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"Verfahren zum Entfernen von Gold auf Siliciumoberflächen"
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Gold auf Siliciumoberflächen.
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In der Halbleitertechnologie stellen Schwermetalle eine höchst unerwünschte
Verunreinigung dar. Schwermetallatome, eingebaut in einem Si-Kristall, wirken als
sogenannte traps, durch welche die Lebensdauer der Minoritätsladungsträger herabgesetzt
wird. Bei höherer Konzentration können aber auch Ausscheidungen dieser Fremdstoffe
im Si-Kristall auftreten. Bevorzugt geschieht dies im Bereich von pn-0bergängen,
die dann infolge dieser Fehler einen erhöhten Sperrstrom und ein schlechtes Dnrchbruchverhalten
aufweisen. Als Ursache weiterer Defekte werden ebenfalls metallische Verunreinigungen
vermutet, wie z.B. ungleichmäßiges Wachstum von Siliciumoxid bei der thermischen
Oxidation von Silicium und Entstehung von Oxidationsstapelfehlern.
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Besonders bei kleinen Strukturen also z.B. bei tbergang zur VLSI-Technologie
kommen diese Defekte hauptsächlich zur Wirkung, da in diesem Dimensionen die Abmessung
der
Bauelemente nahezu übereinstimmen. Damit lt aber die tion eines
solchen Bauelements in Frage gestellt. Bei großflächiger Auslegung eines pn-flbergangs
würde ein derartiger Defekt dagegen nur zu einer geringfügig prozentualen Erhöhung
des Sperrstroms beitragen. Für die weitere Verbesserung insbesondere der TLSI-Technologie
ist es daher dringend erforderlich, effektive Reinigungslösungen zur Entfernung
von Schwermetallen auf Siliciuinoberfläcben zu entwickeln.
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Gold verdient neben den anderen Schwermetallen besondere Beachtung,
es hat großen Einfluß auf die Bebensdauer der Ninoritätsladungsträger und bildet
sehr leicht Ausscheidungen. Hinzu kommt aber, daß sich Gold wegen seiner edlen Natur
auf Siliciumoberflächen abscheidetO Das führt dazu, daß sich auch noch die in "
suprapur "-Chemikalien enthaltenen winzigen Spuren von Gold auf;Siliciumoberflächen
anreichern. Daß auf diese Weise während des Herstellungsganges eines Bauelements
oder einer integrierten Schaltung eine Verunreinigung mit Gold auftritt, ist höchst
wahrscheinlich, da hierbei auch naßchemische Prozesse beteiligt sind. In der Regel
wird die Goldkonzenttraten auf einer Siliciumscheibe so groß sein daß dadurch Effekte,
die von anderen Schwermetallen herrühren, überdeckt werden. Es ist daher die vordringlichste
Aufgabe zunächst die Goldverunreinigung zu beseitigen. Gerade dies erweist sich
wegen der edlen Natur des Goldes als sehr schwierig. Die Entfernung weniger edler
Metalle, die hier nicht behandelt werden soll, erscheint demgegenüber leicht.
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Es ist z.B. nicht damit getan, hochreine Lösungen zu verwenden, die
Gold angreifen. Eine solche Lösung steht in Königswasser zur Verfügung. Bei geringen
Ansprüchen wird Königswasser mit einiger Aussicht auf Erfolg angewendet.
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Aber bei höheren Ansprüchen ist diese Methode nicht mehr ausreichend.
Untersuchungen mit radioaktiv markiertem Gold
haben ergeben, daß
nur Lösungen, die außer Gold auch Silicium angreifen, in der Lage sind, Gold von
Siliciumoberflächen wirksam zu entfernen. Einige der bekannten Xtzlösungen für Silicium
wirken in dieser Richtung jedoch ist der Abtrag von Silicium im Bereich von/um/min
sehr groß.
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So ist z.B. aus der DE-OS 25 38 450 ein Verfahren zum Ätzen von Schichten
aus polykristallinem Silicium unter Verwendung eines in demineralisiertem Wasser
gelösten Ätzmittels bekannt, welches zumindest ein Oxidationsmittel und einen Oxidationslöser
enthält. Als Oxidationsmittel wird hierbei Jod und als Oxidationslöser ein Fluorid
verwendet.
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Bei der Anwendung von Reinigungs- und Ätzlösungen in der Halbleitertechnologie
besteht nun aber das Problem, daß nur eine Entfernung des Goldes und keine zusätzliche
Ätzung der Siliciumoberläche erwünscht ist, weil dadurch ein Abtrag bereits dotierter
Schichten (z.B. Epitaxie-Schichten) erfolgen kann.
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Der Erfindung lag daher dir Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben,
das zwar Gold von Siliciumoberflächen entfernt, jedoch Silicium nur unwesentlich
angreift.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine wässrige
Lösung verwendet wird, welche zumindest 5 bis 10 g/l elementares Jod, 5 bis 10 g/l
Jodid und 10 bis 30 g/l Fluorid enthält.
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Die hier verwendete Lösung entspricht qualitativ weitgehend der Lösung,
welche zum Ätzen von polykristallinen Siliciumschichten gemäß DE-OS 25 38 450 verwendet
wird.
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tlberraschenderweise hat sich jedoch herausgestellt, daß in
einem
bestimmten Eonzentrationsbereich Gold von Silicium entfernt werden kann,ohae daß
das Silicium selbst nennenswert angegriffen wird. Die Ätzrate für Silicium ist besonders
stark von der Fluoridkonzentration in der Lösung abhängig. In der Figurjist die
Abhangigkeit der Ätzrate r und des Dekontaminationsfaktors DF für Gold gegen die
Ammoniumfluoridkonzentration in der Lösung aufgetragen.
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Bei geringen NH4F-Gehalten ist der Siliciumabtrag gering, steigt jedoch
ab einer bestimmten KH4F-Eonzentration stark an und bleibt bei noch höheren NH4F-Konzentrationen
konstant. in diesem Bereich arbeitet die in der DE-OS 25 38 450 beschriebene Lösung.
Sie ist demnach als reine Ätzlösung anzusprechen. Der Dekontaminationafaktor stellt
den Anteil an zurückbleibendem im Verhältnis zum ursprünglich vorhandenen Gold auf
der Si-Oberfläche dar. Der Zahlenwert für DF sollte möglichst klein sein, um eine
gute Reinigung zu erzielen. Bei geringen Fluorid-Konzentrationen ist die Reinigungswirkung
gering, sie nimmt aber mit steigender Fluorid-Konzentration zu. Bei hohen Fluorid-Eonzentrationen,
bei denen die Ätzrate unabhängig vom Fluoridgehalt wird, verliert die Lösung an
Reinigungswirkong. Die Lösung der gestellten Aufgabe, nämlich die forderung nach
einer maximalen EntSernung von Gold bei minimalen Siliciumabtrag zu erfüllen, kann
aus der Figur 1 abgelesen werden. Es sind dazu insbesondere NH4F-Konzentrationen
unter 30 g/l erforderlich.
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Für den Ansatz der erfindungsgemäßen Xtz- und Reinigungslösung wird
weiterhin die Erkenntnis ausgenützt, daß die Ätzrate und die Dekontamination stark
vom pH-Wert abhängen.
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Das üblicherweise eingesetzte Ammoniumfluorid zersetzt sich nach
und reagiert demgemäß je nach Alter mehr oder weniger sauer. Gemäß
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird daher der pH-Wert des eingesetzten
NH4F durch Zugabe von Ammoniak auf pH 6 bis 7 eingestellt.
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Als Ausführungsbeispiel soll folgender Ansatz dienen: 6,4 g Jod, 7,3
g Ammoniumjodid, 30 g Ammoniumfluorid, aufgefüllt mit Wasser auf 1 1.
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Das eingesetzte NH4F wurde dabei mit Ammoniak neutralisiert. Wesentlich
ist der Einsatz von elementarem Jod. Ammoniumjodid wird verwendet, um Jod in Lösung
zu halten. Der Jodidanteil muß jeweils dem Jodgehalt äquivalent sein oder ihn übersteigen,
damit alles Jod gelöst bleibt. Die Verwendung von Ammoniumsalzen ist in der Halbleitertechnologie
üblich, um keine Alkalionen einzuschleppen.
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Bei einer Behandlungszeit von 10 min lassen sich mit dieser Lösung
folgende Werte erreichen: Ätzrate von Silicium < 1 nm/min, Abnahme der Goldbelegung
auf das 10 3fache.
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Bei der Beurteilung der Dekontamination ist zu berücksichtigen, daß
bereits die Ausgangsbelegung von Gold auf der Oberfläche der Si-Scheiben mit 1012
bis 1013cm2 sehr niedrig ist.