[go: up one dir, main page]

DE2921793A1 - Semiconductor device esp. MISFET prodn. - using silicon nitride film obtd. by direct nitriding to prevent ion implanted impurity migration during heat treatment - Google Patents

Semiconductor device esp. MISFET prodn. - using silicon nitride film obtd. by direct nitriding to prevent ion implanted impurity migration during heat treatment

Info

Publication number
DE2921793A1
DE2921793A1 DE19792921793 DE2921793A DE2921793A1 DE 2921793 A1 DE2921793 A1 DE 2921793A1 DE 19792921793 DE19792921793 DE 19792921793 DE 2921793 A DE2921793 A DE 2921793A DE 2921793 A1 DE2921793 A1 DE 2921793A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
silicon
nitride film
substrate
implanted
silicon nitride
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.)
Ceased
Application number
DE19792921793
Other languages
German (de)
Inventor
Shinpei Hijiya
Takashi Ito
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.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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 Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to DE19792921793 priority Critical patent/DE2921793A1/en
Publication of DE2921793A1 publication Critical patent/DE2921793A1/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H10P14/69433
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/10Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
    • H10D62/13Semiconductor regions connected to electrodes carrying current to be rectified, amplified or switched, e.g. source or drain regions
    • H10D62/149Source or drain regions of field-effect devices
    • H10D62/151Source or drain regions of field-effect devices of IGFETs 
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/10Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
    • H10D62/17Semiconductor regions connected to electrodes not carrying current to be rectified, amplified or switched, e.g. channel regions
    • H10D62/213Channel regions of field-effect devices
    • H10D62/221Channel regions of field-effect devices of FETs
    • H10D62/235Channel regions of field-effect devices of FETs of IGFETs
    • H10D62/314Channel regions of field-effect devices of FETs of IGFETs having vertical doping variations 
    • H10P14/6316
    • H10P14/6322
    • H10P30/204
    • H10P30/212
    • H10P95/90
    • H10P14/6334
    • H10P14/662
    • H10P14/69215
    • H10P14/6923

Landscapes

  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

Semiconductor device, esp. MISFET prodn. involves implantation of an impurity in a semiconducting Si substrate and heating. The novel feature is that a Si3N4 film, esp a gate insulating film of the MISFET, is produced on the substrate by direct thermal nitriding, so that the total amt of ion implanted impurity is retained at the surface of the substrate after heating. Specifically, the Si3N4 film prevents redistribution of the implanted impurity from the substrate into the Si3N4 film when the substrate is heated to activate the impurity and correct damage to the substrate caused by ion implantation.

Description

Verfahren zum Herstellen einer Haibleitervorrichtung Method of making a semiconductor device

mit Ionenimplantation Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung mit Ionenimplantation und insbesondere ein Verfahren, das zur Herstellung eines MIS-FET angewendet werden kann, wobei bei der Herstellung eine Fremdstoffkonzentration in dem Kanal des MIS-FEU durch Ionenimplantation gesteuert wird. with ion implantation The invention relates to a method of manufacturing an ion implantation semiconductor device, and in particular a method which can be used to manufacture a MIS-FET, whereby during manufacture an impurity concentration in the channel of the MIS-FEU is controlled by ion implantation will.

Die Ionenimplantation ist zum Flächendotieren eines Halbleiters bekannt und enthält ein Einbringen von Atomen in die Flächenschicht eines festen Halbleitersubstrats durch Beschuß des Halbleitersubstrats mit Ionen mit einer Energie im Bereich von keV bis MeV. Durch dieses Ionenimplantationsverfahren ist das bisherige Diffusionsverfahren teilweise ersetzt worden, da das Ionenimplantationsverfahren den Vorteil eines von außen gesteuerten Nicht-Gleichgewicht-Prozesses hat, während das Diffusionsverfahren von unveränderbaren physikalischen Bedingungen bestimmt ist, wie die Diffusionskonstante des Fremdstoffs in dem Halbleitermaterial.Ion implantation is known for surface doping a semiconductor and includes introduction of atoms into the face layer of a solid semiconductor substrate by bombarding the semiconductor substrate with ions with an energy in the range of keV to MeV. This ion implantation process is the previous diffusion process has been partially replaced as the ion implantation process takes advantage of one of has externally controlled non-equilibrium process while the diffusion process is determined by unchangeable physical conditions, such as the diffusion constant of the foreign matter in the semiconductor material.

Bei der Ionelimplantationstechnik ist es bekannt, daß die implantierten Atome elektrisch aktiv nur werden, nachdem das jonenimplantierte Halbleitermaterial bei einer Temperatur von etwa 100000 für eine Zeitdauer von etwa 30 Minuten erhitzt ist. Durch die Ionenimplantation wird auch eine Beschädigung der Atomanordnung des Halbleitermaterials hervorgerufen, jedoch kann dieser durch die oben erwähnte Erhitzung abgeholfen werden.In the ion implantation technique, it is known that the implanted Atoms become electrically active only after the ion-implanted semiconductor material heated at a temperature of about 100,000 for a period of about 30 minutes is. Ion implantation will also damage the atomic arrangement of the Caused semiconductor material, but this can be caused by the above-mentioned heating be remedied.

Da die Ionenimplantation unter hoher Energie und im Nicht-Gleichgewichtszustand ausgeführt wird, ist die Konzentration der implantierten Ionen an der Innenseite des Halbleiters maximal, was als vorragender Bereich (Rp) oder mittlere Eindringungsdichte bezeichnet wird. Der vorragende Bereich (Rp) und somit die Fremdstoffkonzentration kann genau durch die Energie des Ionenstrahls geändert werden. Demgemäß ist die Ionenimplantation geeignet, die Konzentration der Fremdstoffe zu steuern, die einen Leitfähigkeitstyp aufweisen und die in den aktiven Bereichen von bipolaren Transistoren, NIS-FET u.. dgl. enthalten sind.Because the ion implantation under high energy and in the non-equilibrium state is carried out, the concentration of the implanted ions is on the inside of the semiconductor maximum what is called the protruding area (Rp) or mean penetration density referred to as. Of the protruding area (Rp) and thus the concentration of foreign matter can be changed precisely by the energy of the ion beam. Accordingly, the Ion implantation suitable to control the concentration of the foreign matter that one Have conductivity type and those in the active areas of bipolar transistors, NIS-FET and the like are included.

Es ist in der Halbleitertechnik bekannt, daß Ionen, vorzugsweise Borionen, durch einen isolierenden, thermisch oxydierten Film auf einem Halbleitersubstrat bei einer solchen Ionenenergie implantiert werden, daß die Ionen unter dem Oxydfilm implantiert werden. Ein wesentlicher Zweck des Anwendens der oben erwähnten Ionenimplantation wird mit #Kanaldotieren" bezeichnet, wobei die Schwellenwertspannung des Kanals der MIS-BET durch die Konzentration der implantierten Ionen in dem Kanal eingestellt wird. Das bekannte Ionenimplantationsverfahren ist jedoch wegen des als Isolierfilm verwendeten Oxydfilms deshalb nachteilig, weil die implantierten Borionen auf dem Halbleitersubstrat in den Oxydfilm nach der oben erwähnten Erhitzung gezogen werden, was die Folge hat, daß die Fremdstoffkonzentration an der Oberfläche des Halbleitersubstrats auf ein Niveau verringert wird, das wesentlich niedriger als das gewünschte Niveau ist. Dies ergibt sich aufgrund der Tatsache, daß die Verteilungskonstante der Borionen in dem Oxydfilm hoch ist und somit eine große Menge von Borionen in den Oxydfilm zurückverteilt wird. Demgemäß ist es durch das bekannte Kanaldotierverfahren nicht möglich, einen gewünschten Wert der Schwellenwertspannung zu erhalten.It is known in semiconductor technology that ions, preferably boron ions, by an insulating, thermally oxidized film on a semiconductor substrate at such an ion energy that the ions are implanted under the oxide film be implanted. An essential purpose of applying the ion implantation mentioned above is denoted by #channel doping ", where the threshold voltage of the channel the MIS-BET is adjusted by the concentration of the implanted ions in the channel will. However, the known ion implantation method is because of that as an insulating film used oxide film disadvantageous because the implanted boron ions on the The semiconductor substrate is drawn into the oxide film after the above-mentioned heating, which has the consequence that the concentration of impurities on the surface of the semiconductor substrate is reduced to a level much lower than the desired level is. This is due to the fact that the distribution constant of boron ions in the oxide film is high, and hence a large amount of boron ions in the oxide film is redistributed. Accordingly, it is not by the known channel doping method possible to obtain a desired value of the threshold voltage.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei sehr dünnen Nitridfilmen, die durch direkte thermische Reaktion mit Stickstoff wachsen, der oben erwähnte Nachteil der Rückverteilung der implantierten Ionen dadurch wirksam eliminiert werden kann, daß der Siliziumnitridfilm durch direkte thermische Nitrierung des Halbleitersiliziums gebildet wird.The invention is based on the knowledge that with very thin nitride films, which grow by direct thermal reaction with nitrogen, the one mentioned above This effectively eliminates the disadvantage of the redistribution of the implanted ions can that the silicon nitride film through direct thermal nitriding of semiconductor silicon is formed.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfahren mit Ionenimplantation zu schaffen, bei dem die Rückverteilung der implantierten Ionen von dem Halbleitersubstrat zu dem Isolierfilm während der Wärmebehandlung nach der Ionenimplantation im wesentlichen verhindert wird.The object of the invention is therefore to provide a method with To create ion implantation in which the redistribution of the implanted ions from the semiconductor substrate to the insulating film during the heat treatment after Ion implantation is essentially prevented.

Die Erfindung soll auch ein Verfahren mit Ionenimplantation schaffen, bei dem eine Verringerung der Flächenkonzentration der implantierten Ionen verhindert werden kann.The invention is also intended to provide a method with ion implantation, which prevents a reduction in the surface concentration of the implanted ions can be.

Die Erfindung soll es auch ermöglichen, die Flächenkonzentration der implantierten Fremdstoffe und die Schwellenwertspannung der MIS-FE genau einzustellen und die implantierten Fremdstoffe gleichmäßig über die Fläche des Halbleitersubstrats zu verteilen.The invention should also make it possible to determine the area concentration of the implanted foreign matter and precisely set the threshold voltage of the MIS-FE and the implanted foreign matter uniformly over the surface of the semiconductor substrate to distribute.

Die Erfindung soll des weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines E/D-MIS-IC mittels Ionenimplantation schaffen, bei dem ein Treiberelement des IC einen Anreicherungs-MIS-FE enthält und bei dem ein Last element des IC einen Verarmungs-MIS-FEX enthält. In diesem IC sind FET mit unterschiedlichen Schwellenwert spannungen in einem Schaltungselement enthalten und deshalb ist die genaue Einstellung der Flächenkonzentration der Fremdstoffe unerläßlich.The invention is also intended to provide a method of manufacturing a Create E / D-MIS-IC by means of ion implantation in which a driver element of the IC contains an enrichment MIS-FE and in which a load element of the IC contains a depletion MIS-FEX contains. In this IC FET with different threshold voltages are in a circuit element and therefore the precise setting of the area concentration the foreign matter is indispensable.

Schließlich soll mit der Erfindung ein Siliziumnitridfilm als Isolierfilm der MIS-FET verwendet werden, um die Wiederverteilung der implantierten Fremdstoffe während der Wärmebehandlung nach der Ionenimplantation zu verhindern.Finally, the invention aims to use a silicon nitride film as an insulating film The MIS-FET can be used to redistribute the implanted foreign matter during heat treatment after ion implantation.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann die folgenden Schritte enthalten: - Bilden eines Siliziumnitridfilms durch direkte thermische Nitrierung des Siliziums eines Halbleiter-Siliziumsubstrats, - Implantieren von Frendstoffionen in das Halbleiter-Siliziumsubstrat, - Erhitzen des Halbleitersubstrats auf eine Temperatur zur elektrischen Aktivierung der Fremdstoffionen und zum Korrigieren der Beschädigung des durch die Ionenimplantation verursachten Halbleitersubstrat, während die gesamte Menge der implantierten Fremdstoffe an der Fläche des Halbleiter-Siliziumsubstrats im wesentlichen aufrechterhalten wird, - Niederschlagen eines Films aus leitfähigem Material auf dem Siliziumnitridfilm, - selektives Entfernen des Films aus leitfähigem Material und des Siliziumnitridfilmsund Bilden von Fenstern durch diese Filme, wobei die Fenster Teile der ionenimplantierten Fläche des Halbleiter-Siliziumsubstrats freilegen, und - Diffundieren von Frtlndstoffen in das Halbleiter-Siliziumsubstrat, während die Gesamtmenge der ionenimplantierten Fremdstoffe an der Halbleitersubstratfläche unter dem verbleibenden Siliziumnitridfilm im wesentlichen beibehalten wird.The method according to the invention can contain the following steps: - Forming a silicon nitride film by direct thermal nitriding of the silicon a semiconductor silicon substrate, - implantation of fuel ions into the semiconductor silicon substrate, Heating the semiconductor substrate to a temperature for electrical activation the foreign matter ions and to correct the damage caused by the ion implantation caused semiconductor substrate, while the total amount of implanted foreign matter substantially maintained on the surface of the semiconductor silicon substrate - depositing a film of conductive material on the silicon nitride film, - selectively removing the film of conductive material and the silicon nitride film and Forming windows through these films, the windows being parts of the ion-implanted Exposing the surface of the semiconductor silicon substrate, and - diffusing of particulates into the semiconductor silicon substrate while the total amount of ion-implanted Foreign matter on the semiconductor substrate surface under the remaining silicon nitride film is essentially retained.

Ein Siliziumnitridfilm wird hauptsächlich durch Dampfniederschlag (CVD) hergestellt, wobei ein Silizium enthaltendes, gasförmiges Material, wie SiH4,in Berührung mit Ammoniak gebracht wird. Der durch das CVD-Verfahren gebildete Siliziumnitridfilm wird als Isolierfilm der MIS-FED und als Flächenschutzfilm des 10 verwendet. Der Erfindung liegt die Feststellung zugrunde, daß ein durch thermische Nitrierung des Siliziumsubstrats gebildeter Film, nämlich ein Siliziumnitridfilm, in dem das Silizium des Substrats direkt nitriert ist, eine Rückverteilung der implantierten Ionen von der Haibleiterfläche in den Nitridfilm wirksam verhindert. Der Siliziumnitridfilm wird hierbei als direkter thermischer Nitridfilm des Siliziums bezeichnet.A silicon nitride film is formed mainly by vapor deposition (CVD) using a silicon-containing gaseous material such as SiH4 in Comes into contact with ammonia. The silicon nitride film formed by the CVD method is used as the insulating film of the MIS-FED and as the surface protection film of the 10. Of the The invention is based on the finding that a thermal nitriding of the Silicon substrate formed film, namely a silicon nitride film in which the silicon of the substrate is nitrided directly, a redistribution of the implanted ions of the semiconductor surface in the nitride film effectively prevented. The silicon nitride film is used here as denotes direct thermal nitride film of silicon.

Die Flächenkonzentration der implantierten Fremdstoffe im Sinne der durchschnittlichen Konzentration in dem implantierten Bereich des Siliziumsubstrats nimmt während des oben erwähnten Erwärmungsschritts in einer Menge von weniger als 50%, vorzugsweise 20%, auf der Grundlage der implantierten Menge der Ionen ab.The surface concentration of the implanted foreign matter in terms of average concentration in the implanted area of the silicon substrate takes during the above-mentioned heating step in an amount less than 50%, preferably 20%, based on the amount of ions implanted.

Das Verfahren zum Bilden eines direkten thermischen Nitridfilms aus Silizium,das die Rückverteilung der implantierten Ionen verhindern kann, enthält den Schritt der Erhitzung eines Silizium-Ealbleitersubstrats in einer Stickstoff enthaltenden Atmosphäre auf eine Temperatur zwischen 900 und 130000, beispielsweise zwischen 1000 und 120000. Die Stickstoff enthaltende Atmosphäre kann Stickstoff oder eine Stickstoffverbindung, wie Ammoniak oder Hydrazin (N2H4) enthalten. Die Stickstoffverbindung ist vorzugsweise Ammoniak.The method of forming a direct thermal nitride film from Contains silicon, which can prevent the redistribution of the implanted ions the step of heating a silicon semiconductor substrate in a nitrogen containing atmosphere to a temperature between 900 and 130,000, for example between 1000 and 120000. The atmosphere containing nitrogen can be nitrogen or a nitrogen compound such as ammonia or hydrazine (N2H4). the The nitrogen compound is preferably ammonia.

Ein bevorzugter direkter thermischer Nitridfilm aus Silizium zur Verhinderung der Fremdstoffrückverteilung kann unter Verwendung einer Nitrierungsatmosphäre, in der oxydierende Fremdstoffe, wie Sauerstoff, Wasser, Kohlendioxyd usw., auf einen Pegel von weniger als 1 ppm reduziert sind, und durch Einstellen der Nitrierungstemperatur im Bereich von 1200 bis 130000 gebildet werden.A preferred silicon direct thermal nitride film for prevention redistribution of foreign matter can be achieved using a nitriding atmosphere, in which oxidizing foreign substances, such as oxygen, water, carbon dioxide, etc., on one Levels less than 1 ppm are reduced, and by adjusting the nitration temperature in the range from 1200 to 130,000.

Die Nitrierungsatmosphäre kann ein inertes Gas, wie Argon, zusätzlich zu Stickstoff und/oder einem Stickstoff enthaltenden Gas enthalten.The nitriding atmosphere can contain an inert gas such as argon in addition to contain nitrogen and / or a nitrogen-containing gas.

Vorzugsweise wird das Siliziumsubstrat vor der Nitrierung vollständig gereinigt, indem das Siliziumsubstrat in einem organischen Lösungsmittel entfettet wird, in einer sauren Lösung, vorzugsweise Schwefel- und Salpetersäure, gekocht wird und in Flußsäure geätzt wird.Preferably, the silicon substrate becomes complete before nitriding cleaned by degreasing the silicon substrate in an organic solvent is boiled in an acidic solution, preferably sulfuric and nitric acid and is etched in hydrofluoric acid.

Vor dem Bilden des direkten thermischen Nitridfilms aus Silizium ist es bevorzugt, das Siliziumsubstrat in einer inerten Gasatmosphäre bei einer Temperatur zwischen 900 und 13000c zu erwärmen.Before forming the silicon direct thermal nitride film it is preferable to place the silicon substrate in an inert gas atmosphere at one temperature to be heated between 900 and 13000c.

Eine durchschnittliche relative Di elektrizitätskonstante des direkten thermischen Nitridfilms aus Silizium ist im allgemeinen 50 größer als die eines thermischen Oxydationsfilms aus Silizium. Andere elektrische Eigenschaften als die relativen dielektrischen Eigenschaften des direkten thermischen Nitridfilms aus Silizium sind gleichartig oder besser als diejenigen eines Siliziumnitridfilms, der durch das CVD-Verfahren gebildet ist, siehe Tabelle 1. Der direkte thermische Nitridfilm aus Silizium kann deshalb als Gateisolierfilm der MIS-FET verwendet werden.An average relative dielectric constant of the direct thermal nitride film of silicon is generally 50 larger than that of one thermal oxidation film made of silicon. Electrical properties other than that relative dielectric properties of the direct thermal nitride film Silicon are the same as or better than those of a silicon nitride film, which is formed by the CVD process, see Table 1. The direct thermal Therefore, silicon nitride film can be used as the gate insulating film of the MIS-FET.

Tabelle 1 CVD direkte Nitrierung maximales elektrisches 0,1 - 5 MV/cm 10,55 MV/cm Feld feste Ladung 5x10 11 -1011-10 13/cm­ weniger als pro Einheits- 5x10 - 10 /cm 5x1o11Ladunge/ Ld2 bereich (Qss) Dielektrizitätskonstante 5,0 - 6,0 6,0 (; ) Der direkte thermische Nitridfilm aus Silizium ergibt wesentliche flaskierwirkungen gegen beispielsweise Säure, organische Lösungsmittel und Oxydation. Die Zwischenfläche zwischen dem direkten thermischen Nitridfilm aus Silizium und dem Siliziumsubstrat kann nicht durch eine Ätz- oder Reinigungslösung verunreinigt werden, die nach der Ionenimplantation angewendet wird, beispielsweise zum Reinigen verschiedener Filme, die während der Herstellung der MIS-FET gebildet worden sind. Durch einen Siliziumnitridfilm, der durch das CVD-Verfahren gebildet ist, kann demgegenüber eine solche Verunreinigung nicht wirksam verhindert werden. Table 1 CVD direct nitriding maximum electrical 0.1-5 MV / cm 10.55 MV / cm field fixed charge 5x10 11 -1011 -10 13 / cm less than per unit 5x10 - 10 / cm 5x1o11 charge / Ld2 area (Qss) dielectric constant 5.0 - 6.0 6.0 (;) The direct thermal nitride film made of silicon results in significant masking effects against, for example, acids, organic solvents and oxidation. The interface between the silicon direct thermal nitride film and the silicon substrate cannot be contaminated by any caustic or cleaning solution used after the Ion implantation is used, for example to clean various films, formed during the manufacture of the MIS-FET. Through a Silicon nitride film, formed by the CVD method, on the other hand, may have such an impurity cannot be effectively prevented.

Der direkte thermische Nitridfilm aus Silizium ist so dicht wie der dichteste CVD-Film. Wegen der hohen Dichte und der Maskierwirkungen kann der direkte thermische Nitridfilm aus Silizium in vorteilhafter Weise ein Eindringen von Natriumionen usw. aus einem Siliziumdioxydfilm in die Zwischenfläche zwischen dem Siliziumnitridfilm und dem Siliziumsubstrat verhindern.The silicon direct thermal nitride film is as dense as that densest CVD film. Because of the high density and the masking effects, the direct thermal nitride film made of silicon advantageously a penetration of sodium ions etc. from a silicon dioxide film into the interface between the silicon nitride film and the silicon substrate.

Der Erfindung liegt die Feststellung der oben erwähnten hervorragenden Eigenschaften des direkten thermischen Nitridfilms aus Silizium zugrunde, welche Eigenschaften jedoch nicht erläutern können, warum die Rückverteilung der implantierten Fremdstoffe aus dem Siliziumsubstrat in den Siliziumnitridfilm verhindert wird. Wie vorstehend beschrieben wurde, werden an der Fläche des Halbleitersubstrats vorhandene Fremdstoffe in erheblichem Umfang in den Siliziumdioxydfilm nach der Wärmebehandlung zurückverteilt. Ein solches Bestreben der Rückverteilung nach der Wärmebehandlung bei 12000c in einer trockenen Sauerstoffatmosphäre wird durch die folgende Formel ausgedrückt: Ns / Nb f< 0,04, worin Ns und Nb die Konzentration der Fremdstoffe, d.h.The invention has been made to discover the above-mentioned excellent ones Properties of the silicon direct thermal nitride film are based on which Properties however cannot explain why the redistribution of the implanted Foreign matter is prevented from entering the silicon nitride film from the silicon substrate. As described above, existing on the surface of the semiconductor substrate Foreign matter in significant amount in the silicon dioxide film after the heat treatment redistributed. Such an effort to redistribute after heat treatment at 12000c in a dry oxygen atmosphere is given by the following formula expressed: Ns / Nb f <0.04, where Ns and Nb are the concentration of foreign matter, i.e.

Bor, jeweils an der Fläche und an dem die Fläche des Siliziumsubstrats nicht einschließenden Teil sind. Wenn demgemäß das Siliziumsubstrat mit einem Siliziumdioxydfilm versehen wird und einen Nb-Wert von 1x1016/cm3 hat, wird die Konzentration des Bors an der Fläche des Siliziumsubstrats (Ns) auf 4x1014/cm3 nach der oben erwähnten Wärmebehandlung verringert. Wenn andererseits der direkte thermische Nitridfilm aus Silizium auf dem Siliziumsubstrat gemäß der Erfindung gebildet wird, ist das Verhältnis Ns/Nb in vorteilhafter Weise höher als etwa 0,7. Demgemäß ist die Rückverteilung der Fremdstoffe im Vergleich mit derjenigen, die zwischen einem Siliziumsubstrat und einem Siliziumdioxydfilm auftritt, vernachlässigbar klein.Boron, both on and on the surface of the silicon substrate are non-inclusive part. Accordingly, if the silicon substrate is provided with a silicon dioxide film is provided and has an Nb value of 1x1016 / cm3, the concentration of boron on the surface of the silicon substrate (Ns) to 4x1014 / cm3 according to the above Reduced heat treatment. On the other hand, when the direct thermal nitride film is formed from silicon on the silicon substrate according to the invention, that is Ratio Ns / Nb advantageously higher than about 0.7. Accordingly is the redistribution of foreign matter compared with that between one Silicon substrate and a silicon dioxide film occurs, negligibly small.

Die Rückverteilung der Fremdstoff e ist auch vernachlässigbar, wenn das Siliziumsubstrat mit dem direkten thermischen Nitridfilm aus Silizium in einer Wasserstoffatmosphäre erhitzt wird, während diese Rückverteilung wesentlich ist, wenn ein Siliziumsubstrat mit Siliziumdioxyd in Wasserstoffatmosphäre erhitzt wird.The redistribution of the foreign matter e is also negligible if the silicon substrate with the silicon direct thermal nitride film in one Hydrogen atmosphere is heated, while this redistribution is essential, when a silicon substrate is heated with silicon dioxide in a hydrogen atmosphere.

Der direkte thermische Nitridfilm aus Silizium, der für das Gate der MIS-FET verwendet wird und der die Ionen der Implantation gemäß dem Kanal-Dotierverfahren durchläßt, hat vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 20 bis 100 i. Zu implantierende Ionen haben einen Energiebereich von 20 bis 400 keV in Abhängigkeit von der Schwellenwertspannung des Kanals des MIS-FET. Diese Energie ist in vorteilhafter Weise gering aufgrund der geringen Dicke des Siliziumnitridfilms. Als Ergebnis der Ionenimplantat ion bei der oben erwähnten Ionenenergie durch den direkten thermischen Nitridfilm mit der oben erwähnten Dicke wird die durch die Menge der implantierten Ionen eingestellte Schwellenwertspannung nicht durch die Rückverteilung der Ionen während der oben erwähnten Erhitzung verringert. Wenn die Dicke des oben erwähnten Siliziumnitridfilms nicht ausreichend als Dicke des Gateisolierfilms ist, ist es notwendig, auf dem direkten thermischen Nitridfilm aus Silizium einen zusätzlichen Isolierfilm aus Siliziumdioxyd oder Siliziumnitrid durch das CVD-Verfahren zu bilden. Wenn die Dicke des Siliziumnitrids zwischen 20 und 100 i liegt, kann ein leitfähiges Material, das beispielsweise dotiertes polykristallines Silizium enthält, direkt auf dem direkten thermischen Nitridfilm aus Silizium gebildet werden und als Gateelektrode der flIS-FET verwendet werden. Das Siliziumnitrid kann als hervorragende Maske gegen Diffusion von in der Gateelektrode enthaltenen Fremdstqffen in das Halbleitersubstrat wirken.The silicon direct thermal nitride film used for the gate of the MIS-FET is used and the ions are implanted according to the channel doping method passes through, preferably has a thickness in the range of 20 to 100 i. To be implanted Ions have an energy range of 20 to 400 keV depending on the threshold voltage of the channel of the MIS-FET. This energy is advantageously low due to the small thickness of the silicon nitride film. As a result of the ion implantation with the above-mentioned ion energy through the direct thermal nitride film the thickness mentioned above becomes that set by the amount of the implanted ions Threshold voltage is not due to the redistribution of ions during the above mentioned heating is reduced. When the thickness of the above-mentioned silicon nitride film is not sufficient as the thickness of the gate insulating film, it is necessary on the direct thermal nitride film made of silicon an additional insulating film Form silicon dioxide or silicon nitride by the CVD process. When the thick of silicon nitride is between 20 and 100 i, a conductive material, containing, for example, doped polycrystalline silicon, directly on the direct thermal nitride film can be formed from silicon and used as the gate electrode of the FLIS-FET be used. The silicon nitride can be used as an excellent mask against diffusion from Foreign substances contained in the gate electrode act in the semiconductor substrate.

Vorteilhafte Bedingungen zum Einstellen der Schwellenwertspannung (Vth) sind wie folgt.Favorable conditions for setting the threshold voltage (Vth) are as follows.

A. Schwellenwertspannungssteuerung des Anreicherungs-flIS-FET (1) Spezifischer Widerstand des P-Siliziumsubstrats: 0,1 bis 30 Ohm.cm.A. Threshold Voltage Control of Enrichment FlIS-FET (1) Resistivity of P-type silicon substrate: 0.1 to 30 ohm.cm.

(2)' Dicke des direkten thermischen Nitridfilms aus Silizium: 20 bis 100 i. (2) 'Thickness of silicon direct thermal nitride film: 20 up to 100 i.

(3) Borionenenergie: 20 bis 400 keV. (3) Boron ion energy: 20 to 400 keV.

(4) Implantierte Menge von Fremdstoffen mit P-Leitfähigkeit: i015 bis 1018/cm3. (4) Implanted amount of foreign matter with P conductivity: i015 up to 1018 / cm3.

(5) Schwellenwertspannung Vth: 0 bis 1 V. (5) Threshold voltage Vth: 0 to 1 V.

B. Schwellenwertspannungssteuerung des Verarmungs-flIS-FET (1) Spezifischer Widerstand des P-Siliziumsubstrats: 0,1 bis 30 Ohm cm.B. Threshold Voltage Control of Depletion FIS-FET (1) More specific Resistance of P-type silicon substrate: 0.1 to 30 ohm cm.

(2) Dicke des direkten thermischen Nitridfilms aus Silizium: 20 bis 100 i. (2) Thickness of silicon direct thermal nitride film: 20 to 100 i.

(3) Arsenionenenergie: 30 bis 400 keV. (3) Arsenic ion energy: 30 to 400 keV.

(4) Implantierte Menge von Fremdstoffen mit N-Leitfähigkeit: 1015 bis 2x1018/cm3. (4) Implanted amount of foreign matter with N conductivity: 1015 up to 2x1018 / cm3.

(5) Schwellenwertspannung Vth: -3 bis 0 V. (5) Threshold voltage Vth: -3 to 0 V.

Die Erhitzung nach der Ionenimplantation kann gleichzeitig mit einer nachfolgenden thermischen Diffusion zum Dotieren von Fremdstoffen' beispielsweise in die Gateelektrode oder den Sourcebereich und Drainbereich der MIS-FET aus geführt werden.The post ion implantation heating can be carried out simultaneously with a subsequent thermal diffusion for doping foreign matter 'for example out into the gate electrode or the source region and drain region of the MIS-FET will.

Bei der Herstellung der oben erwähnten E/D-MIS-IC werden der E-(Anreicherungs-)MIS-FET und der D-(Verarmungs-) flIS-FET durch Ionenimplantieren von jeweils üblicherweise Bor- und Phosphorionen in solcher Weise hergestellt, daß einer der MIS-FET durch einen flaskenfilm selektiv freigelegt wird. Die Fremdstoffionen können allein durch den direkten thermischen Nitridfilm aus Silizium, wie oben erwähnt, und auch durch den Nitridfilm aus Silizium und einen auf dem Nitridfilm aus Silizium niedergeschlagenen leitfähigen Film implantiert werden.In manufacturing the above-mentioned E / D-MIS-IC, the E (enhancement) MIS-FET and the D (depletion) FLIS-FET by ion implantation of each conventionally Boron and phosphorus ions are produced in such a way that one of the MIS-FETs through a bottle film selectively is exposed. The foreign matter ions can be achieved solely through the direct thermal nitride film made of silicon, as mentioned above, and also by the nitride film made of silicon and one on the nitride film made of silicon deposited conductive film are implanted.

Der leitfähige Film besteht aus Aluminium, polykristallinem Silizium oder anderen Metallen, vorzugsweise polykristallinem Silizium, und wird als Gateelektrode der MIS-FET verwendet. Die Ionenimplantation durch den Nitridfilm und den leitfähigen Film ist vorteilhafter als die Ionenimplantation nur durch den Nitridfilm unter Berücksichtigung der Tatsache, daß ein geringer Abtrag des dünnen direkten thermischen Nitridfilms aus Silizium, der während des Reinigens des Siliziumnitridfilms bei der letzten Ionenimplantation auftreten könnte, durch den leitfähigen Film verhindert werden kann. Die Ionenenergie der durch den Nitridfilm und den leitfähigen Film implantierten Fremdstoffe soll auf einen hohen Pegel in dem oben erwähnten Bereich, d.h. zwischen 20 und 400 keV, in Abhängigkeit von der Art und der Dicke des leitfähigen Films für die Gateelektrode eingestellt werden.The conductive film is made of aluminum, polycrystalline silicon or other metals, preferably polycrystalline silicon, and is used as the gate electrode the MIS-FET is used. The ion implantation through the nitride film and the conductive Film is more beneficial than ion implantation just through the nitride film underneath Taking into account the fact that a small amount of abrasion of the thin direct thermal Nitride film made of silicon, which is used during cleaning of the silicon nitride film the final ion implantation could occur, prevented by the conductive film can be. The ion energy passing through the nitride film and the conductive film implanted foreign matter should be at a high level in the above-mentioned range, i.e. between 20 and 400 keV, depending on the type and thickness of the conductive Film for the gate electrode can be set.

Das direkte thermische Nitrid des Siliziums, das die Fremdstoffionen durchläßt, kann den Ertrag der Herstellung von Halbleitervorrichtungen verbessern, da elektrische Ladungen, die in dem Siliziumnitridfilm durch die Ionenimplantation induziert sind, aufgrund der direkten thermischen Nitrierung verringert werden. Als Ergebnis wird eine Beschädigung oder ein Bruch des Siliziumnitridfilms aufgrund der Verminderung der elektrischen Ladungen verringert.The direct thermal nitride of silicon that carries the foreign matter ions can improve the semiconductor device manufacturing yield, because electric charges are deposited in the silicon nitride film by the ion implantation induced are reduced due to the direct thermal nitriding. As a result, the silicon nitride film becomes damaged or broken the reduction in electrical charges.

Die Fremdstoffionen können indirekt in das Siliziumsubstrat durch den direkten thermischen Nitridfilm aus Silizium oder sowohl durch diesen Nitridfilm als auch einen leitfähigen Film, wie oben beschrieben, implantiert werden. Die Fremdstoffionen konnen aber auch direkt in das Siliziumsubstrat implantiert werden und der direkte thermische Nitridfilm aus Silizium kann nachfolgend auf dem ionenimplantierten Substrat aus Silizium gebildet werden. Während der nachfolgenden Wärmebehandlung zum Aktivieren der direkt implantierten Fremdstoffe und zum Korrigieren einer Beschädigung des Siliziumsubstrats und der Wärmebehandlung nach der indirekten Ionenimplantation in das Siliziumsubstrat kann der direkte thermische Nitridfilm die Wiederverteilung der Fremdstoffe verhindern.The foreign matter ions can enter the silicon substrate indirectly the silicon direct thermal nitride film or both through this nitride film and a conductive film as described above can be implanted. The foreign matter ions but can also be used directly in the silicon substrate can be implanted and the silicon direct thermal nitride film can subsequently be ion-implanted Substrate can be formed from silicon. During the subsequent heat treatment to activate the directly implanted foreign matter and to correct any damage the silicon substrate and the heat treatment after the indirect ion implantation in the silicon substrate, the direct thermal nitride film can redistribute to prevent foreign matter.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt zur Herstellung der MIS-IC verwendet werden, da die Fremdstoffe unter der Gateelektrode der MIS-IC genau gesteuert werden können. Bekannte Verfahren zur Ionenimplantation durch einen Siliziumnitridfilm, beispielsweise Herstellungsverfahren für Schaltungselemente in bipolaren integrierten Schaltungen oder einzelnen Elementen, wie Transistoren und Dioden, können auch durch das erfindungsgemäße Verfahren ersetzt werden.The inventive method is preferred for the production of MIS-IC are used because the foreign matter under the gate electrode of the MIS-IC is accurate can be controlled. Known methods of ion implantation through a silicon nitride film, for example manufacturing process for circuit elements in bipolar integrated Circuits or individual elements, such as transistors and diodes, can also go through the inventive method can be replaced.

Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben, in der sind Fig. 1 bis 5 Querschnitte eines Halbleiter-Siliziumsubstrats mit verschiedenen Teilen eines darauf gebildeten MIS-FET und Fig. 6 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Dosiermenge und der Flächenkonzentration Ns von Bor.The invention is described by way of example with reference to the drawing, 1 to 5 are cross-sections of a semiconductor silicon substrate with various Parts of a MIS-FET formed thereon; and FIG. 6 is a graphical representation of FIG Relationship between the dosage and the surface concentration Ns of boron.

Beispiel 1 Gemäß Fig. 1 ist ein P-Halbleiter-Siliziumsubstrat 1 mit einem spezifischen Widerstand von 20 Ohm cm mit einem Isolierfilm 2 aus Siliziumdioxyd (Si02) mit einer Dicke von einigen tausend i versehen. Ein Fenster ist durch den Isolierfilm 2 so gebildet,daß ein Teil der Fläche des Substrats 1 freigelegt wird, auf dem ein flIS-FET gebildet ist. Die freigelegte Fläche des Siliziumsubstrats durch das Fenster des Isolierfilms 2 ist durch Eintauchen des gesamten Substrats in eine Lösung aus HF gereinigt.Example 1 As shown in Fig. 1, a P-type semiconductor silicon substrate 1 is provided with a specific resistance of 20 ohm cm with an insulating film 2 made of silicon dioxide (Si02) provided with a thickness of a few thousand i. A window is through the Insulating film 2 is formed so that a part of the surface of the substrate 1 is exposed, on which a FIS-FET is formed. The exposed area of the silicon substrate by the window of the insulating film 2 is made by immersing the entire substrate in one Solution purified from HF.

Das in Fig. 1 gezeigte Substrat 1 wird bei einer Temperatur von etwa 12000c in einer 100 zeigen Ammoniakatmosphäre erhitzt. Die freigelegte Fläche des Siliziumsubstrats 1 wird direkt durch die Ammoniakatmosphäre nitriert. Der Isolierfilm 2 wird als Nitriermaske verwendet. Ein Siliziumnitridfilm 3 (Fig. 2) mit einer Dicke von 100 i wird an dem Flächenteil des freigelegten Siliziumsubstrats innerhalb des Fensters gebildet. Stickstoff der Atmosphäre wird somit in das Siliziumsubstrat 1 imprägniert, während eine nitridbildende Reaktion während der Imprägnierung auftritt.The substrate 1 shown in Fig. 1 is at a temperature of about 12000c heated in a 100 show ammonia atmosphere. The exposed area of the Silicon substrate 1 is nitrided directly by the ammonia atmosphere. The insulating film 2 is used as a nitriding mask. A silicon nitride film 3 (Fig. 2) having a thickness of 100 i is applied to the surface portion of the exposed silicon substrate within the Window formed. Atmospheric nitrogen is thus released into the silicon substrate 1, while a nitride-forming reaction occurs during the impregnation.

Nachfolgend werden Strahlen aus Borionen (B+), die mit "4" in Fig. 2 bezeichnet sind, mit einer Energie von etwa 40 keV in das Siliziumsubstrat durch den dünnen Siliziumnitridfilm 3 ionenimplantiert. Der dicke Isolierfilm 2 maskiert das darunterliegende Silizium gegen Borionenimplantation, so daß die Ionenimplantationsschicht 5 nur unter dem dünnen Siliziumnitridfilm 2 gebildet wird.Beams of boron ions (B +), denoted by "4" in Fig. 2, with an energy of about 40 keV into the silicon substrate the silicon nitride thin film 3 is ion-implanted. The thick insulating film 2 masks the underlying silicon against boron ion implantation, so that the ion implantation layer 5 is formed only under the silicon nitride thin film 2.

Das Halbleiter-Silizium unter der dicken Isolierschicht 2 wird als der das flIS-FET-Element umgebende Feldbereich verwendet. Die Dotiermenge der Borionen beträgt 5x1011/cm2 der Ionenimplantationsschicht 5.The semiconductor silicon under the thick insulating layer 2 is called the field area surrounding the flIS-FET element is used. The doping amount of the boron ions is 5x1011 / cm2 of the ion implantation layer 5.

Das ionenimplantierte Substrat 1 aus Silizium wird einer üblichen Wärmebehandlung bei einer Temperatur von etwa 10000 C für eine Zeitdauer von 30 Minuten ausgesetzt. Der Zweck dieser Wärmebehandlung besteht darin, die ionenimplantierten Fremdstoffe elektrisch zu aktivieren und die Atomanordnungen des ionenimplantierten Siliziumsubstrats wieder herzustellen oder zu korrigieren.The ion-implanted substrate 1 made of silicon becomes a common one Heat treatment at a temperature of about 10,000 C for a period of 30 Minutes exposed. The purpose of this heat treatment is to get the ion implanted Electrically activate foreign substances and the atomic arrangements of the ion-implanted To restore or correct the silicon substrate.

Ein Siliziumdioxydfilm (Si02) 6 (Fig. 3) wird auf dem Siliziumnitridfilm 5 durch ein CVD-Verfahren bis zu einer Dicke von 500 i niedergeschlagen. Die gesamte Dicke der Filme 3 und 6 stellt eine solche Dicke sicher, die für den Gateisolierfilm erforderlich ist, der auf dem Kanalbereich des MIS-FET gebildet ist. Der polykristalline Siliziumfilm 7 für die Gateelektrode des flIS-FET wird nachfolgend auf der gesamten oberen Fläche des Siliziumsubstrats 1 durch ein Niederschlagaverfahren mit Monosilan niedergeschlagen, siehe Fig. 3.A silicon dioxide film (SiO 2) 6 (Fig. 3) is formed on the silicon nitride film 5 by a CVD process up to one Depressed thickness of 500 i. The total thickness of the films 3 and 6 ensures such a thickness that for the Gate insulating film is required to be formed on the channel region of the MIS-FET is. The polycrystalline silicon film 7 for the gate electrode of the FIS-FET is subsequently on the entire upper surface of the silicon substrate 1 by a deposition method precipitated with monosilane, see Fig. 3.

Gemäß Fig. 4 werden der polykristalline Siliziumfilm 7 und die Gateisolierfilme 6 und 3 selektiv durch Photoätzen entfernt und ein Phosphorsilikatglasfilm (PSG) 8 wird auf der gesamten oberen Fläche des Substrats 1 niedergeschlagen. Das Substrat 1 wird auf eine Temperatur von etwa 1000°C erhitzt. Ein N-Fremdstoff aus Phosphor, der in dem PSG-Film 8 enthalten ist, wird während der Erhitzung in das Siliziumsubstrat 1 diffundiert, um jeweils N-Source- und -Drainbereiche 9 und 10 zu bilden.4, the polycrystalline silicon film 7 and the gate insulating films become 6 and 3 selectively removed by photoetching and a phosphosilicate glass film (PSG) 8 is deposited on the entire upper surface of the substrate 1. The substrate 1 is heated to a temperature of about 1000 ° C. An N-impurity from phosphorus, contained in the PSG film 8 is transferred into the silicon substrate during heating 1 diffuses to form N source and drain regions 9 and 10, respectively.

Durch den PSG-Film 8 werden Fenster gebildet und ein Teil der Source- und Drain-Bereiche 9 und 10 werden jeweils durch jedes der Fenster freigelegt. Source- und Drain-Elektroden 11 und 12 werden durch Vakuumniederschlag von Aluminium gebildet und dann wird Aluminium selektiv entfernt, so daß ein Aluminiumelektrodenmuster erzeugt wird, das die freigelegten Bereiche kontaktiert, siehe Fig. 5.Windows are formed by the PSG film 8 and part of the source and drain regions 9 and 10 are exposed through each of the windows, respectively. Source and drain electrodes 11 and 12 are formed by vacuum deposition of aluminum and then aluminum is selectively removed to form an aluminum electrode pattern is generated, which contacts the exposed areas, see FIG. 5.

Die erhaltene Schwellenwertspannung beträgt 1 V.The threshold voltage obtained is 1 V.

Beispiel 2 Das Verfahren des Beispiels 1 wird mit der Ausnahme wiederholt, daß der polykristalline Siliziumfilm 1 direkt auf dem direkten thermischen Nitridfilm 3 aus Silizium niedergeschlagen wird. Die Energie der Borionen 4 beträgt 25 keV. Es wird dieselbe Schwellenwertspannung wie im Beispiel 1 erhalten.Example 2 The procedure of Example 1 is repeated with the exception that the polycrystalline silicon film 1 is directly on the direct thermal nitride film 3 is deposited from silicon. The energy of the boron ions 4 is 25 keV. The same threshold voltage as in Example 1 is obtained.

Beispiel 3 Bei diesem Beispiel wird die Ionenimplantation nach der Bildung des polykristallinen Siliziumfilms 7 (Fig. 3) mit einer Dicke von 3000 2 ausgeführt. Das Verfahren nach diesem Beispiel ist dasselbe wie bei Beispiel 1 mit den folgenden Ausnahmen.Example 3 In this example, the ion implantation is carried out according to the Formation of the polycrystalline silicon film 7 (Fig. 3) with a thickness of 3000 2 executed. The procedure of this example is the same as in Example 1 with the following exceptions.

A. Die polykristalline Siliziumschicht 7 wird direkt auf dem direkten thermischen Nitridfilm 3 aus Silizium mit einer Dicke von 90 A niedergeschlagen.A. The polycrystalline silicon layer 7 is directly on the direct thermal nitride film 3 made of silicon with a thickness of 90 Å is deposited.

B. Die Energie der Borionen beträgt 170 keV.B. The energy of the boron ions is 170 keV.

C. Die Dosiermenge der Borionen beträgt 5x1011/cm2.C. The dosage of the boron ions is 5x1011 / cm2.

Die Ergebnisse der Herstellung des MIS-FET sind im wesentlichen dieselben wie beim Beispiel 1.The results of fabricating the MIS-FET are essentially the same as in example 1.

Beispiel 4 Ein Stück eines P-(100)-Siliziumsubstrats mit einem spezifischen Widerstand zwischen 3 und 5 Ohm-cm wird der direkten Bildung des Siliziumnitrids ausgesetzt. Das Siliziumsubstrat wird in eine 40 0,6#ige Lösung aus Flußsäure eingetaucht und dann vollständig in einer Stickstoffatmosphäre getrocknet. Die getrockneten Siliziumsubstrate werden in ein Glasrohr eingesetzt, durch das Argon strömt. Eine gasförmige Mischung von 70% Argon und 30% Stickstoff werden vollständig gereinigt, so daß die oxydierenden Gase, wie 02, CO2, H20 usw. auf einen Gehalt von weniger als 1 ppm (1x10 6) verringertwerden.Diese gasförmige Mischung wird dann in das Quarzrohr mit einer Geschwindigkeit von 5000 cm3/min eingeströmt und mit dem Siliziumsubstrat bei einer Temperatur von 12000c in Berührung gebracht. Ein Siliziumnitridfilm wächst auf dem 0 Siliziumsubstrat bis zu einer Dicke von 100 A. Borionen (B+) werden durch die Siliziumnitride bei einer Ionenenergie von 40 keV und in einer Menge von 5x1013/cm2 implantiert. N+P-Ubergänge, die voneinander getrennt sind, werden zwischen dem P-Substrat und der mit Borionen implantierten N+-Schicht gebildet. Das so behandelte Siliziumsubstrat wird bei 11000C 30 Minuten lang erhitzt oder getempert.Example 4 A piece of P (100) silicon substrate with a specific Resistance between 3 and 5 ohm-cm will be the direct formation of the silicon nitride exposed. The silicon substrate is immersed in a 0.6 # solution of hydrofluoric acid and then dried completely in a nitrogen atmosphere. The dried ones Silicon substrates are placed in a glass tube through which argon flows. One gaseous mixture of 70% argon and 30% nitrogen are completely cleaned, so that the oxidizing gases such as 02, CO2, H20 etc. to a content of less than 1 ppm (1x10 6). This gaseous mixture is then poured into the quartz tube flowed in at a speed of 5000 cm3 / min and with the silicon substrate brought into contact at a temperature of 12000c. A silicon nitride film grows on the silicon substrate up to a thickness of 100 A. Boron ions (B +) are through the silicon nitrides at an ion energy of 40 keV and in an amount of 5x1013 / cm2 implanted. N + P junctions that are separated from each other are between the P substrate and the N + layer implanted with boron ions. Treated like that Silicon substrate is heated or tempered at 11000C for 30 minutes.

Die Lawinendurchbruchspannung der N+P-Ubergänge beträgt 6,6 V + 0,2 V.The avalanche breakdown voltage of the N + P junctions is 6.6 V + 0.2 V.

Anstelle des direkten thermischen Nitridfilms aus Silizium wird ein Siliziumdioxydfilm mit einer Dicke von 100 i auf dem oben erwähnten Siliziumsubstrat durch thermische Oxydation gebildet. Die Lawinendurchbruchspannung der N+P-t#bergänge, die durch die lonenimplantat ion mit nachfolgendem Tempern erhalten werden, beträgt 8,7 V + 0,5 V.Instead of the direct thermal nitride film made of silicon, a Silicon dioxide film with a thickness of 100 µ on the above-mentioned silicon substrate formed by thermal oxidation. The avalanche breakdown voltage of the N + P-t # transitions, which are obtained by the ion implantation with subsequent annealing is 8.7 V + 0.5 V.

Die niedrige Lawinendurchbruchspannung der N+P-Ubergänge, die durch die Ionenimplantation durch den direkten thermischen Nitridfilm aus Silizium gebildet werden, zeigt an, daß die Flächenkonzentration von Bor nach dem Tempern nicht wesentlich verringert wird. Die Streuung der Durchbruchspannung der N+P-Ubergänge ist in den Übergängen nach der Erfindung geringer als in den Ubergängen, die durch Ionenimplantation durch einen üblichen Oxydfilm erzeugt werden. Diese Tatsache zeigt, daß die Fremdstoffionen in ein Stück des Siliziumsubstrats durch den direkten thermischen Nitridfilm aus Silizium gleichförmiger als durch den Oxydfilm implantiert werden.The low avalanche breakdown voltage of the N + P junctions caused by the ion implantation is formed by the direct thermal nitride film of silicon indicates that the areal concentration of boron after annealing is not significant is decreased. The spread of the breakdown voltage of the N + P junctions is in the Transitions according to the invention are less than in the transitions produced by ion implantation can be produced by a conventional oxide film. This fact shows that the foreign matter ions into a piece of the silicon substrate through the direct thermal nitride film Silicon more uniformly than can be implanted through the oxide film.

Beispiel 5 Siliziumsubstrate auf Plättchen werden in vier Lose, siehe Tabelle 2, in Ubereinstimmung mit der Borkonzentration in dem Körper der Substrate (Nb) gruppiert.Example 5 Silicon substrates on wafers are produced in four lots, see Table 2, in accordance with the concentration of boron in the body of the substrates (Nb) grouped.

Tabelle 2 - Ns/Nb Los-Nr. Nb ( ~3) Na (cm) (Mittel) 1 2,8 ~ 3,2 x 1015 2,1, 3,4 x 1015 0,92 2 1,8~2,0 x no16 1,2~2 2,0 x 1016 0,84 3 1,8 ru 2,1 x 1016 1,3###1,7 x 1016 0,77 4 1,7 x 1016 1,6 ~ 2,2 x 1016 0,89 Jedes Los enthält 10 bis 20 Substrate. Table 2 - Ns / Nb Lot No. Nb (~ 3) Na (cm) (Medium) 1 2.8 ~ 3.2 x 1015 2.1, 3.4 x 1015 0.92 2 1.8 ~ 2.0 x no16 1.2 ~ 2 2.0 x 1016 0.84 3 1.8 ru 2.1 x 1016 1.3 ### 1.7 x 1016 0.77 4 1.7 x 1016 1.6 ~ 2.2 x 1016 0.89 Each lot contains 10 to 20 substrates.

Das direkte thermische Nitrid aus Silizium wird auf den Substraten durch Erhitzung auf 120000 für 30 Minuten gebildet. Die Substrate werden auf eine Temperatur zwischen 1000 und 115000 für 15 bis 90 Minuten in einer Sauerstoffatmosphäre erhitzt.The direct thermal nitride from silicon is on the substrates formed by heating to 120,000 for 30 minutes. The substrates are on a Temperature between 1000 and 115000 for 15 to 90 minutes in an oxygen atmosphere heated.

Die Borkonzentration an der Substratfläche wird nach der Erhitzung gemessen und ist in der Spalte Es in Tabelle 2 gezeigt. Die Verhältnisse Ns/Nb der Substrate jedes Loses werden gemittelt und sind in Tabelle 2 gezeigt. Wie sich aus den Verhältnissen Ns/Nb ergibt, ist die Flächenkonzentration von Bor nicht wesentlich rückverteilt in das Siliziumnitrid aufgrund der Wärmebehandlung. Des weiteren sind die Fremdstoffe, die bereits auf der Substratfläche vor der Bildung des Siliziumnitrids vorhanden waren, nicht wieder in das Siliziumnitrid verteilt.The boron concentration on the substrate surface increases after heating and is shown in the Es column in Table 2. The ratios Ns / Nb of Substrates of each lot are averaged and are shown in Table 2. How out results in the ratios Ns / Nb, the surface concentration of boron is not essential redistributed in the silicon nitride due to the heat treatment. Furthermore are the foreign matter that was already on the substrate surface before the formation of the silicon nitride were not redistributed into the silicon nitride.

Beispiel 6 Die Beziehung zwischen der Flächenkonzentration von Bor (Ns) und der Dosiermenge der Borionen ist in diesem Beispiel unter den folgenden Bedinungen untersucht worden.Example 6 The relationship between the areal concentration of boron (Ns) and the dosage amount of the boron ions in this example is among the following Conditions have been investigated.

Ionenenergie 40 keV Dicke des direkten thermischen Nitridfilms aus Silizium 90 i Erhitzungstemperatur nach der Bildung des Siliziumnitridfilms 1000 bis 115000 Diese Beziehung ist in Fig. 6 gezeigt. Ion energy 40 keV thickness of the direct thermal nitride film Silicon 90 i heating temperature after the formation of the silicon nitride film 1000 to 115000 This relationship is shown in FIG.

Der Ns-Wert hängt linear von der Dosiermenge ab und kann 1017/cm3 oder mehr betragen. Der Ns-Wert ist etwa doppelt so hoch wie der durch Ionenimplantation durch einen üblichen Oxydfilm.The Ns value depends linearly on the dosing quantity and can be 1017 / cm3 or more. The Ns value is about twice that of ion implantation through a common oxide film.

Zusammenfassung In ein Halbleiter-Siliziumsubstrat implantierte Fremdstoffionen werden während der Erhitzung des Substrats nicht aus dem Substrat zu einem Film rückverteilt.Summary Foreign matter ions implanted in a semiconductor silicon substrate do not turn into a film from the substrate during heating of the substrate redistributed.

Eine solche Rückverteilung tritt aufgrund der direkten Nitrierung des Siliziumsubstrats zum Bilden eines Siliziumnitridfilms nicht auf.Such redistribution occurs due to direct nitration of the silicon substrate for forming a silicon nitride film.

LeerseiteBlank page

Claims (7)

Patent ansprüche 1. Verfahren zum Herstellen einer Haibleitervorrichtung, insbesondere eines MIS-FET, bei dem Fremdstoffe in ein Halbleiter-Siliziumsubstrat implantiert werden und bei dem das ionenimplantierte Halbleiter-Siliziumsubstrat erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Siliziumnitridfilm, insbesondere ein Gateisolierfilm des NIS-FET,auf dem Halbleiter-Siliziumsubstrat durch direkte thermische Nitrierung des Siliziums des Halbleitersubstrats gebildet wird, wodurch aufgrund der direkten thermischen Nitrierung nach der Erhitzung die gesamte Menge der ionenimplantierten Fremdstoffe an der Fläche des Halbleiter-Siliziumsubstrats beibehalten wird. Claims 1. A method for manufacturing a semiconductor device, in particular, a MIS-FET in which foreign matter enters a semiconductor silicon substrate are implanted and in which the ion-implanted semiconductor silicon substrate is heated, characterized in that a silicon nitride film, in particular a Gate insulating film of the NIS-FET, on the semiconductor silicon substrate by direct thermal Nitriding of the silicon of the semiconductor substrate is formed, thereby due to the direct thermal nitriding after heating, the entire amount of the ion-implanted Foreign matter is retained on the surface of the semiconductor silicon substrate. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Fremdstoffionen durch den Siliziumnitridfilm implantiert werden.2. The method according to claim 1, characterized in that foreign matter ions can be implanted through the silicon nitride film. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fremdstoffionen durch einen Film aus leitfähigem Material, der auf dem Siliziumnitridfilm niedergeschlagen ist, und dann durch den Siliziumnitridfilm implantiert werden.3. The method according to claim 2, characterized in that the foreign matter ions by a film of conductive material deposited on the silicon nitride film and then implanted through the silicon nitride film. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fremdstoffionen direkt in das Haiblefter-Siliziumsubstrat implantiert werden.4. The method according to claim 1, characterized in that the foreign matter ions implanted directly into the semi-conductor silicon substrate. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Siliziumnitridfilms im Bereich von 20 bis 100, vorzugsweise 50 bis 90, i liegt.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that that the thickness of the silicon nitride film is in the range of 20 to 100, preferably 50 to 90, i. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ionenenergie der Fremdstoffe im Bereich von 10 bis 400, vorzugsweise 20 bis 200, keV angewendet wird.6. The method according to claim 5, characterized in that an ion energy of foreign substances in the range from 10 to 400, preferably 20 to 200, keV are applied will. 7. Verwendung eines nach den Ansprüchen 1 oder 5 hergestellten Siliziumnitridfilms zum Verhindern einer Rückverteilung von ionenimplantierten Fremdstoffen aus dem Halbleitersubstrat in den Siliziumnitridfilm während der Erhitzung des Halbleitersubstrats auf eine Temperatur zum elektrischen Aktivieren der Fremdstoffe und zum Korrigieren einer durch die Ionenimplantation verursachten Beschädigung des Halbleitersubstrats.7. Use of a silicon nitride film produced according to claims 1 or 5 to prevent redistribution of ion-implanted foreign matter from the Semiconductor substrate in the silicon nitride film during the heating of the semiconductor substrate to a temperature for electrically activating the foreign matter and correcting it damage to the semiconductor substrate caused by the ion implantation.
DE19792921793 1979-05-29 1979-05-29 Semiconductor device esp. MISFET prodn. - using silicon nitride film obtd. by direct nitriding to prevent ion implanted impurity migration during heat treatment Ceased DE2921793A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19792921793 DE2921793A1 (en) 1979-05-29 1979-05-29 Semiconductor device esp. MISFET prodn. - using silicon nitride film obtd. by direct nitriding to prevent ion implanted impurity migration during heat treatment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19792921793 DE2921793A1 (en) 1979-05-29 1979-05-29 Semiconductor device esp. MISFET prodn. - using silicon nitride film obtd. by direct nitriding to prevent ion implanted impurity migration during heat treatment

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE2921793A1 true DE2921793A1 (en) 1980-12-04

Family

ID=6071949

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19792921793 Ceased DE2921793A1 (en) 1979-05-29 1979-05-29 Semiconductor device esp. MISFET prodn. - using silicon nitride film obtd. by direct nitriding to prevent ion implanted impurity migration during heat treatment

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE2921793A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0142252A3 (en) * 1983-09-26 1986-12-03 Fujitsu Limited Method for producing semiconductor device

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2450070A1 (en) * 1973-10-29 1975-04-30 Rca Corp METHOD OF MANUFACTURING A SEMI-CONDUCTOR COMPONENT
US4113515A (en) * 1975-06-04 1978-09-12 U.S. Philips Corporation Semiconductor manufacturing method using buried nitride formed by a nitridation treatment in the presence of active nitrogen

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2450070A1 (en) * 1973-10-29 1975-04-30 Rca Corp METHOD OF MANUFACTURING A SEMI-CONDUCTOR COMPONENT
US4113515A (en) * 1975-06-04 1978-09-12 U.S. Philips Corporation Semiconductor manufacturing method using buried nitride formed by a nitridation treatment in the presence of active nitrogen

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
US-Z.: Applied Physics Letters, Vol. 32, No. 5, 1. März 1978, S. 330-331 *
US-Z.: IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. SC-10, No. 4, 1975, S. 205-211 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0142252A3 (en) * 1983-09-26 1986-12-03 Fujitsu Limited Method for producing semiconductor device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3019850C2 (en)
DE3150222C2 (en) Method of manufacturing a semiconductor device
EP0010624B1 (en) Process for the realization of very narrow mask openings for the manufacture of semiconductor integrated circuits
DE1589810C3 (en) Passivated semiconductor component and method for its manufacture
DE1564963C3 (en) Method for manufacturing a stabilized semiconductor component
DE2425382A1 (en) METHOD OF MANUFACTURING INSULATING LAYER FIELD EFFECT TRANSISTORS
DE2623009A1 (en) METHOD FOR MANUFACTURING A SEMI-CONDUCTOR ARRANGEMENT AND SEMI-CONDUCTOR ARRANGEMENT PRODUCED BY THIS METHOD
DE69030934T2 (en) Formation and removal of polysilicon LDD spacers
CH615781A5 (en)
DE2423846A1 (en) METHOD FOR MANUFACTURING A SEMICONDUCTOR COMPONENT
DE1789024A1 (en) Semiconductor device and method for making the same
EP0066730B1 (en) An isolating layered structure for a gate, process for manufacturing and use of that structure
DE2718449A1 (en) METHOD OF MANUFACTURING A SEMI-CONDUCTOR ARRANGEMENT AND ARRANGEMENT PRODUCED BY THIS METHOD
DE3138140C2 (en)
DE2160462A1 (en) SEMICONDUCTOR ARRANGEMENT AND METHOD OF MANUFACTURING THIS SEMICONDUCTOR ARRANGEMENT
DE1803024A1 (en) Integrated semiconductor device and method for its manufacture
DE1944131A1 (en) Method for reducing the stacking fault density in epitaxial layers of semiconductor components
DE2162445A1 (en) Method for manufacturing a semiconductor device and device manufactured by this method
DE2111633A1 (en) Process for the production of a surface field effect transistor
DE2316095A1 (en) METHOD FOR MANUFACTURING INTEGRATED CIRCUITS WITH COMPLEMENTARY CHANNEL FIELD EFFECT TRANSISTORS
DE3736369C2 (en)
DE1923035A1 (en) Method for manufacturing a semiconductor element with a passivation film
DE3301479C2 (en) Method for producing a semiconductor element
DE3540452A1 (en) METHOD FOR PRODUCING A THIN-LAYER TRANSISTOR
DE2921793A1 (en) Semiconductor device esp. MISFET prodn. - using silicon nitride film obtd. by direct nitriding to prevent ion implanted impurity migration during heat treatment

Legal Events

Date Code Title Description
OAP Request for examination filed
OD Request for examination
8131 Rejection