DE10210253A1

DE10210253A1 - Verfahren zur Reinigung von Halbleiteroberflächen

Info

Publication number: DE10210253A1
Application number: DE2002110253
Authority: DE
Inventors: Nasser Razek; Karsten Otte; Axel Schindler; Thomas Chasse; Dietmar Hirsch
Original assignee: INST OBERFLAECHENMODIFIZIERUNG
Current assignee: INST OBERFLAECHENMODIFIZIERUNG
Priority date: 2002-03-10
Filing date: 2002-03-10
Publication date: 2003-10-02

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Reinigung von Halbleiteroberflächen angegeben. Die Reinigung umfasst insbesondere die Entfernung chemisch gebundener Verunreinigungen wie Oxide, Kohlenstoff oder andere Verbindungen. Das Anwendungsgebiet betrifft die Halbleiterbauelementetechnologie, bei der in Prozessschritten absolut saubere Oberflächen erforderlich sind, wie beispielsweise die Epitaxie zur kristallinen Schichtabscheidung oder das direkte Fügen von Wafern (wafer direct bonding). Erfindungsgemäß wird dafür der Beschuss der Halbleiteroberfläche mit niederenergetischen Wasserstoffionen mit einer Ionenenergie < 500 eV verwendet und eine Aufheizung der Halbleiteroberfläche auf maximal 200 DEG C angewandt.

Description

Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung der Oberfläche von Halbleitern mittels niederenergetischer Wasserstoffionen und Aufheizung des Halbleitermaterials.

Stand der Technik

Neben den nasschemischen Ätzverfahren existieren eine Reihe von Trockenätzverfahren für die Reinigung von Halbleiteroberflächen, die sowohl Oberflächenoxide als auch Kohlenstoffverbindungen entfernen. Die zu den Trockenätzverfahren gehörenden Prozesse verwenden entweder inerte oder reaktive Prozessgase. Dabei kommen sowohl Plasmaverfahren als auch Ionenstrahlverfahren zur Anwendung. Die Entfernung von Oberflächenverunreinigungen mittels inerter Gase entweder aus einem Plasma oder mittels eines Ionenstrahlverfahrens basiert vorwiegend auf der Basis eines reinen Sputterabtrages (siehe z. B. J. G. C. Labanda, S. A. Barnett und L. Hultman, Appl. Phys. Lett. 66, 3114 (1995)). Die Verwendung reaktiver Gase beruht hingegen überwiegend auf einer chemischen Reaktion des Prozessgases mit den Oberflächenverunreinigungen und der nachfolgenden Entfernung der Reaktionsprodukte (Desorption, z. T. thermisch oder durch Ionenbeschuss stimuliert). Wasserstoff hat sich dabei als ein bevorzugtes Prozessgas für die Entfernung von verschiedensten Oberflächenoxiden und Kohlenstoffverunreinigungen auf der Oberfläche von Halbleitern herausgestellt. Die Entfernung von Verunreinigungen mittels Wasserstoff erfolgt nach dem Stand der Technik im Wesentlichen unter Verwendung folgender Verfahren:

1. Der Halbleiter wird mittels eines Wasserstoffplasmas bestrahlt. Dabei kann die Temperatur der Oberfläche erhöht werden. Es kommen verschiedene Plasmaprozesse zu Anwendung. Für InP erfolgt dies beispielsweise mittels eines ECR-(electron cyclotron resonance)Plasmas (A. J. Nelson, S. Frigo, D. Mancini, und R. Rosenberg, J. Appl. Phys. 70, 5619 (1991)). Die Entfernung aller Oberflächenverunreinigungen von GaAs wurde nach Wasserstoffbestrahlung mittels eines RF-(radio-frequency) Plasmas bei einer Temperatur von 380°C nach etwa 30 Minuten beobachtet (S. W. Robey und K. Sinniah, J. Appl. Phys. 88, 2994 (2000)). Für CuInSe₂ wird die Entfernung von Oberflächenoxiden beispielsweise durch Verwendung eines Wasserstoff-ECR-Plasmas bei 200°C Probentemperatur beschrieben (A. J. Nelson, S. P. Frigo, und R. Rosenberg, J. Appl. Phys. 73, 8561 (1993)).
2. Der Halbleiter wird unter Einwirkung von molekularem Wasserstoff im Vakuum auf mehr als 500°C aufgeheizt. Beim GaAs wird dafür beispielsweise eine Reinigungszeit von bis zu 2 Stunden benötigt (siehe DE 100 48 374 A1).
3. Der Halbleiter wird unter Anwendung von atomarem Wasserstoff im Vakuum aufgeheizt. Beim GaAs erfolgt dies z. B. vorzugsweise in einem Temperaturbereich zwischen 350°C und 400°C. Dieses Verfahren ist ausführlich in der Literaturstelle Y. Ide und M. Yamada, J. Vac. Sci. Technol. A 12, 1858 (1994) oder T. Akatsu, A. Plößl, H. Stenzel, und U. Gösele, J. Appl. Phys. 86, 7146 (1999) und in dem Patent DE 100 48 374 A1 beschrieben.

Auf der Suche nach einem effektiven schädigungsarmen Prozess zur Reinigung von Halbleiteroberflächen wurde eine Reihe von Kombinationen und Modifikationen der oben erwähnten Prozesse entwickelt. Die Entfernung von Verunreinigungen auf GaAs-Oberflächen erfolgte z. B. mit einer Kombination aus einer Wasserstoff-Plasma-Bestrahlung für mindestens 20 Minuten, einer Cl₂-Trockenätzung bei einer Temperatur größer als 250°C für mindestens 1 Minute und einem nachfolgenden Ausheilschritt bei einer Temperatur größer 200°C für mindestens 5 Minuten (US 5275687).

Nachteile des Standes der Technik

Bei Verwendung von Plasmaprozessen zur Reinigung der Halbleiteroberfläche treten als wesentlicher Nachteil zusätzliche Schäden an der Oberfläche des Halbleiters auf (z. B. Rauheit, Ausbildung metallischer Phasen). Beim InP wird z. B. von der Ausbildung einer metallischen In-Phase nach Wasserstoffbestrahlung mittels eines ECR-Plasmas berichtet (A. J. Nelson, S. Frigo, D. Mancini, und R. Rosenberg, J. Appl. Phys. 70, 5619 (1991)). Nach der Wasserstoffbestrahlung von CuInSe₂ mittels eines ECR-Plasmas bei einer Probentemperatur von 200°C beobachtet man die Entfernung von Se und die Ausbildung von metallischem In (A. J. Nelson, S. P. Frigo, und R. Rosenberg, J. Appl. Phys. 73, 8561 (1993)). Eine Ausbildung von Ätzgruben wurde nach der Wasserstoffplasmabehandlung von GaAs beobachtet (S. W. Robey und K. Sinniah, J. Appl. Phys. 88, 2994 (2000)). Der Hauptgrund für die Schadenserzeugung ist im wesentlichen der direkte Kontakt des Plasmas mit der Halbleiteroberfläche und die daraus resultierende Wechselwirkung zwischen Plasmabestandteilen (z. B. Wasserstoffatome, -radikale und hochangeregte Moleküle/Atome, Elektronen und UV-Photonen) und den Oberflächenatomen. Insbesondere die in einem Plasma vorhandenen Teilchen in einem hochenergetischen Anregungszustand bzw. mit hoher Bewegungsenergie verursachen die genannten nachteiligen Schädigungsprozesse der Halbleiteroberfläche.
Der entscheidende Nachteil bei den Verfahren zur Reinigung von Halbleiteroberflächen unter Einwirkung von atomaren oder molekularen Wasserstoff in Vakuumumgebung sind die erforderlichen hohen Temperaturen, die gewöhnlich zwischen 400°C und 500°C liegen (DE 100 48 374 A1). Die hohen Prozesstemperaturen sind erforderlich, um sowohl eine effektive Reaktion des Wasserstoffs mit den Verunreinigungen als auch die Desorption von Teilen der entstandenen Rektionsprodukte zu ermöglichen. Eine Verringerung der Prozesstemperaturen auf z. B. 210°C hat beim GaAs eine nur unvollständige Entfernung der Oxide und die Ausbildung von metallischem Ga zur Folge (Y. Ide und M. Yamada, J. Vac. Sci. Technol. A 12, 1858 (1994)). Auf Grund der notwendigen hohen Temperaturen ist eine Reinigung von bereits prozessierten Halbleiteroberflächen, oder Halbleiteroberflächen, die Teile von Bauelementstrukturen sind, meist nicht möglich. Die hohe Temperatur kann dabei zu unbeabsichtigten Schäden (z. B. Verspannungen und/oder Diffusion von Dotieratomen) innerhalb des Halbleiters oder der Bauelementestruktur führen.
Ein weiterer Nachteil der im Stand der Technik beschriebenen Methoden zur Reinigung von Halbleiteroberflächen mittels molekularem und/oder atomarem Wasserstoff sind die langen erforderlichen Prozesszeiten, die im Fall von molekularem Wasserstoff mindestens zwei Stunden betragen (DE 100 48 374 A1).
Die dem Stand der Technik entsprechenden Kombinationsverfahren zur Reinigung von Halbleiteroberflächen erfordern einen großen technologischen und finanziellen Aufwand. Gerade die Kombination mit einem auf der Mitwirkung von korrossivem Chlorgas basierendem Ätzschritt ist mit der in der herkömmlichen Halbleitertechnik verwendeten Anlagentechnik nicht kompatibel. Des Weiteren erfordern die meisten Teilprozessschritte eine Temperaturerhöhung des Halbleiters auf > 200°C mit den bereits erwähnten Nachteilen thermischer Schädigungen der Oberflächen und/oder von Bauelementestrukturen.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, dass die Entfernung von chemischen Verunreinigungen oder störenden Oberflächenschichten (z. B. Oxide, einschließlich natürliche Oxide, Kohlenstoff und seinen Verbindungen) auf der Oberfläche von Halbleitern ohne die Erzeugung zusätzlicher Schäden (z. B. Erhöhung der Oberflächenrauheit, Stöchiometrieänderung und Gitterdefekte) an der Oberfläche oder im Volumen erlaubt. Dazu muss zum einen die unmittelbare Einwirkung hochangeregter Teilchen in hoher Konzentration an der Probenoberfläche ausgeschlossen und zum zweiten ein Energie- bzw. Impulsübertrag an Atome des Kristallgitters, der zur Erzeugung von Gitterdefekten ausreicht, vermieden werden. Ferner darf die Temperatur des Halbleiters nur so weit erhöht werden, dass keine zusätzlichen Schäden entstehen. Das Verfahren soll für die kostengünstige Reinigung von Halbleitern und Halbleiterstrukturen einsetzbar sein.

Lösung der Aufgabe

Die Vermeidung der bei der Reinigung von Halbleiteroberflächen zur Oberflächenschädigung führende Wechselwirkung von hochangeregten Teilchen sowie von Wasserstoffradikalen oder angeregtem Wasserstoff in hoher Konzentration mit der Probenoberfläche wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass erstens die Halbleiteroberfläche nicht in Kontakt mit einem Plasma gebracht und zweitens der Wasserstoff-Partialdruck in der Nähe der Halbleiteroberfläche im Druckbereich von 10^-4 mbar oder kleiner gehalten wird. Dies wird dadurch erreicht, dass die Wasserstoffionen in einem von der Probenoberfläche separaten Bereich mit höherem Druck (Ionenquelle) erzeugt, und von dort in einem Ionenstrahl zur Probenoberfläche geführt werden. Die Ionenquelle wird dabei mit reinem Wasserstoff betrieben.
Bei Verwendung einer zusätzlichen Einrichtung zur Separation der Ionenmassen ergibt sich ein weiterer erfindungsgemäßer Vorteil, durch den Betrieb der Ionenquelle mit einem wasserstoffhaltigen Gasgemisch.
Die Aufgabe der schädigungsfreien Reinigung wird weiterhin erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Wasserstoffionenbestrahlung bei ausreichend niedrigen kinetischen Energien der Wasserstoffteilchen erfolgt, um beim Stoß mit Atomen des Halbleiterkristallgitters den zur Erzeugung von Kristallgitterschäden notwendigen Energie- bzw. Impulsübertrag zu unterschreiten. Dies wird für die Halbleitermaterialien erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die kinetischen Energien der Wasserstoffionen unterhalb von etwa 500 eV eingestellt wird.
Die Aufheizung des Halbleiters wird erfindungsgemäß so gering wie möglich gewählt, um eine direkte thermische Schädigung des Halbleiters oder einer bereits vorhandenen Halbleiterbauelementestruktur zu vermeiden. Die erfindungsgemäßen Aufheiztemperaturen werden unterhalb von etwa 200°C eingestellt.
Die kostengünstige Reinigung von Halbleiteroberflächen wird erfindungsgemäß zum einen durch die gegenüber hohen Prozesstemperaturen stark reduzierten technischen Aufwendungen und zum anderen durch die wesentlich reduzierten Aufheiz- und Abkühlzeiten der bei der erfindungsgemäß bei niedrigen Temperaturen stattfindenden Reinigung. Weiterhin erfolgt die kostengünstige Reinigung durch die Anwendung der technologisch sehr flexiblen Ionenstrahltechnik und der damit verbundenen halbleitermaterial- und halbleiterbauelementbezogene anpassungsfähigen Auswahl der verschiedenen Ionenstrahlparameter (Druck, Ionenenergie, Stromdichte, Dosis). Letztlich wird eine kostengünstige Reinigung von Halbleiteroberflächen durch die erfindungsgemäße Verwendung von Breitstrahlionenquellen, die eine gleichzeitige Bearbeitung großer Flächen erlaubt, erreicht.

Vorteile der Erfindung

Ein wesentlicher Vorteil des beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass durch die Verwendung einer Ionenquelle der unmittelbare Kontakt eines Wasserstoffplasmas mit der Halbleiteroberfläche vermieden wird. Dadurch wird eine Erzeugung von zusätzlichen Schäden durch den direkten Kontakt von den im Plasma vorhandenen hochangeregte Teilchen einschließlich des hochkonzentrierten und teilweise hochenergetischen Wasserstoffs (Wasserstoffatome, -moleküle, -radikale, und -ionen) mit der Halbleiteroberfläche vermieden und damit deren schädliche Auswirkungen auf den Halbleiter (Erhöhung der Rauheit, Stöchiometrieveränderungen, Kristallgitterschäden, Ausbildung metallischer Phasen) abgewendet. Gleichzeitig wird durch die Auswahl einer hinreichend niedrigen kinetischen Ionenenergie die Erzeugung von Schäden im Halbleitermaterial verhindert. Durch die Verwendung beschleunigter Wasserstoffionen wird die Desorption von entstandenen Reaktionsprodukten (entstanden aus der chemischen Reaktion von Wasserstoffionen bzw. neutralen Wasserstoffatomen mit den Oberflächenverunreinigungen) unterstützt und damit die notwendige Aufheiztemperatur des Halbleiters auf unter 200°C beschränkt. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn Halbleiter gereinigt werden sollen, die (a) bei höheren Temperaturen geschädigt oder zerstört werden und/oder die (b) bereits durch andere Prozessschritte (wie z. B. Implantation oder Dotierung) bearbeitet wurden und damit ganz oder teilweise Teil einer Bauelementstruktur sind und wobei mindestens eine Komponente dieser Struktur bei höheren Prozesstemperaturen geschädigt oder zerstört wird.
Ein weiterer Vorteil ist die Kontrollierbarkeit und Flexibilität des Verfahrens. Durch die dem Ionenstrahlverfahren inhärente, weitestgehend voneinander unabhängige, Einstellmöglichkeit der Ionenenergie und der Ionenstromdichte, erfolgt z. B. durch eine geeignete Wahl einer hohen Ionenstromdichte eine effektive Nutzung des Prozessgases und eine kurze Bearbeitungszeit. Die bei der hier erfindungsgemäß verwendeten Ionenstrahltechnik mögliche Vielfalt der Auswahl der Ionenstrahlparameter erlaubt die Reinigung verschiedener Halbleitermaterialien mit nur einem Verfahren.
Ein weiterer Vorteil ist die Kompatibilität des Verfahrens mit den in vielen Halbleiterbearbeitungsanlagen üblichen Hochvakuumbedingungen. Für die Integration des erfindungsgemäßen Verfahrens genügt der Einbau einer geeigneten Ionenquelle in eine bereits bestehende Anlage.

Beispielbeschreibung

Im Folgenden wird zunächst allgemein die technische Ausführung für das erfindungsgemäße Verfahren zur Reinigung von Halbleitern dargestellt. Weiter unten werden zwei Beispiele der Oberflächenreinigung von Verbindungshalbleitern beschrieben.
In einer Ultrahochvakuumanlage (UHV) wird eine Breitstrahlionenquelle mit heißer Katode (Kaufman-Typ) mit einem Strahlaustrittsquerschnitt von 20 mm verwendet. In einer zweiten Ausführung ist diese Ionenquelle zusätzlich mit einem Multiapertur-Mehrfachgittersystem zur Ionenmassenfilterung versehen. In die für die Reinigung der Halbleiteroberflächen verwendete Breitstrahlionenquelle wird ein kontrollierter Gasfluss Wasserstoff von 1 bis 100 sccm/min¹ eingelassen. Der Druck in der Ionenquelle beträgt zwischen 1 × 10^-2 mbar und 10 × 10^-2 mbar (Wasserstoff). Der Druck in der Vakuumanlage während der Ionenbestrahlung liegt zwischen 1 × 10^-5 mbar und 1 × 10^-3 mbar. Das Beschleunigungspotenzial an der Ionenquelle, das die maximale kinetische Energie der Ionen bestimmt, beträgt 10 bis 500 Volt Gleichspannung und die Strahlstromdichte des Ionenstrahls, gemessen am Ort der Halbleiterscheibe liegt zwischen 10 und 1000 µA/cm². Der Ioneneinfallswinkel ist zwischen 0° (senkrechter Einfall) und 90° (paralleler Einfall zur Halbleiteroberfläche) frei einstellbar. Vorzugsweise wird ein Einfallswinkel von unter 60° verwendet. Die Bestrahlungsdauer hängt vom Halbleitermaterial und den Oberflächenverunreinigungen ab. Die Probe befindet sich in einer Entfernung von 5 cm bis 30 cm vom Strahlaustritt der Ionenquelle. Die Halbleiterscheibe wird während der Ionenbestrahlung auf eine Temperatur von bis zu 200°C aufgeheizt. Es sind zwei Heizer vorhanden, ein Bornitrid-Graphitheizer auf der Rückseite der Halbleiterscheibe oder ein Infrarotstrahler (100 W Halogenleuchte) von der Vorderseite. Vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, kann der Ionenstrahl während des Implantationsvorganges durch Elektronenemission, z. B. aus einem Wolfram-Glühfaden, neutralisiert werden. Dies verhindert bei sehr hochohmigen Halbleitern die elektrische Aufladung der Halbleiteroberfläche und damit eine Abbremsung der Ionen.
Die UHV-Anlage ist als Mehrkammersystem ausgeführt, mit einem Halbleiterscheibentransportsystem zwischen der Ionenstrahl- und der Oberflächenanalysekammer (Auger- und XPS- Analyse)
Die Reinigung von Halbleiteroberflächen soll im Folgenden an zwei Beispielen (GaAs und CuInSe₂) dargestellt werden. Eine komplette Reinigung ist dann erreicht, wenn alle Verunreinigungen (u. a. Oxide, Kohlenstoffverbindungen) von der Oberfläche verschwunden sind. Selbstverständlich ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf die Oberflächenreinigung von GaAs und CuInSe₂ beschränkt. So können beispielsweise andere binäre, ternäre oder multinäre Verbindungshalbleiter mit dem dargestellten Verfahren zum Zwecke der Oberflächenreinigung behandelt werden.

Beispiel 1

Als ein Beispiel wird die Entfernung aller Verunreinigungen auf der Oberfläche einer GaAs Probe beschrieben. In diesem Fall wurde die in Fig. 1 dargestellte Anordnung verwendet. Die Anordnung besteht aus einer UHV-Kammer 1. Wesentliche weitere Teile sind die Turbomolekularpumpe 2, der Probenhalter mit Bornitrid-Graphitheizer 3 und die Breitstrahlionenquelle 4. Die GaAs Probe 5 befindet sich auf dem Probenhalter 3 gegenüber der Breitstrahlionenquelle 4. Während der Wasserstoffionenbestrahlung beträgt der Druck in der UHV-Anlage 8 × 10^-4 mbar. Die Reinigung erfolgt in der Weise, dass die GaAs-Probe mit einem Wasserstoff-Ionenstrahl aus der Ionenstrahlquelle 4 vom Kaufman-Typ bestrahlt wird, bei einer Beschleunigungspotenzial von 300 V, einer Strahlstromdichte von 30 µA/cm² und einem Ioneneinfallswinkel von 22°. Die in separaten massenspektrometrischen Messungen ermittelte Zusammensetzung des Ionenstrahls unter diesen Prozessbedingungen beträgt H₁ ⁺/H₂ ⁺/H₃ ⁺ = 2 : 3 : 5. Die GaAs-Probe 5 wird auf eine Temperatur von 150°C durch den auf dem Probenhalter 3 befindlichen Bornitrid-Graphitheizer aufgeheizt.
Die Reinigung der GaAs-Oberfläche wurde in Intervallen mittels XPS-(X-Ray Photoelectron Spectroscopy)Messungen verfolgt. Dazu wurde die GaAs-Probe unter UHV-Bedingungen in die Analysenkammer transportiert. Nach der Messung erfolgte der Rücktransport in die Ionenstrahlbearbeitungskammer und die Fortsetzung der Wasserstoffionenbestrahlung. Als Vergleich diente die XPS-Messung an der unbehandelten, oxidierten Referenzprobe. In den folgenden Abbildungen sind die XPS-Spektren vor und nach der Wasserstoffionenbestrahlung mit den oben erwähnten Parametern nach einer Bestrahlzeit von 7 Minuten dargestellt. Das O 1s-Spektrum in Fig. 2 nach der Wasserstoffionenbestrahlung beweist eindeutig die Entfernung aller Sauerstoffverunreinigungen (Oxide, Hydroxide, Wasser u. a.) auf der Oberfläche der GaAs-Probe. Die Entfernung der einzelnen Oxide ist zusätzlich in den XPS- Spektren der Ga 3d-Rumpfniveaulinie (Fig. 3) und der As 3d-Rumpfniveaulinie (Fig. 4) dargestellt. In beiden Abbildungen ist der bei der XPS-Messung an der oxidierten Oberfläche beobachtete zusätzliche Peak auf der höherenergetischen Seite des Hauptpeaks nach der Wasserstoffbestrahlung verschwunden. Zusätzlich wird bei beiden Abbildungen kein zusätzlicher Peak nach der Wasserstoffionenbestrahlung beobachtet. Dies beweist, dass keine weiteren Phasen an der Oberfläche entstanden sind.
In Fig. 5 ist die prozentuale Zusammensetzung der GaAs-Oberfläche in Abhängigkeit von der Wasserstoffbestrahlzeit dargestellt. Nach etwa 7 Minuten ist sowohl der Sauerstoff als auch der Kohlenstoff komplett verschwunden. Zusätzlich misst man ein Ga/As-Verhältnis, das dem der Ausgangsoberfläche entspricht. Dies zeigt, dass der Reinigungsprozess keine Stöchiometrieänderung der GaAs-Oberfläche bewirkt hat.
In Fig. 6 ist die AFM-(Atomic Force Microscopy)Abbildung der oxidierten Ausgangsoberfläche und der gereinigten Oberfläche dargestellt. Das Rasterfeld der dargestellten AFM-Bilder hat eine Größe von 3 µm × 3 µm. Die Höhenwerteverteilung wird durch die Farbskala wiedergegeben. Die Oberflächenrauheit wird durch den rms (root-mean- square) Wert o (mittlere quadratische Abweichung von der ideal glatten Fläche) quantifiziert. Die behandelte GaAs-Oberfläche besitzt einen rms-Wert von ω = 0,2 nm, was dem Wert der oxidierten Ausgangsoberfläche (ω = 0,2 nm) entspricht. Damit wurde gezeigt, dass der Wasserstoffreinigungsprozess zu keiner Aufrauung der GaAs-Oberfläche führt.

Beispiel 2

Als ein weiteres Beispiel wird die Entfernung der gemessenen Verunreinigungen auf der Oberfläche einer p-leitenden CuInSe₂-Probe beschrieben. In diesem Fall wurde die gleiche apparative Anordnung wie beim Beispiel 1 verwendet. Während der Wasserstoffbestrahlung beträgt der Druck in der UHV-Bestrahlungskammer 8 × 10^-4 mbar. Die Reinigung erfolgt in der Weise, dass die CuInSe₂-Probe mit einem Wasserstoff-Ionenstrahl aus der Ionenstrahlquelle 4 vom Kaufman-Typ bestrahlt wird, bei einer Beschleunigungsspannung von 300 V, einer Strahlstromdichte von 25 µA/cm² und einem Ioneneinfallswinkel von 0°. Die Zusammensetzung des Ionenstrahls unter diesen Prozessbedingungen beträgt H₁ ⁺/H₂ ⁺/H₃ ⁺ = 2 : 3 : 5. Die CuInSe₂ Probe 5 wird zusätzlich auf eine Temperatur von 200°C durch den auf dem Probenhalter 3 befindlichen Bornitrid-Graphitheizer erhitzt.
Die Reinigung der CuInSe₂-Oberfläche wurde mittels XPS-Messungen verfolgt. Als Vergleich diente die XPS-Messung an der oxidierten Referenzprobe. In Fig. 7 ist das In 3d- XPS-Spektrum der CuInSe₂-Probe vor und nach Wasserstoffionenbestrahlung mit den oben erwähnten Parametern nach einer Bestrahlzeit von etwa 2 Minuten dargestellt. Der bei der oxidierten CuInSe₂-Oberfläche beobachtete zusätzliche Peak auf der höherenergetischen Seite des Hauptpeaks ist nach der Wasserstoffbestrahlung verschwunden. Dies zeigt die Entfernung des In₂O₃ durch den Reinigungsprozess. Zusätzlich wird kein weiterer Peak nach der Wasserstoffbestrahlung beobachtet. Dies beweist, dass keine weiteren Phasen an der Oberfläche entstanden sind. Nach der Wasserstoffbehandlung sind die C 1s- und O 1s- Rumpfniveaulinien verschwunden, was erneut die effektive Entfernung der Verunreinigungen in nur 2 Minuten hervorhebt.

Claims

1. Verfahren zur Reinigung von Halbleiteroberflächen mit Hilfe von Wasserstoff, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiteroberfläche auf eine Temperatur von ≤ 200°C aufgeheizt wird und der Wasserstoff als Ionenstrahl mit einer Ionenenergie von ≤ 500 eV auf die Halbleiteroberfläche trifft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Halbleiters oder von Teilen des Halbleiters während der Wasserstoffionenbestrahlung kurzzeitig oder während der gesamten Bestrahlung erhöht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Halbleiters oder von Teilen des Halbleiters nach der Wasserstoffionenbestrahlung erhöht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Halbleiters oder von Teilen des Halbleiters während und nach der Bestrahlung erhöht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstoffionen unter Verwendung einer Breitstrahlionenquelle erzeugt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstoffionen unter Verwendung einer Einloch-Ionenquelle erzeugt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstoffionen unter Verwendung eines Teilchenbeschleunigers erzeugt werden und danach abgebremst werden.

8. Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ionenstrahl unter Verwendung reinen Wasserstoffs erzeugt wird

9. Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wasserstoffionenstrahl unter Verwendung von wasserstoffhaltigen Gasen oder von wasserstoffhaltigen Gasgemischen dergestalt erzeugt wird, dass ein der Ionenquelle oder dem Beschleuniger nachgeschalteter Massenseparator die Bestandteile des Ionenstrahles, die nicht Wasserstoff sind, herausfiltert.

10. Verfahren nach Anspruch 5, 6, 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ionenstrahl zeitlich konstant bleibt.

11. Verfahren nach Anspruch 5, 6, 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität des Ionenstrahls zeitlich variiert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 5, 6, 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ionenstrahl gepulst wird.

13. Verfahren nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ionenstrahl über die Probe gerastert wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiteroberfläche ein Teil einer Bauelementestruktur ist.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Ionenstrahl aus H⁺, H₂ ⁺ oder H₃ ⁺ oder aus einer beliebigen Kombination aus allen drei Ionen zusammensetzt.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Ionenstrahl aus negativen Ionen H^-, H₂ ^-, oder H₃ ^- oder aus einer beliebigen Kombination aus allen drei Ionen zusammensetzt.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ionenstrahl aus Isotopen des Wasserstoffs besteht.