DD242539A3

DD242539A3 - Verfahren zur Reinigung von Halbleiterscheiben

Info

Publication number: DD242539A3
Authority: DD
Publication date: 1987-02-04

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Halbleiterbauelementetechnologie und speziell auf die Reinigung von Halbleiterscheiben, die als jeweils obere Schicht strukturiertes polykristallines Silizium bzw. freiliegendes Si3N4 aufweisen. Ziel der Erfindung ist die Verbesserung der Reinheit von Halbleiterscheiben nach der chemigrafischen Strukturierung von polykristallinen Si-Schichten. Durch eine deutliche Verringerung von Teilchendichten wird eine Steigerung der Ausbeute an Halbleiterbauelementen erreicht. Wesen der Erfindung ist die spezielle Behandlung der Halbleiterscheiben nach der Strukturierung einer polykristallinen Si-Schicht in einem H2O2:H2SO4-Bad mit einem Mischungsverhaeltnis von 1:2,5 bis 1:5,2 bei Badtemperaturen oberhalb 90C ueber einen Zeitraum von 2-20 Minuten vor oder nach einem folgenden Feinreinigungsschritt, der auf physikalischen Wirkprinzipien beruht.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf die Reinigung von Halbleiterscheiben, die als obere Schicht Si₃N₄ oder strukturiertes polykristallines Silizium oder beides aufweisen. .

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei der Herstellung integrierter Halbleiterbauelemente mit Mehrschichtaufbau, z. B. ladungsgekoppelte Bauelemente (CCD), fungieren als Leitebenen meist strukturierte polykristalline Si-Schichten, während die umliegenden Gebiete meist Si₃N₄-bedeckt

sind. » .

Diese Si-Schichten weisen in Abhängigkeit von den technologischen Bedingungen bei ihrer Erzeugung z. B. über LPCVD-Verfahren (Temperaturregime, Abscheiderate) unterschiedliche Gefügeeigenschaften, z. B. Korngröße, auf. Bei der anschließenden Strukturierung der polykristallinen Si-Schichten erhält man Leitbahnen, die bei Einsatz naßchemischer Verfahren flachere oder bei trockenchemischen Methoden, z. B. Plasmaätzen, steilere Böschungen aufweisen. Die so behandelten Halbleiterscheiben erfahren vor dem nächsten Bearbeitungsschritt (z. B. Oxydation) in der Regel eine Reinigung, die meist aus einer chemischen Vorreinigung, z. B. Reinigungsgemische nach KERN/PUOTINEN „Cleaning solutions based an Hydrogen peroxide for use in Silicon semiconductor technology", RCA Review Juni 1970, S. 187-206, und einer auf physikalischen Wirkmechanismen beruhenden Feinreinigung besteht.

Die Feinreinigung dient zur Beseitigung feinster Partikel von der Halbleiterscheibe. Hierbei kommen unter anderem Verfahren zum Einsatz, bei denen die zu reinigende Scheibenoberfläche in Kontakt mit wasserdurchspülten mechanischen Arbeitsmitteln,

z. B. Bürsten oder aufgespannte Tücher, kommt. Die Reinigungswirkung wird dabei durch Kombination einer rotierenden Relativbewegung der Halbleiterscheibe zum Arbeitsmittel und der Spülwirkung hochreinen Wassers erreicht.

Es wurde beobachtet, daß Si-Scheiben nach der Feinreinigung bei lichtoptischer Begutachtung höhere Teilchendichten aufwiesen als nach der chemischen Vorreinigung. Als Ursache für diesen reproduzierbaren Effekt kommen winzige Si-Partikel in Frage, die infolge der Kraftübertragungen bei der Feinreinigung, z. B. bevorzugt aus den Kantenbereichen der strukturierten polykristallinen Si-Leitbahnen herausgelöst werden. Denkbar ist auch, daß sich Fotolackreste oder nicht näher definierbare chemische Reaktionsprodukte erst beim Feinreinigungsschritt von der polykristallinen Si-Oberfläche lösen.

Die beschriebenen negativen Effekte traten auch noch nach Zwischenschaltung anderer Prozesse, z. B. Oxydation, Implantation, bei der folgenden Reinigung auf, solange die Si₃N₄-Schicht neben den Poly-Si-Strukturen noch frei lag. Daher ist ein Einfluß der freiliegenden Si₃N₄-Schicht ebenfalls nicht auszuschließen.

Bei der weiteren Bearbeitung der Halbleiterscheiben wirken sich die Partikel störend im Schichtaufbau aus, indem sie z.B. zu örtlichen Kurzschlüssen zwischen übereinanderliegenden, voneinander isolierten Leitebenen führen.

Weiterhin hat sich gezeigt, daß die einmal aufgetretenen Teilchen durch herkömmliche Methode wie z. B. Behandlung in Reinigungsgemischen nach' KERN etal. oder organischen Substanzen auch die Wiederholung oder Kombination dieser Methoden nicht beseitigt werden konnten. Die so vorliegenden Halbleiterscheiben müssen ausgesondert oder unter Kalkulation stark verringerter Ausbeuten weiterbearbeitet werden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Verbesserung der Reinheit von Halbleiterscheiben mit freiliegender Si₃N₄-Schicht und chemigrafisch strukturierter polykristallinen Si-Schicht. Durch eine deutliche Verringerung der Teilchendichten wird eine Steigerung der Ausbeute an Halbleiterbauelementen erreicht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem die durch den Feinreinigungsschritt auf der Oberfläche der Halbleiterscheiben entstandenen Teilchen entfernt werden oder aber das Auftreten der Teilchen vermieden wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Halbleiterscheiben vor oder nach dem die Teilchen verursachenden Feinreinigungsschritt bei Temperaturen über 9O⁰C über einen Zeitraum von 2-20 Minuten in einem H₂O2:H₂SO4-Bad mit einem Mischungsverhältnis von 1:2,5 bis 1:5,2 behandelt werden.

Vorzugsweise erfolgt die naßchemische Behandlung der Halbleiterscheiben mit einem Mischungsverhältnis von 1:2,8 bis 1:3,3 von H₂O₂IH₂SO₄ bei Badtemperaturen von 112-127°C über einen Zeitraum von 4 bis 12 Minuten. Überraschenderweise wurde nämlich festgestellt, daß bei Vorpräparation der Halbleiterscheiben mit Gemischen der angegebenen Konzentration der folgende Feinreinigungsprozeß (Bürste oder aufgespanntes Tuch) keine Bildung von Teilchen auf der Halbleiterscheibenoberfläche mehr verursacht, was nicht vorauszusehen war, da H₂O₂:H₂SO₄-Gemische eigentlich als Ablackmittel benutzt werden.

Dabei spielt es keine Rolle, ob die Vorpräparation, ein Kochen der Halbleiterscheiben in dem erfindungsgemäßen H₂O₂:H₂SO₄-Bad, unmittelbar vor der Feinreinigung oder mit Zwischenschaltung anderer chemischer Reinigungsschritte, z. B. mit KERN-Reinigungslösungen, erfolgt.

Erfindungsgemäß kann auch eine nochmalige Reinigung in dem H₂O₂-H₂SO₄-Gemisch vorgenommen werden, wenn an die erste Feinreinigung mit einem Reinigungsstempel sich z. B. eine Oxydation in feuchter Sauerstoffatmosphäre und eine Bor-Implantation in die strukturierte Scheibenvorderseite anschließt.

Durch die spezielle H₂O₂:H₂SO4-Bad-Behandlung wird gewährleistet,.daßbei der Feinreinigung keine unzulässig hohe Anzahl an Ablagerungen von Partikeln über die gesamte Scheibe verursacht wird, die zum vorzeitigen Ausschuß im Zyklus 1 oder zumindest zu einer Ausbeutesenkung führt.

Wird die erfindungsgemäße Behandlung der Halbleiterscheiben in dem H₂O₂:H₂SO₄-Bad vor allen sonstigen der Feinreinigung vorgelagerten chemischen Reinigungsschritten durchgeführt, so kann dabei gleichzeitig die zur Strukturierung der polykristallinen Si-Schicht benutzte Lackmaske entfernt werden.

Vorteilhaft für den Verfahrensablauf ist es, wenn das Bad aus dem H₂O₂:H₂SO₄-Gemisch erst auf die erfindungsgemäße Temperatur erwärmt wird, bevor die Halbleiterscheiben für die mehrminütige Behandlung eingetaucht werden. Die Erfindung soll nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Bei jedem der Beispiele wird entsprechend der Fertigung von integrierten Halbleiterbauelementen auf CCD-Basis auf oxydierten und Si₃N₄-beschichteten Si-Scheiben eine 400 nm dicke polykristalline Si-Schicht abgeschieden, bei 900⁰C durch Trägergasdiffusion phosphordotiert und anschließend naßchemisch strukturiert. Die weitere Bearbeitung kann jetzt auf verschiedene Weise erfolgen.

Beispiel 1

Nach dem Ablacken mit Azeton erfolgt in Vorbereitung auf den nächsten Hochtemperaturschritt die Reinigung wie folgt:

— Reinigung in Kern-I-Lösung (H₂O₂:NH₄OH:H₂O),

— Reinigung in Kem-Il-Lösung (H₂O₂:HCI:H₂O),

— Kochen im erfindungsgemäßen H₂O₂: H₂SO₄ = 1:3-Gemisch bei 12O⁰C über 10 Minuten,

— Feinreinigung mit einem Reinigungsstempel (mit deionisiertem Wasser durchspültes, aufgespanntes Tuch, das über die rotierende Si-Scheibe geführt wird).

Zwischen den einzelnen Reinigungsteilschritten werden die Si-Scheiben neutral gespült.

Beispiel 2

Bei dieser Arbeitsweise wird auf das Ablacken mit Aceton verzichtet und die folgenden Arbeitsschritte ausgeführt.

— Kochen in H₂O₂: H₂SO₄ = 1:3,3-Gemisch bei 127⁰C über 8 Minuten;

— Reinigung in Kern-I-Lösung;

— Reinigung in Kem-Il-Lösung;

,— Feinreinigung mit einem Reinigungsstempel;

— nochmaliges Kochen in H₂O₂: H₂SO₄ = 1:3,3-Gemisch bei 12O⁰C über 10 Minuten. Zwischen den einzelnen Schritten erfolgt Neutralspülung der Si-Scheiben.

Beispiel 3

Nach einer weiteren Arbeitsmethode werden folgende Arbeitsschritte ausgeführt.

— Kochen in H₂O₂: H₂SO₄= 1:3-Gemisch bei 115⁰C über 10 Minuten;

— Reinigung in Kem-Il-Lösung;

— Feinreinigung mit einem Reinigungsstempel.

Zwischen den einzelnen Schritten erfolgt Neutralspülung der Si-Scheiben.

Beispiel 4

In diesem Fall wird von Si-Scheiben ausgegangen, die bereits eine Bearbeitung gemäß eines der Beispiele 1 bis 3 erhalten haben. In weiteren werden dann folgende Arbeitsschritte ausgeführt:

— Oxydation bei 900°C in feuchter Sauerstoffatmosphäre über 2 Stunden,

— Bor-Implantation in die strukturierte Scheibenvorderseite,

— Reinigung in Kern-I-Lösung,

— Kochen im H₂O₂ : H₂SO₄ = 1:3-Gemisch bei 120⁰C über 10 Minuten,

— Reinigung in Kern-Il-Lösung,

— Feinreinigung mit einem Reinigungsstempel

Zwischen den einzelnen Reinigungsschritten erfolgt Neutralspülung der Si-Scheiben.

Nach allen Ausführungsvarianten wird erreicht, daß bei der Feinreinigung nur eine verträgliche Menge an Ablagerungen von Partikeln auf den Scheiben erzielt wird.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zur Reinigung von Halbleiterscheiben mit einer oder mehreren polykristallinen Schichten im Mehrschichtaufbau und einer freiliegenden Si₃N₄-Schicht, die in bekannter Weise einem oder mehreren „Kern"-Reinigungsschritten unterzogen wurden/werden, gekennzeichnet dadurch, daß jeweils nach der chemigrafischen Strukturierung einer polykristallinen, ' dotierten oder undotierten Si-Schicht und/oder nach weiteren der Si-Schichtstrukturierung folgenden Bearbeitungsschritten, denen keine Reinigung zwischengeschaltet ist, vor oder unmittelbar nach dem der Strukturierung folgenden, auf physikalischen Wirkprinzipien beruhenden Feinreinigungsschritt eine naßchemische Behandlung der Halbleiterscheiben in einem H₂O2:H₂SO4-Bad mit einem Mischungsverhältnis von 1:2,5 bis 1:5,2, bei Badtemperaturen über 90⁰C über einen Zeitraum von 2-20 min erfolgt.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die naßchemische Behandlung der Halbleiterscheiben vorzugsweise mit einem Mischungsverhältnis von 1:2,8 bis 1:3,3 bei Badtemperaturen von 112°C bis 127°C über einen Zeitraum von 4 bis 12min erfolgt.
3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß bei Ablauf der H₂O₂:H₂SO₄-Badbehandlung vor dem auf physikalischen Wirkprinzipien beruhenden Feinreinigungsschritt kein anderer oder ein oder mehrere andere chemische Reinigungsschritte mit jeweils dazwischenliegender Neutralspülung erfolgen.
4. Verfahren nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß bei Ablauf der H₂O₂:H₂SO₄-Badbehandlung noch vor allen sonstigen, der Feinreinigung vorgelagerten chemischen Reinigungsschritten diese H₂O₂:H₂SO₄-Badbehandlung gleichzeitig zur Beseitigung der zur Strukturierung der polykristallinen Si-Schicht benutzten Lackmaske eingesetzt wird.
5. Verfahren nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Halbleiterscheiben in das Bad eingetaucht werden, nachdem das H₂O₂ :H₂SO₄-Bad auf über 90°C erwärmt wurde.