DE19839023A1 - Protected epitaxially coated semiconductor wafers are produced using a central clean room chamber for integration of epitaxial layer and protective layer forming operations - Google Patents
Protected epitaxially coated semiconductor wafers are produced using a central clean room chamber for integration of epitaxial layer and protective layer forming operationsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von epi taxierten Halbleiterscheiben mit einer Schutzschicht. Die Er findung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for producing epi valued semiconductor wafers with a protective layer. The he The invention also relates to a device for carrying out the Process.
In der Halbleiterindustrie versteht man unter Epitaxie das Aufwachsen einer einkristallinen Schicht auf einem einkris tallinen Substrat, wie beispielsweise Silicium. Dieser Be schichtungsvorgang erfolgt im allgemeinen mittels chemischer Gasphasenabscheidung ("chemical vapor deposition" oder CVD), indem das Substrat in einem Epitaxiereaktor einem Prozeßgas ausgesetzt wird (EP 0 714 998 A2). Das Prozeßgas ist ein Gas gemisch aus einem Quellengas, beispielsweise Trichlorsilan, und einem Trägergas, beispielsweise Wasserstoff. Die auf dem Substrat aufgewachsene Schicht weist keine metallischen oder organischen Kontaminationen, keine Partikel und keinen Sauer stoff auf, und hat im Vergleich zum Substrat nur wenige Kri stalldefekte.In the semiconductor industry, epitaxy means that Growing a single crystal layer on a single crystal talline substrate such as silicon. This Be Layering process is generally chemical Vapor deposition ("chemical vapor deposition" or CVD), by placing the substrate in a process gas in an epitaxial reactor is exposed (EP 0 714 998 A2). The process gas is a gas mixture of a source gas, for example trichlorosilane, and a carrier gas, for example hydrogen. The one on the Layer grown on substrate has no metallic or organic contamination, no particles and no acid fabric, and has only a few crystals compared to the substrate stall defective.
Diese nahezu perfekte Oberfläche ist hydrophob, oxidations empfindlich und wird leicht durch Partikel kontaminiert. Ins besondere für die Verpackung und den Transport der Scheiben sind diese Oberflächeneigenschaften unerwünscht.This almost perfect surface is hydrophobic, oxidation sensitive and easily contaminated by particles. in the especially for packaging and transporting the windows these surface properties are undesirable.
Aus diesem Grund erzeugt man nach der Epitaxie eine hydrophile Schutzschicht, beispielsweise eine SiO2-Schicht. Im allgemei nen findet dabei das sogenannte RCA-Verfahren Anwendung, das sich aus einer Sequenz von alkalischen, sauren und neutralen Reinstwasserbädern zusammensetzt (vgl. W. Kern, Semiconductor International; April 1984, Seite 94-99). Durch eine derartige Badfolge wird eine dünne Schicht der epitaxierten Silicium scheibe zu teilweise hydratisiertem SiO2 oxidiert. Diese Schicht verhindert in der Regel auch während längerer Lagerung eine Kontamination der Oberfläche durch in der Atmosphäre ge genwärtige Kohlenstoffverbindungen. Weiterentwickelte Verfah ren zur Herstellung einer hydrophilen Schutzschicht, z. B. durch das Einblasen von Ozon in wäßrige Flußsäure sind in der US 5,567,244 beschrieben.For this reason, a hydrophilic protective layer, for example an SiO 2 layer, is produced after the epitaxy. In general, the so-called RCA process is used, which consists of a sequence of alkaline, acidic and neutral ultrapure water baths (cf. W. Kern, Semiconductor International; April 1984, pages 94-99). Such a sequence of baths oxidizes a thin layer of the epitaxied silicon wafer to partially hydrated SiO 2 . As a rule, this layer prevents contamination of the surface by carbon compounds present in the atmosphere even during prolonged storage. Further developed procedures for the production of a hydrophilic protective layer, for. B. by blowing ozone into aqueous hydrofluoric acid are described in US 5,567,244.
Von naßchemischen Behandlungsmitteln ist aber bekannt, daß sie eine Kontaminationsquelle darstellen, da sie nicht in mit Ga sen vergleichbarer Reinheit erhältlich sind. Folglich kontami nieren naßchemische Behandlungsmittel die vormals hochreinen, epitaktischen Oberflächen, insbesondere durch Partikel und Me talle aber auch durch organische Verbindungen.However, it is known from wet chemical treatment agents that they are a source of contamination since they are not in contact with Ga comparable purity are available. Hence contami kidney wet chemical treatment agents that were previously highly pure, epitaxial surfaces, especially particles and Me but also through organic compounds.
Neben der naßchemischen Oxidation kann auch mittels oxidierend wirkender Gase, wie beispielsweise Sauerstoff oder Ozon, die Oberfläche eines epitaxierten Substrats in sogenannten Oxida tionsöfen, hydrophiliert werden. Weiter sind verschiedene Ver fahren zur Abscheidung einer Schutzschicht, beispielsweise ei ner Oxid-, Nitrid- oder Oxynitridschicht auf einem epitaxier ten oder polierten Substrat in sogenannten CVD- Beschichtungsreaktoren bekannt geworden. Verwendung finden hier Gasgemische wie beispielsweise Silan und Sauerstoff oder Tetraethylorthosilicat und Ozon (EP 0 436 185 B1). Aufbau und Funktionsweise von Oxidationsöfen und CVD- Beschichtungsreaktoren sind dem Fachmann bekannt und nicht Ge genstand der Erfindung.In addition to wet chemical oxidation, it can also be oxidized acting gases, such as oxygen or ozone, the Surface of an epitaxial substrate in so-called oxida tion ovens, are hydrophilized. Various ver drive to deposit a protective layer, for example egg ner oxide, nitride or oxynitride layer on an epitaxier th or polished substrate in so-called CVD Coating reactors become known. Find use here gas mixtures such as silane and oxygen or Tetraethyl orthosilicate and ozone (EP 0 436 185 B1). Construction and How Oxidation Furnaces and CVD Coating reactors are known to the person skilled in the art and are not Ge subject of the invention.
In der Regel werden epitaxierte Siliciumscheiben mit einem Durchmesser ≦ 200 mm in separaten naßchemischen Prozessen hy drophieliert; Scheiben mit einem Durchmesser < 200 mm werden dagegen der teureren Oxidation in der Gasphase oder einer che mischen Gasphasenabscheidung zur Herstellung einer Schutz schicht unterworfen. Das günstigere und im Rahmen der Erwin dung schon aus Reinheitsgründen bevorzugte Verfahren besteht jedoch darin, die Schutzschicht durch Einwirkung gasförmiger Reagenzien zu erzeugen.As a rule, epitaxial silicon wafers with a Diameter ≦ 200 mm in separate wet chemical processes hy drophieliert; Disks with a diameter of <200 mm however, the more expensive oxidation in the gas phase or a che mix vapor deposition to produce a protection layer subjected. The cheaper and within the Erwin preferred method for purity reasons however, in making the protective layer more gaseous by exposure To produce reagents.
Nachteilig bei den o.g. Verfahren wirkt sich die im allgemei nen räumliche und zeitliche Trennung von Epitaxie und Herstel lung der Schutzschicht aus. Da die epitaktische Schicht unter einer hochreinen Inertgasatomsphäre hergestellt wird, muß das Entladen eines Epitaxiereaktors und die Überführung, auch in nerhalb eines Reinraumes, zu einem separaten Oxidationsofen oder einem CVD-Beschichtungsreaktor zu Kontaminationen führen. Selbst in Reinräumen höchster Klasse, die mit aufwendiger Lüf tungstechnik und hochwirksamen Luftfiltern betrieben werden, werden exponierte Halbleiterscheiben kontaminiert, da Kontami nationsquellen, wie beispielsweise der Mensch nicht ausge schlossen werden können.A disadvantage of the above The procedure generally affects A spatial and temporal separation of epitaxy and manufacture development of the protective layer. Because the epitaxial layer under a high-purity inert gas atmosphere is produced, the Unloading an epitaxial reactor and transferring it, too within a clean room, to a separate oxidation furnace or a CVD coating reactor can lead to contamination. Even in cleanrooms of the highest class, which have elaborate ventilation technology and highly effective air filters are operated, exposed semiconductor wafers are contaminated because of contamination nation sources, such as humans not out can be closed.
Die Aufgabe der Erfindung bestand daher in der Herstellung von epitaxierten Siliciumscheiben mit einer Schutzschicht, mit ei ner gegenüber dem Stand der Technik niedrigeren Partikelzahl und geringeren Metallkontamination.The object of the invention was therefore to produce epitaxial silicon wafers with a protective layer, with egg ner compared to the prior art lower number of particles and less metal contamination.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung
einer epitaxierten Halbleiterscheibe mit einer Schutzschicht,
das durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:
The object is achieved by a method for producing an epitaxial semiconductor wafer with a protective layer, which is characterized by the following method steps:
- a) Beladen eines Epitaxiereaktors mit Halbleiterscheiben aus einer zentralen Reinstraumkammer,a) loading an epitaxial reactor with semiconductor wafers a central clean room,
- b) Abscheiden einer oder mehrerer epitaktischer Schichten auf der Halbleiterscheibe in dem Epitaxiereaktor,b) depositing one or more epitaxial layers the semiconductor wafer in the epitaxial reactor,
- c) Überführen der epitaxierten Halbleiterscheibe in die zen trale Reinstraumkammer,c) transfer of the epitaxial semiconductor wafer into the zen central clean room,
- d) Beladen eines Oxidationsofens oder eines CVD-Beschich tungsreaktors mit der epitaxierten Halbleiterscheibe, in welchem durch Oxidation der Oberfläche oder durch chemi sche Gasphasenabscheidung eine Schutzschicht erzeugt wird,d) loading an oxidation furnace or a CVD coating tion reactor with the epitaxial wafer, in which by oxidation of the surface or by chemi chemical vapor deposition a protective layer is generated,
- e) Überführen der epitaxierten und mit einer Schutzschicht versehenen Halbleiterscheibe in die zentrale Reinstraum kammer.e) Transfer the epitaxed and with a protective layer provided semiconductor wafer in the central clean room chamber.
Gelöst wird die Aufgabe auch durch eine Vorrichtung zur Her stellung von epitaxierten Halbleiterscheiben mit einer Schutz schicht, gekennzeichnet durch eine zentrale Reinstraumkammer, an der mindestens ein Epitaxiereaktor, zumindest ein Oxidati onsofen und/oder ein CVD-Beschichtungsreaktor angekoppelt sind.The task is also solved by a device for manufacturing position of epitaxial semiconductor wafers with a protection layer, characterized by a central clean room, at least one epitaxial reactor, at least one oxidati onsofen and / or a CVD coating reactor coupled are.
Es wurde nämlich gefunden, daß eine integrierte Prozeßierung, d. h. eine Prozeßierung ohne einer räumlichen Trennung von Epi taxie und Herstellung einer Schutzschicht, eine geringere Me tallkontamination und eine niedrigere Partikelzahl zur Folge hat. Die räumliche Verbindung wird über eine Reinstraumkammer geknüpft, an der die Reaktoren und/oder Öfen angekoppelt sind. Die Reinstraumkammer hat gegenüber einem Reinraum ein stark reduziertes Volumen, kann evakuiert und mit hochreinem Inert gas gespült werden; damit läßt sich eine nichtoxidierende und partikelfreie Inertgasatmosphäre schaffen. Auch Kontaminati onsquellen, wie beispielsweise der Mensch werden ausge schlossen. Der vereinfachte Prozeßablauf spart naßchemische Behandlungsstationen, wie beispielsweise Bäder, Chemikalien und Reinraumfläche ein.It was found that integrated processing, d. H. processing without a spatial separation of Epi taxie and manufacture of a protective layer, a lower me contamination and a lower particle count Has. The spatial connection is via a clean room linked to which the reactors and / or furnaces are coupled. The clean room has a strong compared to a clean room reduced volume, can be evacuated and with high purity inert be flushed gas; this allows a non-oxidizing and Create particle-free inert gas atmosphere. Even contaminations onsources, such as human beings, are produced closed. The simplified process flow saves wet chemical Treatment stations, such as baths, chemicals and clean room area.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht aus einer Reihe von Verfahrensschritten, die an dieser Stelle aufgeführt werden. So werden zunächst eine oder mehrere Halbleiterscheiben in ge eigneten Horden bereitgestellt. Die Scheiben werden dann durch eine Eingangsschleuse in eine zentrale Reinstraumkammer über geführt. An diese Reinstraumkammer ist zumindest ein Epitaxie reaktor, einer oder mehrere Oxidationsöfen und/oder einer oder mehrere CVD-Beschichtungsreaktoren zur chemischen Gasphasenab scheidung gekoppelt. Auch kann eine oder mehrere Meßkammern mit je einer Meßvorrichtungen, beispielsweise einer Schicht dicken-, einer Widerstands- oder einer Partikelmeßvorrichtung, angekoppelt sein. Die Meßergebnisse der Meßvorrichtung werden in der Regel dazu verwendet, die Qualität der epitaktischen oder der schützenden Schicht zu überprüfen.The method according to the invention consists of a number of Process steps that are listed here. So first one or more semiconductor wafers in ge dedicated hordes. The slices are then through an entrance lock into a central clean room guided. There is at least one epitaxy on this clean room reactor, one or more oxidation furnaces and / or one or several CVD coating reactors for chemical gas phases divorce coupled. One or more measuring chambers can also be used each with a measuring device, for example a layer thickness, resistance or particle measuring device, be coupled. The measurement results of the measuring device are usually used to improve the quality of the epitaxial or to check the protective layer.
Anschließend wird diese Vorrichtung geschlossen, evakuiert, mit hochreinem Inertgas, beispielsweise Stickstoff, gespült und gegebenenfalls erneut evakuiert und gespült, so daß schließlich eine nichtoxidierende und partikelfreie Inertgas atmosphäre in der gesamten Vorrichtung herrscht. Die Halblei terscheiben werden dann durch eine Einrichtung, beispielsweise eine Transporteinrichtung, in den Epitaxiereaktor übergeführt; der Reaktor wird geschlossen, und gemäß dem Stand der Technik eine oder mehrere epitaktische Schichten abgeschieden.Then this device is closed, evacuated, flushed with high-purity inert gas, for example nitrogen and if necessary evacuated and flushed again, so that finally a non-oxidizing and particle-free inert gas atmosphere prevails in the entire device. The half lead disks are then replaced by a device, for example a transport device, transferred into the epitaxial reactor; the reactor is closed and according to the prior art one or more epitaxial layers deposited.
Die Epitaxie wird bevorzugt durch Zersetzung eines oder mehre rer Gase aus der Gruppe von Silan, Monochlorsilan, Dichlor silan, Trichlorsilan und Siliciumtetrachlorid und bei einer Temperatur von 600°C bis 1200°C und bei einem Druck von 1 m Torr bis 103 Torr durchgeführt. Besonders bevorzugt ist Trichlorsilan als Quellengas, Wasserstoff als inertes Träger gas, eine Temperatur von 1000°C bis 1150°C und ein Druck von 750 Torr.The epitaxy is preferably carried out by decomposing one or more gases from the group of silane, monochlorosilane, dichlorosilane, trichlorosilane and silicon tetrachloride and at a temperature of 600 ° C. to 1200 ° C. and at a pressure of 1 m Torr to 10 3 Torr , Trichlorosilane is particularly preferred as the source gas, hydrogen as the inert carrier gas, a temperature of 1000 ° C. to 1150 ° C. and a pressure of 750 torr.
Die mit einer oder mehreren epitaktischen Schichten versehene Siliciumscheibe wird anschließend durch eine oder mehrere Oxid-, Nitrid- oder Oxynitridschichten, beispielsweise SiO2, SiOX, SiOXNYHZ, SiXNYHZ oder Si3N4 geschützt. Dazu werden die epi taxierten Halbleiterscheiben mittels einer Transportein richtung aus dem Epitaxiereaktor in die zentrale Reinstraum kammer übergeführt, um anschließend den Ofen oder Reaktor, in welchem durch Oxidation der Oberfläche oder durch chemische Gasphasenabscheidung eine Schutzschicht erzeugt wird, zu bela den.The silicon wafer provided with one or more epitaxial layers is then protected by one or more oxide, nitride or oxynitride layers, for example SiO 2 , SiO X , SiO X N Y H Z , Si X N Y H Z or Si 3 N 4 . For this purpose, the epi-rated semiconductor wafers are transferred from the epitaxial reactor into the central clean room chamber by means of a transport device, in order to then load the furnace or reactor in which a protective layer is generated by oxidation of the surface or by chemical vapor deposition.
Die Schutzschicht wird durch Oxidation der Oberfläche in einem Oxidationsofen, bevorzugt mittels Sauerstoff, Wasserdampf, Ozon oder Gemischen dieser Gase erzeugt. Besonders bevorzugt ist, die Schutzschicht in einem Rapid Thermal Oxide (RTO)-Ofen mittels Sauerstoff bei erhöhter Temperatur zu erzeugen.The protective layer is created by oxidation of the surface in one Oxidation furnace, preferably by means of oxygen, water vapor, Generates ozone or mixtures of these gases. Particularly preferred is the protective layer in a Rapid Thermal Oxide (RTO) furnace by means of oxygen at an elevated temperature.
Bevorzugt ist auch die Herstellung einer Schutzschicht mittels chemischer Gasphasenabscheidung in CVD-Beschichtungsreaktoren, insbesondere die Herstellung von Nitrid- und Oxynitrid schichten, insbesondere mittels Zersetzung eines oder mehrerer Gase aus der Gruppe von Tetraethylortosilikat, Silan, Distick stoffmonoxid, Stickstoff oder Ammoniak. The production of a protective layer by means of is also preferred chemical vapor deposition in CVD coating reactors, especially the production of nitride and oxynitride layers, in particular by decomposing one or more Gases from the group of tetraethyl orthosilicate, silane, Distick monoxide, nitrogen or ammonia.
Nachdem die epitaxierten Halbleiterscheiben, deren Oberflächen zunächst hydrophob und oxidationsempfindlich waren, mit einer Schutzschicht versehen wurden, kann die beanspruchte Vorrich tung mit Reinraumluft geflutet werden, und die Scheiben können mit den Horden durch eine Ausgangsschleuse der Reinstraum kammer durch das Personal entnommen werden.After the epitaxial wafers, their surfaces were initially hydrophobic and sensitive to oxidation, with a Protective layer were provided, the claimed Vorrich can be flooded with clean room air and the panes can with the hordes through an exit lock of the clean room chamber can be removed by the staff.
In Abb. 1a ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt. Die Reinstraumkammer (1) bildet die zentrale Einheit, an der mindestens ein Epitaxiereaktor (2), und ein Oxidationsofen (3) oder ein CVD-Beschichtungsreaktor (3) angekoppelt sind. Auch kann eine oder mehrere Meßkammern (4) mit je einer Meßvorrich tung, beispielsweise einer Schichtdicken-, einer Wider stands- oder einer Partikelmeßvorrichtung, angekoppelt sein. Außerdem verfügt die Reinstraumkammer (1) über mindestens eine Ein gangs- (5) und mindestens eine Ausgangsschleuse (6), sowie über Vorrichtungen zur Herstellung eines Vakuums und einer Inertgasatmosphäre (nicht in Abb. 1a).The device according to the invention is shown in Fig. 1a. The clean room chamber ( 1 ) forms the central unit to which at least one epitaxial reactor ( 2 ) and an oxidation oven ( 3 ) or a CVD coating reactor ( 3 ) are coupled. One or more measuring chambers ( 4 ), each with a measuring device, for example a layer thickness, a resistance or a particle measuring device, can be coupled. In addition, the clean room chamber ( 1 ) has at least one entrance lock ( 5 ) and at least one exit lock ( 6 ), as well as devices for creating a vacuum and an inert gas atmosphere (not in Fig. 1a).
Jede Art von Epitaxiereaktor gemäß dem Stand der Technik, wie beispielsweise ein sogenannter "Reduced Pressure CVD-" oder "Atmospheric Pressure CVD-Reaktor" kann angekoppelt sein; auch ist jede Art von Oxidationsofen und CVD-Beschichtungsreaktor zur Herstellung der Schutzschicht gemäß dem Stand der Technik denkbar, wie beispielsweise ein "Plasma Enhanced CVD-Reaktor" oder eine "Ozon-Kammer". Die Vorrichtung eignet sich prinzipi ell auch zur Herstellung von Beschichtungen jeglicher Art, die unter Reinraumbedingungen oder Inertgasatmosphäre durchzufüh ren sind, wie beispielsweise zur Herstellung von Schicht kombinationen, die insbesondere bei der Herstellung von mikro elektronischen Bauelementen Verwendung finden.Any type of prior art epitaxial reactor, such as for example a so-called "Reduced Pressure CVD-" or "Atmospheric Pressure CVD Reactor" can be coupled; also is any type of oxidation furnace and CVD coating reactor for producing the protective layer according to the prior art conceivable, such as a "plasma enhanced CVD reactor" or an "ozone chamber". The device is suitable in principle ell also for the production of coatings of any kind that to be carried out under clean room conditions or an inert gas atmosphere ren, such as for the production of layer combinations, particularly in the manufacture of micro find electronic components.
In Abb. 1b ist gezeigt, daß die Halbleiterscheibe nach der Epitaxie und/oder nach der Herstellung einer Schutzschicht mittels der zentralen Reinstraumkammer ohne Außenkontakt, d. h. ohne die hochreine Inertgasatmosphäre zu verlassen, zu den einzelnen Meßvorrichtungen übergeführt werden kann, wobei die Messungen nicht zwingend durchzuführen sind. Fig. 1b shows that the semiconductor wafer can be transferred to the individual measuring devices after the epitaxy and / or after the production of a protective layer by means of the central clean room chamber without external contact, that is to say without leaving the high-purity inert gas atmosphere, the measurements not necessarily being carried out are.
Claims (7)
- a) Beladen eines Epitaxiereaktors mit Halbleiterscheiben aus einer zentralen Reinstraumkammer,
- b) Abscheiden einer oder mehrerer epitaktischer Schichten auf der Halbleiterscheibe in dem Epitaxiereaktor,
- c) Überführen der epitaxierten Halbleiterscheibe in die zen trale Reinstraumkammer,
- d) Beladen eines Oxidationsofens oder eines CVD-Beschich tungsreaktors mit der epitaxierten Halbleiterscheibe, in welchem durch Oxidation der Oberfläche oder durch chemi sche Gasphasenabscheidung eine Schutzschicht erzeugt wird,
- e) Überführen der epitaxierten und mit einer Schutzschicht versehenen Halbleiterscheibe in die zentrale Reinstraum kammer.
- a) loading an epitaxial reactor with semiconductor wafers from a central clean room,
- b) depositing one or more epitaxial layers on the semiconductor wafer in the epitaxial reactor,
- c) transfer of the epitaxial semiconductor wafer into the central clean room chamber,
- d) loading an oxidation furnace or a CVD coating reactor with the epitaxial semiconductor wafer, in which a protective layer is generated by oxidation of the surface or by chemical vapor deposition,
- e) transfer of the epitaxial and provided with a protective layer semiconductor wafer in the central clean room.
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