DE2822901A1

DE2822901A1 - Reinigungsverfahren fuer halbleiter- bauelemente

Info

Publication number: DE2822901A1
Application number: DE19782822901
Authority: DE
Inventors: Ronald Monroe Gluck
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1977-05-27
Filing date: 1978-05-26
Publication date: 1978-11-30
Also published as: NL7805712A; GB1601765A; US4159917A; JPS53148273A; FR2392496B1; DE2822901C2; JPS5713136B2; FR2392496A1; HK10282A; CA1093217A

Description

Eastman Kodak Company, Rochester, Staat New York, Vereinigte Staaten von Amerika

Reinigungsverfahren für Halbleiter-Bauelemente

Die Erfindung betrifft ein Reinigungsverfahren für Halbleiter-Bauelemente, die bei ihrer Herstellung während mindestens einer Verfahrensstufe einer Gasatmosphäre hoher Temperatur ausgesetzt sind.

Bei der Herstellung von Halbleiter-Bauelementen, wie beispielsweise Silizium-ICs und ladungsgekoppelte Elemente, ist es erforderlich, daß eine Ablagerung von Verunreinigungen in Form von Fremdatomen oder Störstoffen auf der Oberfläche dieser Bauelemente verhindert wird. Fremdatome in Form von Kupfer, Eisen und Gold machen besondere Schwierigkeiten, da sie zu unerwünschten Ladungsfangstellen an der Oberfläche der Bauelemente führen und unter Bildung von Hot Spots oder Störquellen in die Siliziuramasse diffundieren können, was die Funktion der Bauelemente in nachteiliger Weise beeinflußt.

Zusätzlich zu den Fremdatomen, welche in den Ausgangsmaterialien vorhanden sind, werden notwendigerweise bei der Herstellung noch weitere Fremdatome oder Störstoffe in Form von Verunreinigungen hinzugefügt. Deshalb wird nicht nur versucht, von Anfang an die Verunreinigungen durch Fremdatome oder Störstoffe gering zu halten, sondern es ist gegenwärtig üblich, Fremdatome während ver-

809848/1030

schiedener Verfahrensstufen bei der Herstellung von Halbleiter-Bauelementen durch Gettern zu eliminieren. Üblicherweise geht man bei der Herstellung von Halbleiter-Bauelementen von einem Silizium-Wafer aus, welcher in aufeinander folgenden Verfahrensstufen photolithographisch behandelt wird; viele dieser Verfahrensstufen haben dabei zum Gegenstand entweder

(1) eine thermische Diffusion des Dotierungsmittels in das Silizium oder

(2) das thermische Wachsen einer Oxidschicht über bestimmten Bereichen des Siliziums*

Vor jedem thermischen Verfahrensschritt, welcher in einer Gasatmosphäre innerhalb eines Hochtemperaturofens stattfindet, ist es üblich, den Silizium-Wafer zu reinigen. Dies geschieht gewöhnlich durch Eintauchen des Wafers in eine verdünnte Lösung aus Ammoniumhydroxid und Wasserstoffperoxid für 20 Minuten bei einer Temperatur von 80 Grad Celsius; danach wird der Wafer mit destilliertem Wasser gespült; im Anschluß daran wird der Wafer in eine Lösung aus Wasserstoffperoxid und Chlorwasserstoffsäure (Salzsäure) für 20 Minuten bei einer Temperatur von 80 Grad Celsius getaucht, um dann schließlich wiederum mit destilliertem Wasser gespült zu werden. Ein derartiges Reinigungsverfahren entfernt zwar Spuren von Verunreinigungen in Form von Fremdatomen oder Störstoffen, es arbeitet jedoch nicht zur vollen Zufriedenheit, vor allem infolge der Notwendigkeit, daß man bei der Behandlung mit wässrigen Lösungen arbeiten muß; schließlich ist auch eine relativ lange Zeitspanne zur Reinigung der Halbleiter-Bauelemente nötig.

In der US-Patentschrift 3,556,879 ist ein Reinigungsverfahren für Halbleiter-Bauelemente beschrieben, bei welchem die Bauelemente einer Gasatmosphäre ausgesetzt werden, welche Stickstoff, Wasserdampf und Wasserstoffchlorid enthält. Außer dem Gettern

809848/1030

einiger Verunreinigungen führt dieses bekannte Verfahren zu einer Oxidschicht auf dem Halbleiter-Bauelement; das Verfahren ist jedoch relativ ungeeignet, um beispielsweise Gold von der Oberfläche des Halbleiter-Bauelementes zu beseitigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Reinigungsverfahren für Halbleiter-Bauelemente anzugeben, das gegenüber dem Stand der Technik eine verbesserte Beseitigung von Verunreinigungen in Form von Fremdatomen in kürzerer Zeit ermöglicht.

Diese Aufgabe ist, ausgehend von einem Reinigungsverfahren der eingangs genannten Art, gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Bauelemente vor Behandlung unter der Gasatmosphäre einem Reinigungsgas ausgesetzt werden, das Stickstoffmonoxid enthält. Die Verwendung von Stickstoffmonoxid hat den Vorteil, daß dieses für sich die Beseitigung metallischer Verunreinigungen von der Oberfläche eines Halbleiter-Wafers mit großem Wirkungsgrad ermöglicht. Beispielsweise konnten 99,85 % des auf einem Wafer vorhandenen Kupfers entfernt werden, wobei der Wafer für 10 Minuten bei einer Temperatur von 1000 Grad Celsius dem Stickstoffmonoxid ausgesetzt wird.

Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß das Reinigungsgas nicht nur das Stickstoffmonoxid sondern auch wasserfreie Chlorwasserstoffsäure enthält. Bei dieser Gasmischung läßt sich selbst Gold von der Oberfläche des Wafers mit großem Wirkungsgrad entfernen. Bemerkenswert ist dabei, daß im allgemeinen weder das Stickstoffmonoxid noch die wasserfreie Chlorwasserstoffsäure für sich allein Gold in wirksamer Weise zu beseitigen vermögen.

Vorzugsweise ist die Temperatur des Trägergases zwischen 850 Grad Celsius und 1100 Grad Celsius gewählt, wobei die besten Resultate zwischen 900 Grad Celsius und 1000 Grad Celsius erzielbar sind.

809848/1030

In der einzigen Figur ist eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Reinigungsverfahrens für Halbleiter-Bauelemente dargestellt.

Das Reinigen von Halbleiter-Bauelementen mittels Reinigungsgas kann während bestimmter Verfahrensstufen im Rahmen des Herstellungsverfahrens eines Wafers erfolgen. Betrachtet man die Wirksamkeit des Reinigungsverfahrens unter dem Gesichtspunkt, wie lange es dauert bis eine wirkungsvolle Reinigung erzielt ist, dann ermöglicht das Reinigungsverfahren mittels Reinigungsgas gemäß der Erfindung im allgemeinen eine Reinigung, die weniger als 5 Minuten dauert. Bei einer typischen Anwendung des erfindungsgemäßen Reinigungsverfahrens wird beispielsweise mit einer Gasmischung aus Stickstoffmonoxid (Stickoxid), wasserfreier Chlorwasserstoffsäure (Salzsäure) und Stickstoff als Trägergas bei einer Temperatur von 900 Grad Celsius und einem Durchsatz von 112,5 cm³ Stickoxid, 135 cm³ Salzsäure und 2250 cm³ Stickstoff je Minute gearbeitet. Bei einer Reinigungszeit von 2 Minuten konnte ein Silizium-Wafer in wirksamer Weise von Verunreinigungen gereinigt werden; von dem schwer zu entfernenden Gold wurden etwa 60 % entfernt.

Ein interessanter Aspekt des vorliegenden Reinigungsverfahrens ist darin zu sehen, daß bei mäßigem Durchsatz der Gaskomponenten und geringeren Temperaturen die Neigung zur Ausbildung eines unerwünschten Nitrid- oder Oxinitridüberzuges (oxynitride coating) auf dem Silizium begrenzt werden kann. Wird das Reinigungsverfahren beispielsweise vor der Durchführung einer Verfahrensstufe mit thermischer Oxidation im Rahmen des Herstellungsverfahrens eines Halbleiter-Bauelementes benutzt, dann sollte möglichst die Ausbildung einer Nitrid- oder Oxinitridschicht auf dem Silizium verhindert werden, da eine derartige Schicht die Ausbildung des erwünschten Oxidüberzugs hemmen kann. Bei der oben erwähnten typischen Anwendung des Reinigungsverfahrens wird die Ausbildung der Oxid-

809848/1030

schicht nicht gehemmt. Selbstverständlich ist es in manchen Fällen unwesentlich, ob sich eine Nitrid- oder Oxinitridschicht während des Reinigungsverfahrens ausbildet. In derartigen Fällen können die Bedingungen, unter welchen das Reinigungsverfahren durchgeführt wird, beispielsweise im Hinblick auf das Gettern von Gold optimiert werden; durch Verdopplung des Durchsatzes für das Stickstoffmonoxid in der. oben angegebenen typischen Anwendung des erfindungsgemäßen Reinigungsverfahrens steigt das Gettern des Goldes auf 70,5 I an, wobei sich die Oxidationshemmung allerdings vergrößert.

Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Reinigungsverfahren für Halbleiter-Bauelemente anhand der in der einzigen Figur gezeigten Anordnung näher erläutert. Diese Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Reinigungsverfahrens besitzt eine Quelle 10 für Stickstoffmonoxid, eine Quelle 12 für wasserfreie Chlorwasserstoffsäure (Salzsäure) und eine Quelle 14 für Trägergas, wie beispielsweise Stickstoff, Argon, usw. Der jeweilige Durchsatz an Stickstoffmonoxid, wasserfreier Chlorwasserstoffsäure und Trägergas ist mittels Regelventilen 16 bzw. 18 bzw. 20 einstellbar. Diese drei Komponenten gelangen in eine Mischkammer 22, welche mit einer Ofenröhre 24 herkömmlicher Art verbunden ist. Mit der Bezugszahl 26 bezeichnete Silizium-Wafer sind in einem innerhalb des Ofens angeordneten Behälter 28 gestapelt, wobei die Gasmischung über eine Zutrittsöffnung 30 in den Ofen gelangt und über eine Austrittsöffnung 32 ausströmt. Die Ofentemperatur ist mittels einer Temperaturregeleinrichtung 34 einstellbar. Das Gettern ist ein verhältnismäßig komplexer Vorgang, welcher aus dem Zusammenspiel der verschiedensten Einflüsse resultiert. Obgleich einige Parameterwerte beim Gettern erfolgreicher arbeiten als andere Parameterwerte, zeigt die nachfolgende Tabelle Parameterwerte, welche besonders interessant oder repräsentativ sind. In der rechten Spalte der Tabelle ist angegeben, mit welchem Prozentsatz Gold entfernt oder gegettert werden kann. Die Getterungsrate von Gold wurde des-

809848/103Q

halb dargestellt, weil es wohl die am schwierigsten zu beseitigende Verunreinigung ist.

Durchsatz cm*	HCl	/min	Temperatur	Zeit	% Getterungsrate
NO	67,5	^N2	Grad C	(min)	für Gold
67,5	135	2250	900	2	57,5
135	67,5	2250	900	5	67,4
225	135	2250	900	2	62,8
225	270	2250	900	5	70,5
225	67,5	2250	900	5	69,9
112,5	67,5	2250	1Q00	5	88,6
225	135	2250	1000	1	65,0
135	135	2250	1000	1	62,9
225	2250	1000	3	65,9

Das hier beschriebene Reinigungsverfahren für Halbleiter-Bauelemente könnte beispielsweise auch einen oder mehrere Verfahrensschritte mit Naßreinigung bei der Reinigung von Silizium-Wafern ergänzen, ohne sie zu ersetzen. Hat man beispielsweise einen Wafer in der nach dem Stand der Technik üblichen Weise gereinigt, dann wäre es möglich, diesen Wafer auch noch gemäß dem vorliegenden Reinigungsverfahren mit Hilfe von Stickstoffmonoxid und wasserfreier Chlorwasserstoffsäure nach einem der in der obigen Tabelle angegebenen Beispiele zu reinigen.

809848/1030

e e r s e i f e

Claims

801,434 .< 28229Q1

24. Mai 1978

Eastman Kodak Company, Rochester, Staat New York, Vereinigte Staaten von Amerika

Patentansprüche

Reinigungsverfahren für Halbleiter-Bauelemente, die bei ihrer Herstellung während mindestens einer Verfahrensstufe einer Gasatmosphäre hoher Temperatur ausgesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente vor Behandlung unter der Gasatmosphäre einem Reinigungsgas ausgesetzt werden, das Stickstoffmonoxid enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reinigungsgas wasserfreie Chlorwasserstoffsäure (Salzsäure) enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Reinigungsgas ein Trägergas für das Stickstoffmonoxid (Stickoxid) und die wasserfreie Chlorwasserstoffsäure enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägergas Stickstoff verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Trägergases zwischen 850 Grad Celsius und 1100 Grad Celsius gewählt ist.

809848/1030