DE2046956A1 - Verfahren zum nicht bevorzugten Atzen von Silicium - Google Patents
Verfahren zum nicht bevorzugten Atzen von SiliciumInfo
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Description
PATENTANWALT - 2 O Λ R 9 1^ R
8 M D N C H E N 71, 23, $βρ. 1970
Mein Zeichen: M129P-4-19
Motorola, Inc.
9-4-01 West Grand Avenue
Franklin Park, Illinois
V.St.A.
Verfahren zum nicht bevorzugten Itzen von Silicium
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum-nicht bevorzugten
Itzen von Silicium.
Bei der Bearbeitung von Halbleitermaterial, ζ.B0 Silicium,
besteht ein Bedarf für extrem glatte, flache und saubere Oberflächen. Derartige Oberflächen werden in einer Folge von Bearbeitungsschritten
hergestellt, wobei die Oberfläche geläppt und mechanisch poliert sowie anschliessend in einem flüssigen
Ätzmittel chemisch geätzt wird. Es ist auch bereits bekannt, Oberflächen chemisch zu ätzen und zu polieren, wobei gasförmige
Itzmittel "Verwendung finden (US Patent 3 24-3 323). Nach
diesem bekannten Verfahren wird das Halbleitermaterial in einer Reaktionskammer auf eine geeignet hohe Temperatur gebracht
und ein Gasgemisch aus Wasserstoff und Chlorwasserstoff mit dem Halbleitermaterial in Berührung gebracht. Dieses
Fs/wi Verfahren
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2046958
ft M129P-419
Verfahren der Ätzung von Halbleitermaterial in der Gasphase unter Verwendung eines Gemisches aus Wasserstoff und Chlorwasserstoff
wird als überwiegendes Ätzverfahren in der Halbleitertechnik benutzt. Hierbei muss mit extremer Sorgfalt gearbeitet
werden, damit diese ätzenden gasförmigen Gemische keine Korrosionsprobleme erzeugen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ätzverfahren für Silicium zu schaffen, wobei die Ätzung in der Gasphase
ausgeführt wird und keine Korrosionsprobleme für die Einriphtung bei Raumtemperatur auftreten. Dabei soll die Ätzung in
einem Temperaturbereich von etwa 95Q°C bis 12,5O0C verhältnismassig
rasch ablaufen und ein nicht giftiges Ätzmittel Verwendung finden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass Silicium
mit einem gasförmigen Gemisch aus Schwefelhexafluorid mit einem geringen Anteil an Stickstoff und einem Gas der Gruppe
Wasserstoff, Argon und Helium bei einer Temperatur des SiIiciums
zwischen etwa 950 C und 1250 C in Berührung gebracht wird.
Von besonderem Vorteil erweist sich ein gasförmiges Gemisch aus Schwefelhexafluorid mit weniger als 200 ppm Stickstoff
und Wasserstoff als Trägergas.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der
nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen'' in Verbindung
mit den Ansprüchen hervor.
Gemäss der Erfindung wird Schwefelhexafluorid mit einer verhältnismässig
hohen Reinheit zum Ätzen von Silicium benutzt. Das hierfür verwendete Hexafluorid enthält 0 bis ungefähr 1300
Teile Stickstoff pro 10 Gewichtsteile und wird zur Herstellung
des Ätzgemisches mit einem Trägergas, wie z.B. Wasserstoff, Argon oder Helium, verdünnt. Dieses Ätzgemisch wird
■ - 2 - dann
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3 M129P-4-19
dann zum Ätzen bei einer (Temperatur zwischen 950 C und 1250 C
über das Silicium geleitet.
Die Reinheit des Schwefelhexafluorids ist für die Durchführung
des Verfahrens von kritischem Einfluss. Kommerziell erhältliches Schwefelhexafluorid (SIg) enthält bei 98,5% SEg im
Maximum zwischen ungefähr 3000 und 5000 Teile Stickstoff pro 10 Gewichtsteile (ppm). Schwefelhexafluorid dieser Reinheit
(3000 bis 5000 ppm Stickstoff) erweist sich zum Ätzen von Silicium als unzweckmässig, es sei denn, die Ätzung soll bei
einer Temperatur von 11500C oder höher mit sehr langsamer Geschwindigkeit
ablaufen. Schwefelhexafluorid mit einer Reinheit von 99% und einem Inteil von etwa 1300 ppm Stickstoff erwies
sich gerade noch geeignet, um als Ätzmittel für Silicium bei einer Temperatur zwischen 950 C und 10500C Verwendung zu finden.
Die Ätzflüssigkeit dieser Reinheit führt jedoch zu guten Ergebnissen, wenn die Ätzung in einem Temperaturbereich von
.etwa 10500C bis 12500G durchgeführt wird.
Schwefelhexafluorid einer Reinheit von 99j98%, das weniger als
200 ppm Stickstoff enthält (dieser Stickstoffanteil entspricht etwa der minimal feststellbaren Menge in SIg), ist ein sehr
wirksames Ätzmittel für Silicium im gesamten Temperaturbereich zwischen 95O0C bis etwa 1250 C. Damit ergibt sich klar, dass
die Wirksamkeit des Schwefelhexafluorids als Ätzmittel für Silicium direkt von der Konzentration des Stickstoffs im
ο abhängt. Eine Stickstoff konzentration von raehr als 13OO ppm
macht das Schwefelhexafluorid nahezu unwirksam, wogegen im wesentlichen stickstoffreies Hexafluorid zu ausgezeichneten
Ätzergebnissen führt.
Für das nachfolgende Ätzverfahren wird gemäss der Erfindung
als Ätzmittel verwendet.
- 3 - Für
10 9819/2 032
(I M129P-419
I1Ur die Durchführung der Ätzung wird eine Siliciumscheibe zunächst
auf einer Quarzplatte abgelegt, die als ebene Unterlage dient und auf einer Graphithalterung ruht. Die Graphithalterung
wird mit geeigneten Mitteln, z.B. induktiv, erwärmt, wobei das Silicium primär durch die Wärmeleitung von
der Graphithalterung aus, jedoch auch durch direkten induktiven Einfluss im Halbleitermaterial erwärmt wird, wobei
letzteres insbesondere auftritt, wenn höhere Temperaturen verwendet werden. Die Temperatur, auf welche die Siliciumscheibe
gebracht wird, liegt etwa zwischen 95O0C und 125O0C.
Zum Ätzen wird Schwefelhexafluorid mit weniger als 1300 ppm
Stickstoff und vorzugsweise unterhalb 200 ppm Stickstoff mit einem Trägergas wie Wasserstoff, Argon oder Helium vermischt,
wobei jedoch Wasserstoff als bevorzugtes Trägergas Verwendung findet. Dieses Gasgemisch wird zum Ätzen für eine bestimmte
Zeit über die Siliciumscheibe geleitet. Sobald die Siliciumscheibe im gewünschten Umfang abgeätzt ist, wird die Zufuhr
des Schwefelhexafluorid unterbrochen, wogegen das für die Verdünnung benutzte Gas weiter über die Siliciumplatte geführt
wird.
Das Molverhältnis von Schwefelhexafluorid in Wasserstoff liegt bei etwa 1 χ 10 % zu V/o. Das Mol verhältnis wird bei einer
bestimmten Temperatur experimentell bestimmt, um optimale Prozessverhältnisse zu erhalten, d.h. um einerseits ein günstiges
Verhältnis und andererseits eine ausreichend gute Oberflächenqualität zu gewährleisten. Im einzelnen ergibt
sich dies aus den nachfolgenden Beispielen.
Beisp_iel_l.
Zum Ätzen der Siliciumscheibe wird diese zunächst auf einer Quarzplatte und einer Graphithalterung abgelegt. Die Graphithalterung
wird induktiv, d.h. mit einer die Reaktionskammer
- 4 .- umgebenden
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M129P-419
umgebenden Induktionsspule erhitzt. Dabei gibt die Graphithalterung
genügend Temperatur an die Siliciumscheibe ab, um diese auf eine Temperatur von etwa 1000 C zu erwärmen. Schwefelhexafluorid
mit etwa 200 ppm Stickstoff, das mit Wasserstoff gemischt ist, wird als gasförmiges Gemisch mit
21 χ 10 Molprozent S1V- für etwa sieben Minuten über die
erhitzte Siliciumscheibe geleitet. Dabei wird die Siliciumoberflache
bis zu einer Tiefe von etwa 4/u weggeätzt. In diesem
Zustand wird die Zufuhr von Schwefelhexafluorid unterbrochen, wogegen der Wasserstoff weiterhin über die Siliciumscheibe
geleitet wird.
Die sich aus dieser Itzung ergebende Siliciumscheibe besitzt
eine sehr gute Oberfläche, wobei die Ätzung mit einer Geschwindigkeit von 0,59/u Pro Minute ablief. Als gute Oberfläche
wird eine solche bezeichnet, die bei einem flach einfallenden Licht von einer Mikroskoplampe keinen Schleier zeigt,
Weitere Beispiele für die Verwendung von Schwefelhexafluorid als Ztzmittel in einem Wasserstoffträgergas gehen aus der nachfolgenden
Tabelle hervor.
Ausgangsmaterial: Schwefelhexafluorid (SJV-) mit weniger als
200 ppm Stickstoff
Temp | Ätzgeschw | Molprozent |
0C | /u/Min | SFC in H0 |
800 | ||
900 | ||
950 | 0,136 | 5,2x10"5 |
1000 | 0,59 | 2IxIO"5 |
1500 | 1,55 | 4-lxlO"5 |
1100 | 2,36 | 73xio~3 |
II50 | 3,89 | 100x10"5 |
Noch brauchbare Oberfläche
Ztzgeschw Molprozent
■u/Min
0,83
2,80
3,80
2,80
3,80
in
30x10 100x10 100x10
-3 -3
-3
109819/2032
Schlechte
* M129P-419
Temp Xtzgeschw Molprozent C /u/Min SF6 in H2
800
900 0,024 5,2xlO~3
950 0,23 10,5xl0~5
1000 1,1 4IxIO"5 .
1050
1100
1150
Die Ergebnisse der Tabelle 1 erhält man, wenn Schwefelhexafluorid mit einer Reinheit von weniger als 200 ppm Stickstoff
verwendet wird. Gute Oberflächen ergeben sich bei Temperaturen zwischen 95O0O und 11500C, wobei die Itzgeschwindigkeit zwischen
0,136/u/Min und 3,89/u/Min liegt. Bei 9000C kann keine
zufriedenstellende Oberfläche erhalten werden, d.h. dass sich auf der Silitiumoberfläche bei der Betrachtung mit normalem
Raumlicht bereits Schleier zeigen. Als noch brauchbare Oberfläche wird eine solche bezeichnet, die bei der Betrachtung
in normalem Raumlicht noch als gut angesehen werden muss, die jedoch bei einem flach einfallenden Licht von einer Mikroskoplampe
bereits Schleier zeigt. Aus der vorstehenden Tabelle 1 können die bevorzugten Ätzgeschwindigkeiten für bestimmte Temperaturen
entnommen werden; z.B. beträgt die Itζgeschwind!gkeit
bei einer Temperatur von 10000C vorzugsweise 0,59/u/Min
oder weniger für eine gute Oberfläche, da bei 0,83/u/Min sich
bereits eine nur noch brauchbare Oberfläche und bei 1,1 /u/Min eine schlechte Oberfläche ergibt.
- 6 - Tabelle 2
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2046958'
M129P-419
Ausgangsmaterial: Schwefelhexafluorid mit weniger als
1300 ppm Stickstoff
Gute Oberfläche Temp A"tzgeschw Molprozent
\J /-ν /tv/T ■ f"1 "ΤΪΙ Jt -U-. TT
900
950
1000
1050
1100
1150
/u/Min
0,32
0,92
1,62
0,92
1,62
Sl6 in
10,5x10 20,8x10 3OxIO"5
-3 -3
Hoch brauchbare Oberfläche Ätageschw Molprozent
■u/Min
0,42 1,95
in H
12,5x10 41,8x10
2,25 41,8x10
-3 -3 -3
Schlechte Oberfläche Temp 2-tzgeschw Molprozent
900
950
1000
1050
1100 1150
,u/Min /
0,023
0,11
0,14
0,74
3,0
3,5
in
5,2x10 5,2x10 5,2x10
20,8x10 71,8x10 71,8x10
-3 -3 -3
-3
~3
In der vorstehenden Tabelle 2 sind die Ergebnisse zusammengestellt,
die sich bei der Verwendung von Hexafluorid mit weniger als 1300 ppm Stickstoff ergeben. Eine gute Oberfläche
erhält man bei Temperaturen von ungefähr 10500C bis II50 C,
wobei sich Itzgeschwindigkeiten von etwa 0,32 /u/Min bis
1,62/u/Min ergeben. Bei Temperaturen unter 10000C ergeb
sich nur noch schlechte Oberflächen.
en
— 1 ~
109819/2032
Ausgangsmaterial: Schwefelhexafluorid mit weniger als 3000
bis 5000 ppm Stickstoff
Gute Oberfläche Temp Itzgeschw Molprozent
0C
950
950
1000
1100
1100
1150
1200
■u/Min
0,17
0,44
0,44
in
5,2x10 10,5x10
-3
-3
Noch brauchbare Oberfläche Ztzgeschw. Molprozent
u/Min
0,16
SFr in H2 6
5,2x10
10 ,
-3
Schlechte Oberfläche Temp Ätzgeschw Molprozent
950 1000 1100 II50 1200
u/Min
0,23 0,23
0,57 1,35
jx' s- in Ho
6 c-
5,2x10"5 5,2x10"5
12,5x10 20,8x10
-3 -3
Aus der Tabelle 3 gehen die Ergebnisse hervor, wenn Schwefelhexafluorid
mit weniger als 3OOO bis 5OOO ppm Stickstoff Verwendung
findet. Bei Temperaturen unterhalb 10000C sind die
Ergebnisse unbefriedigend. Eine gute Oberfläche erhält man jedoch bei einer Temperatur von etwa 1200 C, wobei die Ätzgeschwindigkeit
nur 0,4/u/Min beträgt. DieseItzgeschwindigkeit
wird bei dieser dazugehörigen Temperatur in den meisten Fällen als zu langsam betrachtet.
Der Vorteil des Ätzens mit Schwefelhexafluorid ergibt sich aus der Tatsache, dass die Itzreaktion Si + SF^- ■♦ H^SiF + SiF^ + SlS
im wesentlichen in einem Temperaturbereich von etwa 950 C bis '125O0C irreversibel ist, d.h. es ergeben sich bei diesem Vor-
fahren
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fahren keine Wie der ablagerungen von flüchtigen Verunreinigungen.
Für die vorausstehenden Beispiele wurde ein Gemisch aus Schwefelhexafluorid
und Wasserstoff als Trägergas verwendet} jedoch kann Schwefelhexafluorid auch mit anderen Ätzmitteln, wie z.B„
ClF^, HCL, HF, HoS oder Kombinationen dieser Mittel gemischt
werden, um entsprechende gasförmige Ätzgemische gemäss der
Erfindung zu erhalten.
- 9 - Patentansprüche
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Claims (7)
- Jfo M129P-419PatentansprücheVerfahren zum. nicht bevorzugten Ätzen von Silicium, dadurch, gekennz e ich η et, dass Silicium mit einem gasförmigen Gemisch aus Schwefelhexafluorid mit einem geringen Anteil an Stickstoff und einem Gas der Gruppe Wasserstoff, Argon und Helium "bei einer Temt peratur des Siliciums zwischen etwa 95O0C und 12500Cin Berührung gebracht wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, dass das Schwefelhexafluorid weniger als 1300 Teile Stickstoff pro 106 Gewichtsteile (ppm) enthält.
- 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur zwischen etwa 10500C und etwa 1250°C liegt.
- 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η -ψ zeichnet, dass das Schwefelhexafluorid maximaletwa 200 ppm Stickstoff enthält.
- 5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η -ζ e ichne t} dass das Trägergas Wasserstoff ist.
- 6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasgemisch ein Ätzmittel aus der Gruppe HCL, ClF5, HF und H3S enthält.
- 7. Verfahren zum Bearbeiten von Halbleitermaterial, dadurch gekennzeichnet, dass eine.Siliciumseheibe in einer geschlossenen Reaktionskammer auf eine Temperatur zwischen etwa 95O°C und 125O°C erwärmt wird, dass ein Gemisch, im wesentlichen bestehend aus Schwefelhexafluorid mit weniger als ungefähr 1300 ppm Stickstoff und einem Gas aus der Gruppe Wasserstoff, Argon,
Helium über die erhitzte Siliciumseheibe geleitet wird, um dessen Oberfläche zu ätzen, und dass nach einer bestimmten Zeit die Zufuhr1 des Schwefelhexafluorids unterbrochen wird.ÖftlG'MAL IMSFECTED109819/2032
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