NL8901637A - Werkwijze voor het verwijderen van defekten in een gemetalliseerd halfgeleiderinrichting. - Google Patents

Description

Werkwijze voor het verwijderen van defekten in een gemetalliseerd halfgeleiderinrichting.

Uitvinders: Kamal AITE, Frederik Willem RAGAY, Jan MIDDELHOEK en Roel KOEKOEK.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het verwijderen van defekten in een gemetalliseerd halfgeleiderinrichting. omvattende het bij lage temperatuur met behulp van een plasmaontlading in het materiaal inbrengen van waterstofdeeltjes.

Een dergelijke werkwijze is bekend uit de octrooipublicatie DD-A 221 309· Daarin wordt bij verhoogde temperatuur met behulp van plasmate-chnieken het inbrengen van waterstofdeeltjes in een gemetalliseerd halfgeleidermateriaal beschreven. De afmetingen van halfgeleiderinrich-tingen worden voortdurend kleiner om de integratiedichtheid te vergroten. Een dergelijke verkleining wordt verwezenlijkt door nieuwe technologieën, zoals plasma-etsen, elektronenbundellithografie, röntgenstralenlithografie, ionenetsen, sputteren en ionen implanteren. Bij al deze technieken worden ongewenste energetische deeltjes, fotonen of stra-lingseffekten in de behandelde inrichtingen ingebracht. Bovendien wordt het oppervlak van de inrichting beschadigd en vaak in aanzienlijke mate. Schade ingebracht in MOS (metaaloxydehalfgeleider) constructies is gebruikelijk, zoals het opwekken van vaste ladingen in de oxydelaag, het vergroten van de oppervlaktetoestand bij het Si02/Si scheidingsvlak, de toename van mobiele lading in Si02 en het opwekken van neutrale kristal-fouten in het oxyde.

Deze verscheidene ladingscentra kunnen nauwe samenhang vertonen met structurele fouten met kort bereik, zoals driewaardig silicium, niet-overbruggend zuurstof en verontreinigingen. In het geval van een MOS-transistor zullen verschillende parameters daarvan nadelig beïnvloed worden door deze fouten, zoals instabiliteit van de drempelwaarde, aanzienlijke lekstroom van het oppervlak en beperking van de steilheid.

Tot nu toe was het gebruikelijk dergelijke fouten te verwijderen met gloeien. Daardoor werden de door straling opgewekte en andere fouten in werking verminderd of weggenomen. Thermisch gloeien wordt uitgevoerd bij 400-450°C gedurende 30-60 minuten de stikstof met 5-10% waterstof.

Om de reeds opgebrachte metaallaag niet te beschadigen is de bovengrens van de temperatuur beperkt tot 450°C en de tijdsduur tot 60 min. Dit blijkt in de praktijk niet voldoende te zijn om alle defekten weg te nemen. Bij de werkwijze voorgesteld in het hierboven genoemde octrooi-schrift wordt bij lagere temperatuur (200-300°C) een plasmawaterstofbehandeling bij het einde van de diffusie en metallisatiestappen gegeven.

Deze werkwijze heeft als nadeel, dat de diffusie van waterstof in het halfgeleidermateriaal niet gestuurd kan worden en deze diffusie zal doorgaan tot verzadiging waarbij negatieve effekten optreden zoals het voortbrengen van nieuwe foutcentra. Daardoor worden de inbrengtijd en inbrengtemperatuur van de waterstof bij deze werkwijze zeer kritisch.

Het is het doel van de onderhavige aanvrage in een werkwjze te voorzien waarbij deze nadelen niet bestaan.

Dit doel wordt bij de hierboven beschreven werkwijze verwezenlijkt doordat tijdens het inbrengen van de waterstofdeeltjes tevens stikstof-deeltjes in het materiaal ingebracht worden. Verrassenderwijs is gebleken, dat deze stikstofdeeltjes samen met het halfgeleidermateriaal een afsluitende laag vormen, die een afsluiting voor de waterstof vormt. De duur noodzakelijk voor het verwezenlijken van deze afsluitlaag is voldoende om waterstof in precies voldoende mate in het halfgeleidermateriaal te laten diffunderen om de daarin aanwezige defekten weg te werken. Op deze wijze is besturing van de hoeveelheid waterstof tijdens deze plasmawerkwijze niet langer kritisch.

Opgemerkt wordt dat het uit de Europese octrooiaanvrage 0 152 624 bekend is een siliciumnitridelaag toe te passen, die waterstof bevat, welke waterstof tijdens het gloeien vrij in de siliciumlaag kan migreren en kristalfouten vult en voorkomt, dat andere waterstof ontsnapt. Bij veel inrichtingen is deze techniek echter niet gebruikelijk, omdat daarvoor een extra masker nodig is voor het selectief verwijderen van het siliciumnitride in de contactgebieden zonder het beschadigen van het metaal. Bovendien wordt de waterstof slechts uit de siliciumnitride-film vrijgegeven na verwarming bij temperatuur hoger dan 300*0, waarbij problemen van het mechanisch stabiel zijn van zulke lagen tot onherstelbare schade aan de inrichting kunnen leiden. Het verschil met de werkij-ze volgens de uitvinding ligt in het feit, dat bij de uitvinding de halfgeleidernitridelaag gelijktijdig gevormd wordt met het inbrengen van de waterstof en niet, zoals bij dit Europese octrooischrift, eerst een siliciumnitridelaag bevattende waterstof gevormd wordt en pas daarna de waterstof door verwarmen uit die nitridelaag verwijderd wordt.

Volgens een van voordeel zijnde uitvoering van de uitvinding worden waterstof en stikstof als ammoniak al dan niet met een draaggas, zoals stikstof, toegevoerd. Het gebruik van ammoniak is veel veiliger dan het gebruik van H2, waarbij bijzondere maatregelen genomen moeten worden om het explosiegevaar te beperken. Bovendien is daarbij geen extra masker nodig. Na metallisatie wordt de halfgeleiderinrichting onderworpen aan een laag of hoogfrequente plasmaontlading van ammoniak.

Verondersteld wordt, dat de dissociatiereactie van ammoniak de volgende is: NH3-> NH + H2 NH3-> NH2 + H.

Hieruit blijkt duidelijk de aanwezigheid van atomaire waterstof. Geïoniseerde waterstofatomen worden naar het oppervlak van het substraat versneld door de opgebouwde spanning in de donkere ruimte bij de ontlading. In zowel het oxyde als het scheidingsvlak zal waterstof met diep liggende of op geringe diepte liggende fouten in het halfgeleidermateri-aal reageren ter passivering van die fouten. De door het toevoegen van stikstof als draaggas ontstane fouten vanwege het bombardement van het oppervlak van de inrichting door stikstofionen, worden bij de volgens de uitvinding gebruikte gloeitemperatuur gemakkelijk weggenomen.

Volgens een van voordeel zijnde uitvoering van de aanvrage omvat het halfgeleidermateriaal silicium en het metaalllisatie aluminium. De behandelingstemperatuur is bij voorkeur ongeveer 300°C, dus de methode is toepasbaar op halfgeleiderplakken met inrichtingen, die gevoelig zijn voor hoge temperatuur behandeling. Bijvoorbeeld met aluminium gemetal-iseerde siliciumplakken.

De uitvinding zal hieronder nader aan de hand van een in de tekening afgebeeld uitvoeringsvoorbeeld van een halfgeleiderinrichting verduidelijkt worden.

In de enig figuur is een halfgeleiderinrichting, een PNP-tran-sistor, in het geheel met 1 aangegeven, afgebeeld. Deze omvat P-lagen 2, 4 en een N-laag 3· De allumimiummetallisatie is met 5 aangegeven. De oxydelaag is aangeduid met 6 terwijl de boriumfosforsilicaatglaslaag met 7 aangegeven is. Bij het vervaardigen van een dergelijk halfgeleider kunnen fouten ontstaan, zoals bijvoorbeeld door bestraling en dergelijke fouten kunnen zich op vrij grote afstand van het oppervlak bevinden. Deze fouten bevinden zich hier op het scheidingvlak Si-SiO, aangegeven met 6 en 8 en in de geïmplanteerde gebieden 2,3 en 4. Omdat waterstof enerzijds dergelijke fouten onschadelijk maakt en anderzijds vrij snel diffundeert, is dit een in de stand der techniek toegepast materiaal voor het verwijderen van dergelijke fouten. Omdat echter de dosering van waterstof moeilijk gestuurd kan worden, wordt er volgens de uitvinding in voorzien door het gebruik van een ammoniakplasma. Daardoor ontstaat tijdens het diffunderen van waterstof tevens een siliciumnitrideoxyde-laag, die met 10 aangegeven is. Op het moment, dat deze siliciumnitri-deoxydelaag volledig is, zal geen waterstof meer in de halfgeleiderinrichting kunnen diffunderen. Op het metaal 5 zal geen nitridelaag gevormd worden.

De uitvinding zal hieronder aan de hand van een voorbeeld beschreven worden. Na metallisatie werden de plakken met de vervaardigde halfgeleiderinrichtingen onderworpen aan laag of hoog frequente plasma-ontlading van ammoniak met een draaggas, zoals stikstof. De wanden van de reactor kunnen al dan niet verwarmd zijn. De temperatuur van de siliciumplakken is ingesteld tussen 100-450°C. De totale gasdruk in de reactie ligt tussen 500 en 1000 mTorr. De vermogensdichtheid ligt tussen 20 en 200 mW/cm2. Na dertig minuten bleek doelmatig gloeien verwezenlijkt te kunnen worden. De optische emissie van het plasma gaf informatie inzake de chemische en fysische processen, die in het plasma plaatsvinden. Uit optische emissiespectroscopie van de ammoniakontlading bij 25Ο °C en een frequentie van 50 kHz en een totale druk van 650 mTorr bleek de aanwezigheid van waterstof in de ontlading door het verschijnen van emissielijnen overeenkomend met Ηα, Ηβ en Ηγ .

Hoewel de uitvinding, hierboven aan de hand van een PNP transistor beschreven is, moet begrepen worden, dat deze toepasbaar is voor alle soorten halfgeleiderinrichtingen en dat het gebruik daarvan niet beperkt is tot siliciumhalfgeleidermateriaal en aluminiummetallisatie.

Claims (7)

1. Werkwijze voor het verwijderen van defekten in een gemetalliseerd halfgeleidermateriaal, omvattende het bij verhoogde temperatuur met behulp van een plasamontlading in het materiaal inbrengen van water-stofdeeltjes, met het kenmerk, dat tijdens het inbrengen van waterstof-deeltjes tevens stikstofdeeltjes in het materiaal ingebracht worden.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de waterstof- en stikstofdeeltjes ontstaan door het opwekken van een plasma in een ammoniak-stroom.

3. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij een draaggas, zoals stikstof, toegepast wordt.

4. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij het halfgeleidermateriaal silicium omvat.

5. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de metallisatie aluminium omvat.

6. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de behandelingstemperatuur ongeveer 300°C is.

7. Halfgeleider verkregen met de werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies.