge-30 heel wegetsen en later door een lichte oxydatie weer een oxydelaag van 0,05yum dikte aanbrengen.The oxide layer 6 is now reduced in thickness to about 0.05 µm at the location where a contact window will later have to be provided on the control electrode of the MOS transistor. For this purpose (see Fig. 6a and 6b) the oxide layer 6 is covered with a photoresist layer 75 in which a window 8 (see Fig. 5 and Fig. 6b) is formed by exposure and development. Figure 6A schematically shows a cross-section along line AA ", and Figure 6B schematically shows a cross-section along line BB" of Figure 5. The oxide layer 6 is then etched away within the window 8 to a thickness of 0.05 µm, after which the photoresist mask 7 is removed. It is also possible to etch away the oxide layer 6 completely within the window 8 and to apply an oxide layer of 0.05 µm thickness again later by a light oxidation.
Vervolgens wordt de siliciumlaag 6 met de daarop aanwezige oxydelaag in patroon geëtst. Dit geschiedt op gebruikelijke wijze door met behulp van een fotolakmasker 35 (niet getekend) eerst de oxydelaag 6 en daarna de siliciumlaag 5 plaatselijk weg te etsen. Daarbij kan het fotolakmasker na het etsen van de oxydelaag 6 verwijderd worden, waarna de overblijvende delen van de laag 6 als maskerings- 7902878 13.4.79 7 PHN 94i4 laag voor het in patroon etsen van de siliciumlaag 5 dienen. Men kan ook de fotolaklaag laten zitten tot na het etsen van de siliciumlaag 5· Ofschoon dit niet noodzakelijk is, wordt hierna de oxydelaag 4 aan weerszijden van het 5 siliciumpatroon bij voorkeur dun geëtst, bijvoorbeeld tot 0,035y'Um, zodat de gewenste te implanteren ionendosis aan het siliciumoppervlak gemakkelijk kan worden verkregen.The silicon layer 6 with the oxide layer thereon is then etched into a pattern. This is done in the usual manner by locally etching away the oxide layer 6 and then the silicon layer 5 using a photoresist mask 35 (not shown). The photoresist mask can herein be removed after etching the oxide layer 6, after which the remaining parts of the layer 6 serve as masking 7902878 13.4.79 7 PHN 94i4 for pattern etching the silicon layer 5. The photoresist layer can also be left until after the etching of the silicon layer 5. Although this is not necessary, the oxide layer 4 on either side of the silicon pattern is then preferably etched thinly, for example up to 0.035 µm, so that the desired one can be implanted. ion dose at the silicon surface can be easily obtained.
Na het in patroon etsen van de siliciumlaag 5 en het verwijderen van de fotolaklaag wordt, in aanwezigheid 10 van de op het siliciumpatroon gelegen delen van de oxydelaag 6, het gehele oppervlak gebombardeerd met oxydatie-remmende ionen, in dit voorbeeld stikstofionen (12 )volgens de pijlen 12, met een dosis van 4x101^ moleculaire stikstof . j,. 2 (Ng) ionen per cm en een implantatie-energie van 50 keV.After the pattern etching of the silicon layer 5 and the removal of the photoresist layer, in the presence of the parts of the oxide layer 6 lying on the silicon pattern, the entire surface is bombarded with oxidation-inhibiting ions, in this example nitrogen ions (12) according to arrows 12, with a dose of 4x101 ^ molecular nitrogen. j ,. 2 (Ng) ions per cm and an implantation energy of 50 keV.
15 Deze dosis en energie zijn zo gekozen, dat de maximumcon-centratie van de stikstofatomen zich binnen 20 nm van het grensvlak tussen de laag 4 en het gebied 1 bevindt, en zodanig dat de via de isolerende laag 4 in het oppervlak van het siliciumgebied 1 aangebrachte stikstofconcentratie na 20 het uitgloeien (annealen) voor het verminderen van de kris-talschade ter plaatse van het grensvlak 3 tussen de oxydelaag 4 en het onderliggende siliciumgebied 1 tenminste on-21 3 geveer 10 atomen per cm bedraagt. Dit uitgloeien vindt meestal plaats bij 900° a 1000° in stikstof gedurende on-25 geveer 15 minuten, voorafgaand aan de hierna volgende thermische oxydatie. Binnen het door het oxydepatroon 2 omringde deel van het siliciumgebied 1 is de dikte van de op het siliciumpatroon 5 aanwezige oxydelaag 6 zo groot, dat de laag 6 tegen de implantatie maskeert. Daardoor blijven in 30 de doorsnede AA' (Figuur 7A) de stikstofionen 12 (aangeduid door de stippellijn) praktisch alle in het oxyde 6 achter. In de doorsnede BB1 echter, waar de oxydelaag 6 veel dunner is, dringen de stikstofionen door tot in het oppervlak van het siliciumpatroon 5· (Fig.7B).This dose and energy are chosen such that the maximum concentration of the nitrogen atoms is within 20 nm of the interface between the layer 4 and the region 1, and such that the via the insulating layer 4 in the surface of the silicon region 1 applied nitrogen concentration after annealing (annealing) to reduce the crystal damage at the interface 3 between the oxide layer 4 and the underlying silicon region 1 is at least about 10 atoms per cm. This calcination usually takes place at 900 ° to 1000 ° in nitrogen for about 15 minutes, before the subsequent thermal oxidation. Within the part of the silicon region 1 surrounded by the oxide pattern 2, the thickness of the oxide layer 6 present on the silicon pattern 5 is so great that the layer 6 masks against the implantation. Therefore, in the cross section AA '(Figure 7A), the nitrogen ions 12 (indicated by the dotted line) practically all remain in the oxide 6. However, in the cross section BB1, where the oxide layer 6 is much thinner, the nitrogen ions penetrate into the surface of the silicon cartridge 5 (Fig. 7B).
35 Vervolgens wordt een oxydatie uitgevoerd bij 1000°C in vochtige zuurstof, gedurende ongeveer 90 minuten. Daarbij vormt zich op de blootliggende delen in het siliciumpatroon 5 een oxydelaag 13 ter dikte van ongeveer 0,5yum.Then, an oxidation is performed at 1000 ° C in moist oxygen for about 90 minutes. An oxide layer 13 of approximately 0.5 µm in thickness is formed on the exposed parts in the silicon pattern 5.
7902878 r * 13.4.79 8 PHN 9kAk7902878 r * 13.4.79 8 PHN 9kAk
Het onder de isolerende laag 4 gelegen silicium-gebied 1 (Fig. 8a) en het onder het verdunde deel van de oxydelaag 6 liggende deel van het siliciumpatroon 5 (Fig. 8B) worden daarbij nagenoeg niet geoxydeerd, tengevolge van de 5 aangebrachte stikstofionenconcentratie.The silicon region 1 located below the insulating layer 4 (Fig. 8a) and the part of the silicon cartridge 5 (Fig. 8B) lying under the diluted part of the oxide layer 6 are thereby virtually not oxidized, due to the nitrogen ion concentration applied.
De n-type aan- en afvoerzones 14 en 15 (Fig. 8a) kunnen nu worden aangebracht door implantatie van bijvoorbeeld arseenionenv waarbij ·1ΐ&±· geoocydeerda- siliciumpatroon 5, dat onder“ meer "de -stuurelektrode 'vormt', en het -oxyde-10 patroon 2 tegen deze implantatie maskeren, althans in de doorsnede AA* (Fig. 8a). Mocht het dunne gedeelte van de oxydelaag 6 in doorsnede BB' (Fig. 8b) niet tegen deze implantatie maskeren, dan kan daarop vooraf een (niet kritisch) masker, bijvoorbeeld een fotolakmasker, worden aangebracht.The n-type supply and discharge zones 14 and 15 (Fig. 8a) can now be applied by implantation of, for example, arsenic ion in which · 1ΐ & ± · geo-cydened silicon cartridge 5, which among other things "forms" the control electrode ", and the - oxide-10 mask cartridge 2 against this implantation, at least in section AA * (Fig. 8a) If the thin portion of the oxide layer 6 in section BB '(Fig. 8b) does not mask against this implantation, a prior (non-critical) mask, for example a photoresist mask, must be applied.
15 Wanneer het siliciumpatroon 5 reeds n-type geleidend is, zoals in dit voorbeeld, is ter plaatse van de doorsnede van Fig. 8B geen maskering nodig.When the silicon pattern 5 is already n-type conductive, as in this example, at the cross-section of FIG. 8B no masking required.
De volgorde van de arseen- en stikstofimplantaties kan ook worden omgekeerd, zodat na het verwezenlijken 20 van de struktuur volgens Fig. 7A en Fig. 7B eerst de aan- en afvoerzones gevormd worden, en daarna de stikstofimplantatie plaats heeft.The order of the arsenic and nitrogen implants can also be reversed, so that after the construction of FIG. 7A and FIG. 7B, the supply and discharge zones are first formed, and then the nitrogen implantation takes place.
Door een kort etsproces, waarbij geen etsmasker nodig is, worden nu de blootliggende delen van de oxyde-25 laag 4 alsmede het dunne deel van de oxydelaag 6 in doorsnede BB* (Fig. 8b) verwijderd. Daardoor ontstaan contact-gaten 16,17 en 18 voor de aan-en afvoerzones en op de stuur-elektrode. Door opdampen van bijvoorbeeld aluminium en etsen worden vervolgens de aanvosr-, afvoer- en stuurelektrode-30 aansluitingen 19»20 en 21 verwezenlijkt, in Fig. 9 in bovenaanzicht gearceerd aangeduid. Fig. 10A en 10B tonen doorsneden volgens de lijnen AA’ respektievelijk BB' in Figuur 9· Daarmee is de MOS-transistor gereed.By a short etching process, which does not require an etching mask, the exposed parts of the oxide layer 4 as well as the thin part of the oxide layer 6 in section BB * (Fig. 8b) are now removed. This creates contact holes 16, 17 and 18 for the supply and discharge zones and on the control electrode. By depositing, for example, aluminum and etching, the charge, discharge and control electrode connections 19, 20 and 21 are then realized, in FIG. 9 indicated in hatched plan view. Fig. 10A and 10B show cross sections along the lines AA 'and BB' respectively in Figure 9 · This completes the MOS transistor.
Volgens een variant van de werkwijze kan (zie 35 Fig. 10C), alvorens de metallisering aan te brengen, over het geheel een dikke siliciumoxydelaag 22 bijvoorbeeld door pyrolithisch neerslaan worden aangebracht, waarna in deze laag 22 contactvensters worden geëtst met behulp van 790 2 8 78 13*4.79 9 PHN 94l4 een masker dat niet kritisch is en ten opzichte van de aan-en afvoerzones verschoven mag zijn, zoals in Figuur 10C is aangegeven.According to a variant of the method (see 35 Fig. 10C), before applying the metallization, a thick silicon oxide layer 22 can be applied on the whole, for example by pyrolithic precipitation, after which contact windows are etched in this layer 22 using 790 2 8 78 13 * 4.79 9 PHN 94l4 a mask that is not critical and may be offset from the supply and discharge zones, as shown in Figure 10C.
In het beschreven voorbeeld werd voor het in pa-S troon etsen van de siliciumlaag een combinatie van een oxydelaag 6 en een fotolakmasker gebruikt. Dit is echter niet noodzakelijk, en in het volgende voorbeeld, waarin een ladingsgekoppelde inrichting wordt vervaardigd, wordt het siliciumpatroon .verkregen door alleen een fotolakmasker 10 toe te passen.In the example described, a combination of an oxide layer 6 and a photoresist mask was used for patterning the silicon layer. However, this is not necessary, and in the following example, in which a charge-coupled device is manufactured, the silicon pattern is obtained by using only a photoresist mask 10.
Ook in dit geval wordt (zie Figuur 11) uitgegaan van een p-type siliciumgebied 31» met een soortelijke weerstand van bijvoorbeeld 30 ohm.cm. Dit gebied wordt, evenals in het vorige voorbeeld, voorzien van een gedeeltelijk in 15 het silicium verzonken oxydepatroon 32, dat een rechthoekig, strookvormig deel van het gebied 1 van het oppervlak omringt. Op het oppervlak 33 wordt een isolerende laag 34 van siliciumoxyde aangebracht, bijvoorbeeld door thermische oxydatie, met een dikte van bijvoorbeeld eveneens 0,07^ΐΐιη.In this case too (see Figure 11), a p-type silicon region 31 »is assumed with a resistivity of, for example, 30 ohm.cm. As in the previous example, this region is provided with a partially embedded oxide pattern 32 in the silicon, which surrounds a rectangular, strip-shaped part of the region 1 of the surface. An insulating layer 34 of silicon oxide is applied to the surface 33, for example by thermal oxidation, with a thickness of, for example, also 0.07 µm.
20 Op de laag jh wordt een geleidende laag 35 van n-type poly-kristallijn silicium neergeslagen, met een dikte van 0,5^nm en een laagweerstand van bijvoorbeeld 20 tot 40 Ohm per vierkant.A conductive layer 35 of n-type polycrystalline silicon is deposited on the layer jh, with a thickness of 0.5 µm and a layer resistance of, for example, 20 to 40 Ohm per square.
Met behulp van een maskeringslaag bestaande uit 25 een op gebruikelijke wijze aangebracht fotolakmasker 36 wordt nu (zie Figuur 12) de siliciumlaag 35 in patroon gebracht; dit patroon bevat een aantal evenwijdige en onderling verbonden stroken.The silicon layer 35 is now patterned (see Figure 12) by means of a masking layer consisting of a photoresist mask 36 conventionally applied; this pattern contains a number of parallel and interconnected strips.
Vervolgens wordt het oppervlak (zie Fig. 13) on- 30 derworpen aan een bombardement met arseenionen 37» met bij- 1 5 voorbeeld een energie van 150 keV en een dosis van 4x10 2 ionen per cm . De arseenionen dringen door de oxydelaag 34 heen doch worden gemaskeerd door de fotolaklaag 36 en het oxydepatroon 32. Daarbij worden ongeveer 0,35y,um diepe n-35 type zones 38 gevormd in het gebied 1.Subsequently, the surface (see Fig. 13) is subjected to a bombardment with arsenic ions 37 »with, for example, an energy of 150 keV and a dose of 4x10 2 ions per cm. The arsenic ions penetrate through the oxide layer 34 but are masked by the photoresist layer 36 and the oxide pattern 32. Approximately 0.35 µm deep n-35 type zones 38 are formed in the region 1.
Daarna worden, in aanwezigheid van de maskeringslaag 36, via de oxydelaag 34 in het niet door het silicium-patroon 35 bedekte deel van het oppervlak van het gebied 1 790 28 78 ψ > 13.4.79 10 ΡΗΝ 9414 (zie Figpur 14) oxydatieremmende ionen aangebracht volgens de pijlen 39· Dit kunnen weer stikstofionen zijn, met een zodanige energie dat zij wel door de laag 34 maar niet door de fotolaklaag 36 heendringen. Ook is het mogelijk, 5 een energie en een dosis te kiezen waarbij de stikstof-ionen nog niet geheel door de laag 34 dringen, doch wel in een zodanige concentratie en op een zodanige diepte in de laag 34 aanwezig zijn, dat zij bij de bij de implantatie behorende uitgloeibehandeling (na verwijdering, van-het. . 10 fotolakmasker 36) tot in het oppervlak van het gebied 1 diffunderen. Als de laag 34 ongeveer 0,07^um dik is, kan dezelfde dosis en energie als in het voorafgaande voorbeeld worden gebruikt. Ook kunnen de uitgloeitemperatuur en -tijd dezelfde waarde hebben. Bij het uitgloeien wordt tevens de 15 kristalschade gevormd bij het implanteren van de arseen- ionen grotendeels hersteld. De plaats van de geïmplanteerde stikstofatomen aan het oppervlak is in Fig. 14 met de stippellijn 39' aangeduid.Thereafter, in the presence of the masking layer 36, oxidation-inhibiting ions are introduced via the oxide layer 34 into the part of the surface of the region not covered by the silicon pattern 35 1 790 28 78 ψ> 13.4.79 10 ΡΗΝ 9414 (see Figpur 14) applied according to arrows 39 · These may again be nitrogen ions, with such energy that they penetrate through the layer 34 but not through the photoresist layer 36. It is also possible to select an energy and a dose in which the nitrogen ions do not yet penetrate completely through the layer 34, but are present in the concentration 34 at such a depth and depth that they the implantation annealing treatment (after removal of the photoresist mask 36) diffuses into the surface of the region 1. When the layer 34 is about 0.07 µm thick, the same dose and energy as in the previous example can be used. The annealing temperature and time can also have the same value. Upon annealing, the crystal damage formed upon implantation of the arsenic ions is also largely repaired. The location of the implanted surface nitrogen atoms is shown in FIG. 14 indicated by the dotted line 39 '.
Hierna wordt het vrijliggende oppervlak van het 20 siliciumpatroon 35 door thermisch oxyderen in vochtige zuurstof bij 1000°C gedurende 90 minuten van een 0,5yum dikke oxydelaag 4θ voorzien, zie Figuur 15« Tengevolge van de aanwezigheid van de oxydatieremmende stikstofatomen « 39 worden de niet door het siliciumpatroon 35 bedekte de-25 len van het oppervlak bij dit oxydatieproces nagenoeg niet geoxydeerd, zodat de oxydelaag 34 vrijwel niet in dikte toeneemt.After this, the exposed surface of the silicon cartridge 35 is provided with a 0.5 µm thick oxide layer 4θ by thermal oxidation in moist oxygen at 1000 ° C. for 90 minutes, see Figure 15 «Due to the presence of the oxidation-inhibiting nitrogen atoms« 39, the Parts of the surface covered by the silicon pattern 35 in this oxidation process are substantially not oxidized, so that the oxide layer 34 hardly increases in thickness.
Na deze thermische oxydatie wordt een tweede geleidende laag aangebracht, bijvoorbeeld eveneens een poly-30 kristallijne siliciumlaag, of een aluminiumlaag, waaruit door fotolithografisch etsen een tweede geleiderpatroon 41 (zie Figuur 16) wordt gevormd. Dit tweede geleiderpatroon bevat eveneens een aantal evenwijdige stroken. Voorafgaand hieraan is eerst nog, onder toepassing van een niet-kritisch 35 fotolakmasker, ter plaatse van de uiterste zones 38 door wegetsen van de oxydelaag 34 het siliciumoppervlak blootgelegd. Daardoor sluit het geleiderpatroon 41 op de uiterste zones 38 aan, en vormt daar de ingang I en de uitgang 7902878 13.4.79 11 PHN 9414 U van de ladingsgekoppelde inrichting, zie Figuur 16. De zo verkregen inrichting is een zogenaamde tweefaze ladingsgekoppelde inrichting (CCD); zowel de elektroden 41 als de elektroden 35 worden om de andere op de klokspanning en 5 op de klokspanning aangesloten, zoals schematisch inAfter this thermal oxidation, a second conductive layer is applied, for example also a polycrystalline silicon layer, or an aluminum layer, from which a second conductor pattern 41 (see Figure 16) is formed by photolithographic etching. This second conductor pattern also contains a number of parallel strips. Prior to this, the silicon surface was first exposed, at the location of the extreme zones 38, by etching away the oxide layer 34, using a non-critical photoresist mask. As a result, the conductor pattern 41 connects to the extreme zones 38, and there forms the input I and the output 7902878 13.4.79 11 PHN 9414 U of the charge-coupled device, see Figure 16. The device thus obtained is a so-called two-phase charge-coupled device (CCD ); both electrodes 41 and electrodes 35 are connected to the clock voltage and 5 to the clock voltage every other, as schematically in
Figuur 16 aangegeven. De werking van deze ladingsgekoppelde inrichting, waarmee informatiedragende ladingspakketten van de ingangsaansluiting I naar de uitgangsaansluiting ü kunnen worden getransporteerd is in de literatuur op vele 10 plaatsen in detail beschreven, zie bijvoorbeeld het boek "Charge Transfer Devices" van C.H. Séquin en M.F. Torapsett, Jiew York 1975» in het bijzonder hoofdstuk III A2, blz. 25 t/m 30, en zal daarom hier niet nader worden besproken aangezien zij verder met de uitvinding geen verband houdt. Opis gemerkt wordt nog dat, wanneer de arseenimplantatie achterwege wordt gelaten, de ladingsgekoppelde inrichting ook kan functioneren, doch dan met meer dan twee klokspanningen.Figure 16 indicated. The operation of this charge-coupled device, with which information-carrying charge packets can be transported from the input terminal I to the output terminal ü has been described in detail in many places in the literature, see for example the book "Charge Transfer Devices" by C.H. Séquin and M.F. Torapsett, Jiew York 1975, in particular Chapter III A2, pp. 25-30, and therefore will not be discussed here further as it has no further connection with the invention. It is further noted that, if the arsenic implantation is omitted, the charge coupled device can also function, but with more than two clock voltages.
De uitvinding heeft in dit voorbeeld het belangrijke voordeel dat geen siliciumnitride bevattende laag be-20 hoeft te worden neergeslagen, terwijl toch de isolatie tussen de overlappende stuurelektroden 41 en 35 door een voldoende dikte van de oxydelaag 40 wordt verzekerd, en de laag 34 onder de stuurelektroden dun genoeg (nagenoeg even dik als onder de stuurelektroden35) is, om een efficiënte 25 besturing met niet te hoge klokspanningen mogelijk te maken.In this example, the invention has the important advantage that no silicon nitride-containing layer has to be deposited, while the insulation between the overlapping control electrodes 41 and 35 is nevertheless ensured by a sufficient thickness of the oxide layer 40, and the layer 34 below the control electrodes are thin enough (substantially as thick as under the control electrodes35) to allow efficient control with clock voltages that are not too high.
Ofschoon in dit voorbeeld terwille van de duidelijkheid van de tekening slechts een klein aantal stuurelek-troden getekend is, zal dit aantal in werkelijkheid meestal veel groter zijn.Although in this example only a small number of control electrodes are drawn for the sake of clarity of the drawing, this number will in reality usually be much larger.
30 De uitvinding is niet beperkt tot de gegeven uit- voeringsvoorbeelden, doch kan worden toegepast in alle gevallen waarbij een geoxydeerd siliciumpatroon moet worden verkregen zonder merkbare oxydatie van het aan weerszijden van dit patroon gelegen siliciumoppervlak. Daarbij kunnen 35 de geometrie van de te vervaardigen inrichting, de dikten van de silicium- en siliciumoxydelagen en de gebruikte do-teringsconcentraties door de vakman naar behoefte worden gekozen.The invention is not limited to the given exemplary embodiments, but can be applied in all cases where an oxidized silicon pattern is to be obtained without appreciable oxidation of the silicon surface located on either side of this pattern. In addition, the geometry of the device to be manufactured, the thicknesses of the silicon and silicon oxide layers and the doping concentrations used can be selected by the skilled person as required.
7902878 13.4.79 12 PHN 94147902878 13.4.79 12 PHN 9414
Vat betreft de thermische oxydatie wordt opgemerkt dat gebleken is, dat de remmende werking van geïmplanteerde stikstofionen veel sterker is voor een oxydatie in droge zuurstof dan voor een oxydatie in vochtige zuur-5 stof. De oxydatietijden zijn echter in droge zuurstof veel langer. In Figuur 17 is de dikte d van de oxydelaag in ^um op niet-geïmplanteerd n-type polykristallijn silicium met een laagweerstand van 30 Ohm per vierkant- .(curve A) 16 2 en op met een. stikstof ionendosis-.van -ifc. x. 4-0 - .ionen per «en * 10 bij 50 keV geïmplanteerd eenkristallijn silicium dat bij het begin van de oxydatie met een oxydelaag van 0,07yum bedekt is (curve B) weergegeven als functie van de oxydatie-tijd t in minuten, voor een oxydatie in vochtige zuurstof bij 1000° C.As regards thermal oxidation, it has been noted that the inhibitory effect of implanted nitrogen ions has been found to be much stronger for an oxidation in dry oxygen than for an oxidation in moist oxygen. However, the oxidation times in dry oxygen are much longer. In Figure 17, the thickness d of the oxide layer is in µm on unimplanted n-type polycrystalline silicon with a layer resistance of 30 ohms per square (curve A) 16 2 and on with one. nitrogen ion dose -of -ifc. X. 4-0 - ions per 10 and 10 at 50 keV implanted single crystalline silicon covered with an oxide layer of 0.07 µm at the start of the oxidation (curve B) shown as a function of the oxidation time t in minutes, for an oxidation in moist oxygen at 1000 ° C.
15 Zoals reeds eerder werd opgemerkt, is de oxydatie- remmende werking van geïmplanteerde stikstofatomen veel ef-fektiever wanneer deze ionen door een oxydelaag heen in de onmiddellijke nabijheid van het oxyde-siliciumgrensvlak worden geïmplanteerd, dan wanneer zij direct in het sili-20 cium, of via een ten opzichte van de implantatierange dunne oxydelaag worden geïmplanteerd. Als voorbeeld geeft Figuur 18 de oxydedikte in^um (voor oxydatie in vochtige zuurstof) als functie van de tijd in minuten voor een stik- 1 6 stofionenimplantatie van 55keV bij een dosis van 5x10 25 N* - ionen. Daarbij geeft curve I het geval van implantatie door een 50 nm dikke oxydelaag, en curve II dat van implantatie door een 70 nm dikke oxydelaag weer.As noted previously, the oxidation inhibitory activity of implanted nitrogen atoms is much more effective when these ions are implanted through an oxide layer in the immediate vicinity of the oxide-silicon interface than when they are directly in the silicon, or implanted through a thin oxide layer relative to the implantation range. As an example, Figure 18 shows the oxide thickness in µm (for oxidation in moist oxygen) as a function of time in minutes for a nitrogen ion implantation of 55keV at a dose of 5x10 25 N * ions. In addition, curve I represents the case of implantation through a 50 nm thick oxide layer, and curve II represents that of implantation through a 70 nm thick oxide layer.
Tenslotte wordt nog opgemerkt, dat herhaalde toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding mogelijk is.Finally it is noted that repeated application of the method according to the invention is possible.
30 Zo toont Figuur 19 in dwarsdoorsnede het aanbrengen van overlappende geoxydeerde polykristallijne stuurelektroden 55 en 56, waarbij eerst de elektrode 55 op de beschreven wijze aangebracht en geoxydeerd is, waarna over de oxydelaag 57 heen de tweede elektrode 56 wordt neergeslagen en 35 in patroon gebracht, en onder toepassing van althans een deel van het voor dit in patroon brengen gebruikte masker als implantatiemasker opnieuw stikstofionen 12 naast de elektrode 56 worden geïmplanteerd via de oxydelaag 54, ge- 790 2 8 78 13.4.79 13 PHN 9414 volgd door thermische oxydatie van de elektrode 5^· 5 10 15 20 25 30 35 790 2 8 78For example, Figure 19 shows in cross section the application of overlapping oxidized polycrystalline control electrodes 55 and 56, the electrode 55 being first applied and oxidized in the manner described, after which the second electrode 56 is deposited and patterned over the oxide layer 57, and using at least a portion of the mask used for this patterning as an implantation mask, nitrogen ions 12 are again implanted next to the electrode 56 through the oxide layer 54, followed by thermal oxidation of the 790 2 8 78 13.4.79 13 PHN 9414. electrode 5 ^ 5 10 15 20 25 30 35 790 2 8 78
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NL7902878A NL7902878A (en) | 1979-04-12 | 1979-04-12 | Semiconductor prodn. method using etched layers - obtaining silicon-oxide layer by thermal oxidation following ion implantation in non-oxidised layers |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NL7902878 | 1979-04-12 | ||
NL7902878A NL7902878A (en) | 1979-04-12 | 1979-04-12 | Semiconductor prodn. method using etched layers - obtaining silicon-oxide layer by thermal oxidation following ion implantation in non-oxidised layers |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NL7902878A true NL7902878A (en) | 1980-10-14 |
Family
ID=19832973
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NL7902878A NL7902878A (en) | 1979-04-12 | 1979-04-12 | Semiconductor prodn. method using etched layers - obtaining silicon-oxide layer by thermal oxidation following ion implantation in non-oxidised layers |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
NL (1) | NL7902878A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2496983A1 (en) * | 1980-12-23 | 1982-06-25 | Philips Nv | METHOD FOR THE SELF-ALIGNMENT OF A SEMICONDUCTOR DEVICE COMPRISING A VERY LOW DIMENSIONAL IGFET |
FR2591387A1 (en) * | 1985-12-10 | 1987-06-12 | Thomson Csf | METHOD FOR PRODUCING A LOAD TRANSFER DEVICE AND DEVICE OBTAINED THEREBY |
AT387474B (en) * | 1980-12-23 | 1989-01-25 | Philips Nv | METHOD FOR PRODUCING A SEMICONDUCTOR DEVICE |
US4833097A (en) * | 1986-05-12 | 1989-05-23 | Butler Alan L | Fabrication of MOS-transistors |
-
1979
- 1979-04-12 NL NL7902878A patent/NL7902878A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2496983A1 (en) * | 1980-12-23 | 1982-06-25 | Philips Nv | METHOD FOR THE SELF-ALIGNMENT OF A SEMICONDUCTOR DEVICE COMPRISING A VERY LOW DIMENSIONAL IGFET |
DE3150222A1 (en) * | 1980-12-23 | 1982-08-19 | Naamloze Vennootschap Philips' Gloeilampenfabrieken, 5621 Eindhoven | "METHOD FOR PRODUCING A SEMICONDUCTOR DEVICE" |
AT387474B (en) * | 1980-12-23 | 1989-01-25 | Philips Nv | METHOD FOR PRODUCING A SEMICONDUCTOR DEVICE |
FR2591387A1 (en) * | 1985-12-10 | 1987-06-12 | Thomson Csf | METHOD FOR PRODUCING A LOAD TRANSFER DEVICE AND DEVICE OBTAINED THEREBY |
EP0231688A1 (en) * | 1985-12-10 | 1987-08-12 | Thomson-Csf | Method of realizing a charge transfer device, and device manufactured thereby |
US4833097A (en) * | 1986-05-12 | 1989-05-23 | Butler Alan L | Fabrication of MOS-transistors |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0005720B1 (en) | Method of making a field effect transistor with insulated gate and very narrow effective channel | |
JP2995539B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
KR920002090B1 (en) | Method of manufacturing field effect transistor | |
US6696725B1 (en) | Dual-gate MOSFET with channel potential engineering | |
JPH0334669B2 (en) | ||
JPH0346976B2 (en) | ||
US4637128A (en) | Method of producing semiconductor device | |
US4642880A (en) | Method for manufacturing a recessed semiconductor device | |
US4905061A (en) | Schottky gate field effect transistor | |
US4523368A (en) | Semiconductor devices and manufacturing methods | |
US5972777A (en) | Method of forming isolation by nitrogen implant to reduce bird's beak | |
NL7902878A (en) | Semiconductor prodn. method using etched layers - obtaining silicon-oxide layer by thermal oxidation following ion implantation in non-oxidised layers | |
JPS6184868A (en) | Nonvolatile semiconductor memory device | |
GB2074374A (en) | Method of making field effect transistors | |
JPH028456B2 (en) | ||
JPS61127123A (en) | Formation of direct contact | |
JPS61187277A (en) | Manufacture of field-effect transistor | |
JPS62285468A (en) | Manufacture of ldd field-effect transistor | |
KR940002778B1 (en) | Manufacturing method for ldd-strucutred tr | |
JP3397804B2 (en) | Manufacturing method of nonvolatile memory | |
JPS6244819B2 (en) | ||
JP2716719B2 (en) | Method for manufacturing MESFET | |
JPS6298780A (en) | Manufacture of self-aligning gaas digital integrated circuit | |
JPH0128509B2 (en) | ||
JPH08204189A (en) | Manufacture of semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A1B | A search report has been drawn up | ||
BV | The patent application has lapsed |