DE19927457C2 - Verwendung eines bekannten Verfahrens als Vorbehandlung zur Bestimmung der Diffusionslängen von Minoritätsträgern in einer Halbleiterscheibe - Google Patents

Verwendung eines bekannten Verfahrens als Vorbehandlung zur Bestimmung der Diffusionslängen von Minoritätsträgern in einer Halbleiterscheibe

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Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines bekannten Verfahrens als Vorbehandlung zur Bestimmung der Diffusionslängen von Minoritätsträgern in einer Halbleiterscheibe durch Messung gemäß der SPV-Methode.
Die SPV-Methode (surface photovoltage method) ist ein bekanntes Meßverfahren zur Bestimmung der Diffusionslängen von Minoritätsträgern in Halbleiterscheiben. Sie eig­ net sich insbesondere zur Detektion von Spuren von Verunreinigungen wie Eisen im Halbleitermaterial (G. Zoth, W. Bergholz, J. Appl. Phys. 67 (11), 1990, s. 6764-6771). Im industriellen Einsatz hat es sich gezeigt, daß der Vorbereitung der Halbleiterscheibe für die Messung gemäß der SPV-Methode eine besondere Bedeutung zukommt. Insbesondere ist die in der Literatur genannte Vorbehandlung der Halbleiterscheibe mit Fluorwasserstoff (HF- dip) nachteilig, da danach mindestens einige Stunden gewartet werden muß, bis eine SPV-Messung zeitlich stabile Messwerte liefert.
in der US 4 507 334 ist ein Verfahren beschrieben, das als Vorstufe zur Bestimmung der Diffusionsfängen von Minoritätsträgern mittels SPV-Methode dient.
Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe, die bisher als notwendig erachtete Warte­ zeit erheblich zu verkürzen.
Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung eines bekannten Verfahrens zur Reini­ gung und zum Trocknen einer Halbleiterscheibe, bei dem diese in eine Flüssigkeit ge­ taucht wird, die Fluorwasserstoff enthält, und aus dieser Flüssigkeit in eine Atmoshpäre überführt wird, die Ozon enthält, wobei die Halbleiterscheibe eine hydrophile Oberfläche erhält und getrocknet wird, als Vorbehandlung zur Bestimmung der Diffusionslängen von Minoritätsträgern in der Halbleiterscheibe gemäß der SPV-Methode.
Die Vorbehandlung wird vorzugsweise auf eine Halbleiterscheibe angewandt, die auf bekannte Weise von einem abgelängten und rundgeschliffenen Kristall, der gegebe­ nenfalls mit einem oder mehreren Orientierungsmerkmalen zur Identifizierung der Kris­ tallachsen versehen ist, abgetrennt wurde und deren Kante verrundet wurde. Mindestens eine Seite der Halbleiterscheibe wird geläppt oder geschliffen oder geätzt, um eine beim Abtrennen der Halbleiterscheibe entstandene Beschä­ digung oberflächennaher Bereiche zu beseitigen. Zusätzlich kann eine Reinigung der Halbleiterscheibe vorgesehen sein.
Die Vorbehandlung sieht vor, die Halbleiterscheibe für die SPV-Messung so zu konditio­ nieren, daß die Halbleiterscheibe (ohne daß darauf gewartet werden muß) in einem Zu­ stand vorliegt, bei dem die SPV-Messung zeitlich stabile Messwerte liefert und somit die Vergleichbarkeit von Meßergebnissen gewährleistet ist.
Die Vorbehandlung der Halbleiterscheibe umfaßt eine Behandlung der Halbleiterscheibe mit einer fluorwasserstoffhaltigen Flüssigkeit durch Eintauchen der Halbleiterscheibe in die Flüssigkeit und das Überführen der Halbleiterscheibe in eine ozonhaltige Atmosphä­ re, wobei die Oberfläche der Halbleiterscheibe durch Ausbilden eines Oxidfilms hydrophiliert wird und die Halbleiterscheibe getrocknet wird. Bevorzugt ist eine Behand­ lung der Halbleiterscheibe gemäß einem in der WO-97/08742 A1 beschriebenen Verfahren.
Bevorzugt ist weiterhin, die Halbleiterscheibe vor der Vorbehandlung mit einem sauren Ätzmittel zu ätzen, um Reste von mechanischen Beschädigungen der Oberfläche und metallische Verunreinigungen zu entfernen. Es besteht auch die Möglichkeit stattdessen mit einem alkalischen Ätzmittel zu ätzen, sofern dies bei einer Temperatur geschieht, bei der eine ungewünschte Diffusion metallischer Verunreinigungen von der Oberfläche in das Innere (bulk) der Halbleiterscheibe nicht eintritt.
Folgende Verfahrenssequenz ist besonders bevorzugt:
  • a) gegebenenfalls Ätzen der Halbleiterscheibe in einer sauren Ätzlösung;
  • b) Eintauchen der Halbleiterscheibe in wäßrige Flußsäure und Überführen der Halblei­ terscheibe aus der Flußsäure in einen Ozon enthaltenden Gasraum;
  • c) gegebenenfalls Tempern der Halbleiterscheibe mit Licht; und
  • d) Durchführen einer SPV-Messung;
Die Halbleiterscheibe wird bevorzugt im Paket mit anderen Halb­ leiterscheiben durch die Schritte (a) und (b) geführt, wobei zur Handhabung der Halbleiterscheiben vorzugsweise Scheibenma­ gazine eingesetzt werden, die aus gegenüber den eingesetzten Chemikalien inerten Kunststoffen gefertigt sind, beispielsweise aus fluorierten Kohlenwasserstoffen, insbesondere PVDF (Polyvi­ nyldifluorid). Bäder, Rohrleitungen, Pumpen etc. sind sinnvol­ lerweise ebenfalls aus gegenüber den eingesetzten Chemikalien inerten Kunststoffen gefertigt.
Das Ätzen gemäß (a) wird bevorzugt wie in DE 43 16 096 C1 und US 5 340 437 beschrieben nach dem Strömungsätzprinzip unter Ro­ tation der Scheiben während des Ätzvorganges und Einperlung ei­ nes inerten oder reaktiven Gases ausgeführt; die Einperlung ei­ nes Gases wie Stickstoff oder Kohlendioxid ist dabei besonders bevorzugt. Besonders bevorzugt ist ebenfalls die Verwendung ei­ nes bei einer Temperatur von 15 bis 40°C betriebenen Gemisches aus Salpetersäure und Flußsäure in Konzentrationen und einem Konzentrationsverhältnis, die eine mittlere Ätzgeschwindigkeit von 3 bis 30 µm/min unter bestmöglichem Erhalt der Scheibengeo­ metrie erlauben, beispielsweise 60 bis 95 Gew.-% konzentrierter Salpetersäure (70 Gew.-%ig in wäßriger Lösung) und 5 bis 30 Gew.-% konzentrierte Flußsäure (50 Gew.-%ig in wäßriger Lö­ sung). Zur Stabilisierung der Gasblasen ist die Zugabe eines gegenüber der Ätzmischung stabilen Tensids in geringen Konzen­ trationen, die im einzelnen von der Natur des zugesetzten Ten­ sides abhängen, von Vorteil. Beispiele für geeignete Tenside sind Phosphorsäure, Ammoniumlaurylsulfat und fluorierte ober­ flächenaktive Stoffe wie Perfluoralkylsulfonate. Die Zugabe ge­ ringer Anteile an weiteren Stoffen aus den Verbindungsklassen organische Säure und Salze, beispielsweise Essigsäure, Oxalsäu­ re und Zitronensäure, anorganische Säuren, Salze und Oxide, beispielsweise Salzsäure, Kaliumdichromat, Kaliumpermanganat und Chrom-VI-oxid, sowie elementare Halogene, beispielsweise Brom und Iod, ist möglich.
Zur Durchführung von Schritt (b) besteht die Möglichkeit, ein Ozon-haltiges Gas in den Gasraum über der Flußsäure zu leiten. Das Ozon-haltige Gas kann jedoch auch in die Flußsäure einge­ blasen werden, wobei sich der Gasraum über der Flußsäure im Prozeßbecken durch Ausdiffusion teilweise mit Ozon füllt.
Die zum Einsatz kommende wäßrige Flußsäure enthält bevorzugt 0,001 bis 70 Gew.-% HF, besonders bevorzugt 0,05 bis 2 Gew.-% HF und weist bevorzugt eine Temperatur von 20 bis 80°C auf, wobei eine Temperatur von 40 bis 60°C besonders bevorzugt ist. Zur Erhöhung der Fähigkeit der Flußsäure, Partikel von der Oberfläche der Halbleiterscheibe zu entfernen kann das Bad, in dem der Prozeßschritt (b) ausgeführt wird, ein Tensid oder ein Tensidgemisch in einer Konzentration von 0,0001 bis 1 Gew.-% enthalten. Bevorzugt sind Verbindungen der Gruppe der nicht­ ionischen, kationischen und anionischen Tenside. Die Zugabe weiterer Zusatzstoffe, beispielsweise das Anreichern der Fluß­ säure mit Ozon ist möglich.
Besonders bevorzugt ist es, eine Atmosphäre über der Flußsäure einzustellen, die Ozon in einer Konzentration von 1 bis 1000 mg/m3 enthält. Die Ozon-haltige Atmosphäre kann neben Ozon ein oder mehrere andere Gase enthalten, die entweder inert sind, wie Stickstoff, Argon oder Kohlendioxid, oder reaktiv sind, wie Sauerstoff, Fluorwasserstoff oder Chlorwasserstoff. Das benö­ tigte Ozon kann beispielsweise mit Hilfe eines Ozongenerators gemäß der DE 197 52 769 A1 bereitgestellt werden.
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Halbleiterscheibe in der Flußsäure und in der Ozon-haltigen Gasatmosphäre für einen Zeitraum von jeweils 0,1 bis 5 min zu belassen, wobei eine Ver­ weilzeit von jeweils 0,5 bis 2 min besonders bevorzugt ist.
Die aus Verfahrensschritt (b) resultierende trockene Halblei­ terscheibe mit hydrophiler Oberfläche wird gegebenenfalls mit Licht getempert, wobei die Scheibe vorzugsweise auf eine Tempe­ ratur von 300 bis 1250°C erhitzt wird. Dieser Schritt ist besonders zweckmäßig, falls beabsichtigt ist, mit der SPV-Messung die Verunreinigung der Oberfläche der Halbleiterscheibe mit ei­ nem Metall wie Eisen zu detektieren.
Sowohl nach Schritt (b) als auch nach Schritt (c) befindet sich die Halbleiterscheibe in einem definierten Zustand, in dem die Abhängigkeit der Meßwerte einer SPV-Messung von der Zeit ver­ nachlässigbar ist, so daß die Messung der Halbleiterscheibe ge­ mäß Schritt (d) des Verfahrens unverzüglich durchgeführt werden kann. Bevorzugt ist es, die Messung innerhalb von 0 bis 120 min nach Beendigung von Schritt (b) oder Schritt (c) durchzuführen. Schritt (b) ist vor einer SPV-Messung, beispielsweise nach längeren Standzeiten, (beispielsweise bei Rückstellmustern) be­ liebig oft wiederholbar und führt immer wieder zu reproduzier­ baren und vergleichbaren Messergebnissen.

Claims (5)

1. Verwendung eines bekannten Verfahrens zur Reinigung und zum Trocknen einer Halbleiterscheibe, bei dem diese in eine Flüssigkeit getaucht wird, die Fluorwasserstoff enthält, und aus dieser Flüssigkeit in eine Atmoshpäre überführt wird, die Ozon enthält, wobei die Halbleiterscheibe eine hydrophile Oberfläche erhält und getrocknet wird, als Vorbehandlung zur Bestimmung der Diffusionslängen von Minoritätsträgern in der Halbleiterscheibe gemäß der SPV-Methode.
2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterscheibe vor der SPV-Messung mit Licht getempert wird.
3. Verwendung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterscheibe innerhalb von 0 bis 120 min nach der Vorbehandlung oder nach dem Tempern der SPV-Messung unterzogen wird.
4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterscheibe vor der Vorbehandlung geätzt wird.
5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit mit Ozon angereichert wird.
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