DE10038887B4 - Verfahren zum Verhindern des Wachstums natürlichen Oxids während der Nitrierung - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Ausbildung einer Schicht aus Siliziumnitrid auf Siliziumwafern, mit folgenden Schritten:
Versorgen einer Mehrzahl von Siliziumwafern in einer ersten Kammer mit Ammoniakgas, wobei die erste Kammer im wesentlichen geschlossen ist und als eine Beladungsschleuse zu einer zweiten Kammer dient; und anschließend
Ausbilden einer ersten Schicht aus Siliziumnitrid auf jedem Siliziumwafer unter Durchführen einer Reaktion des Ammoniakgases mit den Siliziumwafern;
Versorgen der zweiten Kammer mit Ammoniakgas;
Bewegen der Siliziumwafer in die zweite Kammer, und
Ausbilden einer zweiten Schicht aus Siliziumnitrid auf den Siliziumwafern,
dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht bei einer höheren Temperatur
ausgebildet wird als die erste Schicht.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitergerätes, und insbesondere ein Verfahren zur Verhinderung des Wachstums von natürlichem Oxid während der Herstellung einer Siliziumnitridschicht.
  • Das Vorhandensein natürlichen Oxids oder Siliziumdioxids (SiO2) in bestimmten Komponenten eines Halbleitergeräts kann zu unerwünschten elektrischen Eigenschaften führen. Beispielsweise verringert das Vorhandensein natürlichen Oxids an Kondensatorschaltungsknoten die Dielektrizitätskonstante des Kondensators, wodurch die Kapazität absinkt, was daher zu anomalen Eigenschaften in Bezug auf die elektrische Kapazität bzw. den elektrischen Widerstand führt. Bei einem herkömmlichen Halbleiterherstellungsverfahren wird daher normalerweise ein Siliziumwafer mit einer Lösung aus verdünntem Fluorwasserstoff (HF) gereinigt, um natürliche Oxide zu entfernen.
  • Unerwünschte natürliche Oxide können allerdings erneut während darauffolgender Herstellungsschritte auftauchen, beispielsweise bei der Ausbildung einer Schicht aus Siliziumnitrid (Si3N4). Bei einem Herstellungsvorgang, bei welchem eine Schicht aus Siliziumnitrid aufwächst, wird ein Siliziumwafer im Inneren einer Kassette angeordnet, welche mehrere Siliziumwafer haltert. Die Kassette wird innerhalb eines Bereiches eines Ofens angeordnet, der als "Beladungsschleuse" bezeichnet wird. Um die Ausbildung natürlichen Oxids vor dem Nitriervorgang zu verhindern, wird die Beladungsschleuse mit Stickstoffgas gefüllt, um die Konzentration von in der Beladungsschleuse vorhandenem Sauerstoff zu verringern, und so die Oxidation des Siliziumwafers zu verhindern. Nachdem die Beladungsschleuse mit Stickstoffgas gefüllt wurde, werden die Wafer in der Kassette durch einen Roboterarm in ein "Schiffchen" übertragen, und dann wird das Schiffchen zur Ofenkammer befördert. Dies ist als "Schiffchen einbringen" bekannt. Um wiederum die Ausbildung natürlicher Oxide zu verhindern, wird die Ofenkammer mit Stickstoffgas während des "Einbringens des Schiffchens" gefüllt. Nachdem das Schiffchen im Inneren der Ofenkammer angeordnet wurde, wird im Inneren der Ofenkammer ein Vakuum erzeugt. Dies wird als "Herunterpumpen" bezeichnet. Nach dem Herunterpumpen wird Amoniakgas (NH3) ins Innere der Ofenkammer eingelassen, um den Nitriervorgang zu beginnen.
  • Natürliches Oxid kann sich immer noch während des voranstehend geschilderten, herkömmlichen Herstellungsverfahrens bilden, da Sauerstoff nicht vollständig aus der Beladungsschleuse oder dem Inneren der Ofenkammer entfernt werden kann, da die Ofentür geöffnet werden muß, damit die Wafer in den Ofen eingebracht und von diesem entnommen werden können. Trotz des Versuchs, Sauerstoff aus dem Bereich der Beladungsschleuse durch Stickstoffgas auszuspülen, tritt die Oxidation der Wafer an der Beladungsschleuse immer noch auf, und zwar sowohl während der Übertragung an das Schiffchen als auch während des Einbringens des Schiffchens. Darüber hinaus tritt die Oxidation nicht nur im Inneren der Ofenkammer während des Einbringens des Schiffchens auf, sondern mit erhöhter Rate, infolge der erhöhten Temperatur im Inneren der Ofenkammer.
  • Derselbe, unerwünschte Oxidationsvorgang tritt auch beim Verfahren der chemischen Dampfablagerung ("CVD") auf, bei welchem Siliziumnitrid abgelagert wird.
  • Die JP 63-285-940 A beschreibt die Ausbildung einer einzigen Siliziumnitridschicht auf einem Siliziumsubstrat in einer mit Ammoniakgas gefüllten Kammer.
  • Die US 4277320 beschreibt die Ausbildung einer einzigen Siliziumnitridschicht auf einem Siliziumsubstrat durch eine Nitrierreaktion in einer Ammoniakatmosphäre bei einer Temperatur von unterhalb von 1200 °C.
  • Die US 5174881 lehrt die Herstellung eines Siliziumnitridfilms über einer Oberfläche eines Siliziumsubstrats, wobei nach Verbringen des Substrats von einer erste in eine zweite Kammer in dieser eine einzige Siliziumnitridschicht ausgebildet wird.
  • Die US 5989338 offenbart ein Verfahren zur Ausbildung mehrerer Siliziumnitridschichten auf einem Siliziumsubstrat, wobei in einer ersten Kammer eine erste Nitridschicht über eine RTP-Reaktion bei einer Temperatur ausgebildet wird, die höher als die in herkömmlichen CVD-Verfahren verwendete Temperatur ist, und in einer zweiten Kammer, die beispielsweise mit Ammoniakgas gefüllt ist, eine zweite Schicht ausgebildet wird.
    •
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verhindern des Wachstums natürlichen Oxids während der Ausbildung einer Siliziumnitridschicht, welches im wesentlichen eines oder mehrere der Probleme ausschaltet, die infolge der Einschränkungen und Nachteile beim Stand der Technik auftreten.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der nachstehend Beschreibung angegeben, werden zum Teil aus der Beschreibung deutlich, oder ergeben sich bei der Umsetzung der Erfindung in die Praxis. Die Ziele und weitere Vorteile der Erfindung werden durch die Anordnungen und Verfahren erreicht und erzielt, die in der Beschreibung und den Patentansprüchen besonders hervorgehoben sind.
  • Um diese und weitere Vorteile zu erzielen, und entsprechend dem Zweck der Erfindung in deren breiter Definition, wird ein Verfahren zur Ausbildung einer Schicht aus Siliziumnitrid zur Verfügung gestellt, welches die Bereitstellung einer ersten Kammer mit Ammoniakgas umfaßt, wobei die erste Kammer im wesentlichen umschlossen ist, und eine zweite Kammer aufweist, die zweite Kammer mit dem Ammoniakgas versorgt wird, mehrere Siliziumwafer in der ersten Kammer bereitgestellt werden, nachdem die erste Kammer mit dem Ammoniakgas versorgt wurde, wobei die Siliziumwafer mit dem Ammoniakgas reagieren, um eine erste Schicht aus Siliziumnitrid auf den Siliziumwafern auszubilden, die Siliziumwafer in die zweite Kammer bewegt werden, wobei die zweite Kammer eine höhere Temperatur als die erste Kammer aufweist, und eine zweite Schicht aus Siliziumnitrid auf den Siliziumwafern ausgebildet wird.
  • Bei einer Zielrichtung der Erfindung umfaßt der Schritt der Bewegung des Siliziumwafers in die zweite Kammer die Bewegung des Siliziumwafers in eine chemische Dampfablagerungskammer.
  • Gemäß einer anderen Zielrichtung der Erfindung umfaßt der Schritt der Ausbildung einer zweiten Schicht aus Siliziumnitrid die Ablagerung von Siliziumnitrid auf dem Siliziumwafer.
  • Gemäß einer anderen Zielrichtung der Erfindung umfaßt der Schritt einer Ausbildung einer zweiten Schicht aus Siliziumnitrid das Wachstum von Siliziumnitrid über dem Siliziumwafer.
  • Bei einer anderen Zielrichtung der Erfindung umfaßt das Verfahren weiterhin die Abdichtung der ersten Kammer mit Stickstoffgas unter einem Druck, der größer ist als 1,01325 bar um das Entweichen des Ammoniakgases aus der ersten Kammer zu verhindern.
  • Es wird darauf hingewiesen, daß sowohl die voranstehende allgemeine Beschreibung als auch die nachfolgende detaillierte Beschreibung als beispielhaft und erläuternd zu verstehen sind, und dazu dienen sollen, die beanspruchte Erfindung weiter zu erläutern.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Verhindern des Wachstums von natürlichem Oxid während der Ausbildung einer Siliziumnitridschicht zur Verfügung gestellt. Für einen Nitriervorgang, bei welchem Siliziumnitrid auf der Oberfläche eines Siliziumwafers aufwächst, werden mehrere Siliziumwafer im Inneren einer Kassette angeordnet. Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann je nach Wahl einen Reinigungsschritt umfassen, bei welchem eine Lösung aus verdünntem Fluorwasserstoff (DHF) zum Entfernen von natürlichen Oxid verwendet wird, das auf den Siliziumwafern vorhanden sein kann. Die Kassette, welche die mehreren Siliziumwafer enthält, wird dann innerhalb eines Beladungsschleusenbereiches des Ofens angeordnet. Nachdem die Kassette in der Beladungsschleuse angeordnet wurde, wird Ammoniakgas (NH3) innerhalb der Beladungsschleuse zur Verfügung gestellt. Das Ammoniakgas innerhalb der Beladungsschleuse reagiert mit den Siliziumwafern zur Ausbildung einer Schicht aus Siliziumnitrid auf den Oberflächen der Siliziumwafer. Die Schicht aus Siliziumnitrid verhindert das Auftreten einer Oxidation der Siliziumwafer. Während dieses Zeitraums werden die Wafer in der Kassette durch einen Roboterarm in ein Schiffchen übertragen. Bevor das Schiffchen im Inneren eines Ofens angeordnet wird, wird innerhalb des Ofens Ammoniakgas (NH3) zur Verfügung gestellt. Dann wird das Schiffchen zur Ofenkammer transportiert. Die Ofenkammer weist eine Temperatur auf, die höher ist als jene des Beladungsschleusenbereiches des Ofens. Nachdem das Schiffchen in das Innere der Ofenkammer verbracht wurde, wird die Temperatur der Ofenkammer erhöht, um die weitere Nitrierung der Siliziumwafer zu erleichtern.
    •
  • Im Betrieb führen das Ammoniakgas und die Siliziumwafer zur Ausbildung eines Nitriervorgangs, bei welchem eine Schicht aus Siliziumnitrid auf den Oberflächen der mehreren Siliziumwafer ausgebildet wird. Die Schicht aus Siliziumnitrid wirkt als Sperre zwischen dem Siliziummaterial der Siliziumwafer und Sauerstoff, um das Auftreten einer Oxidation zu verhindern. Daher wächst kein natürliches Oxid auf den Oberflächen der mehreren Siliziumwafer.
  • Weiterhin wird für einen Nitriderzeugungsprozeß, bei welchem Siliziumnitrid auf der Oberfläche eines Siliziumwafers mit einer CVD-Maschine abgelagert wird, die im wesentlichen umschlossen ist, und mehrere CVD-Kammern enthält, ein Tablett oder eine Platte dazu verwendet, einen einzelnen Siliziumwafer zu haltern. Eine Kassette, welche mehrere Siliziumwafer aufweist, wird dann im Inneren einer Beladungsschleuse der CVD-Maschine angeordnet. Bevor einer der mehreren Siliziumwafer im Inneren einer CVD-Kammer angeordnet wird, wird zuerst Ammoniakgas im Inneren der Beladungsschleuse der CVD-Maschine zur Verfügung gestellt. Das Ammoniakgas und der Siliziumwafer reagieren so, daß eine Schicht aus Siliziumnitrid erzeugt wird, welche die Oxidation des Siliziumwafers verhindert. Auch eine der mehreren Kammern wird ebenso mit Ammoniakgas versorgt. Der Siliziumwafer wird dann an die mit Ammoniakgas gefüllte Kammer übertragen. Die Temperatur der Kammer wird erhöht, und der CVD-Prozeß beginnt mit der Ablagerung einer Schicht aus Siliziumnitrid auf der Oberfläche des Siliziumwafers.
  • Obwohl ein Ofen und eine CVD-Maschine im wesentlichen abgeschlossen ausgebildet sind, kann dennoch durch Lecks etwas Ammoniakgas austreten. Um die Gesundheit von Benutzern und Personen innerhalb der Herstellungsfabrik zu schützen, kann Stickstoffgas dazu eingesetzt werden, den Umfang des Ofens und der CVD-Maschine abzudichten, um das Entweichen von Ammoniakgas zu verhindern. Das Stickstoffgas wird unter einem Druck von mehr als 1,01325 bar zugeführt.
  • Alternativ kann ein Belüftungssystem an einem Ende der Ofenkammer entgegengesetzt zu jener Seite angebracht sein, von welcher das Schiffchen in die Ofenkammer hineingelangt. Das Ammoniakgas wird daher zu einem Auslaßbelüftungsrohr gerichtet.
  • Fachleuten auf diesem Gebiet wird auffallen, daß sich verschiedene Abänderungen und Variationen bei dem geschilderten Verfahren bzw. Erzeugnis vornehmen lassen, ohne vom Wesen oder Umfang der Erfindung abzuweichen. Andere Ausführungsformen der Erfindung werden Fachleuten auf diesem Gebiet nach Lektüre des Textes auffallen, und bei der Umsetzung der hier geschilderten Erfindung in die Praxis. Die Beschreibung und die Beispiele sollen nur als beispielhaft verstanden werden, da sich das wahre Wesen und der wahre Umfang der Erfindung aus der Gesamtheit der vorliegenden Anmeldeunterlagen ergeben und von den beigefügten Patentansprüchen umfaßt sein sollen.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Ausbildung einer Schicht aus Siliziumnitrid auf Siliziumwafern, mit folgenden Schritten: Versorgen einer Mehrzahl von Siliziumwafern in einer ersten Kammer mit Ammoniakgas, wobei die erste Kammer im wesentlichen geschlossen ist und als eine Beladungsschleuse zu einer zweiten Kammer dient; und anschließend Ausbilden einer ersten Schicht aus Siliziumnitrid auf jedem Siliziumwafer unter Durchführen einer Reaktion des Ammoniakgases mit den Siliziumwafern; Versorgen der zweiten Kammer mit Ammoniakgas; Bewegen der Siliziumwafer in die zweite Kammer, und Ausbilden einer zweiten Schicht aus Siliziumnitrid auf den Siliziumwafern, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht bei einer höheren Temperatur ausgebildet wird als die erste Schicht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass eine CVD-Kammer als die zweite Kammer verwendet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass eine Ofenkammer als die zweite Kammer verwendet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Kammer durch Stickstoffgas unter einem Druck von mehr als 1,01325 bar abgedichtet wird, um ein Entweichen des Ammoniakgases aus der ersten Kammer zu verhindern.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ammoniakgas aus der zweiten Kammer in derselben Richtung herausbefördert wird, entlang der die Siliziumwafer in die zweite Kammer eingebracht werden.
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