DE4132561C2

DE4132561C2 - Verfahren zur plasmaunterstützten Scheibenreinigung bei der Herstellung integrierter Halbleiterschaltungen

Info

Publication number: DE4132561C2
Application number: DE19914132561
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl Ing Steinhardt; Konrad Dipl Phys Dr Hieber; Egon Dipl Phys Dr Busmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 1991-09-30
Filing date: 1991-09-30
Publication date: 1994-08-18
Anticipated expiration: 2011-10-01
Also published as: DE4132561A1

Description

Verfahren zur plasmaunterstützten Scheibenreinigung bei der Herstellung integrierter Halbleiterschaltungen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur plasmaunterstützten Scheibenreinigung bei der Herstellung integrierter Halbleiter schaltungen, bei dem Reinigungsgase räumlich getrennt von einer Reaktionskammer durch eine mikrowellenenergiegespeiste Plasmagasentladung angeregt werden.

Ein derartiges Verfahren ist aus "Remote Plasma Removal of Metallic Impurities from Silicon Surfaces", D. Frystak, J. Ruzyllo, Proc. 7th Symp. on Plasma Proc ECS 1988, S. 125-136, bekannt. Allgemein wird zum Stand der plasmaunterstützten Scheibenreinigungstechnik auf "Issues in Dry Cleaning of Si licon Wafers, J. Ruzyllo, Solid State Technology, March 1990, pp. S. 1-S. 4, hingewiesen.

Die Entwicklungsfortschritte bei der Erhöhung der Chipintegra tionsdichte haben die Anforderungen an die Einzelprozesse und Prozeß folgen ständig verschärft. Besonders im Zusammenhang mit der Schicht- und Ätztechnik, zwei grundlegenden Prozessen, die in der Prozeßfolge zur Herstellung von hochintegrierten Schaltungen, beispielsweise aus Siliziumsubstraten, immer wie der verwendet werden, macht sich zunehmend eine verstärkte Notwendigkeit von hocheffektiven und fertigungstauglichen Reinigungsschritten bemerkbar. Generell muß - meistens nach dem Entfernen (Strippen) einer Photolackmaske - vor jeder Schicht abscheidung oder thermischen Schichterzeugung die Entfernung von organischen und anorganischen, insbesondere metallischen Verunreinigungen und, in besonders kritischen Fällen, auch die Entfernung einer natürlichen Siliziumpassivierung ("native oxide") in Betracht gezogen werden. Der eigentliche chemisch physikalische Reinigungsprozeß wird beim Einsatz im techni schen Maßstab noch durch zusätzliche Anforderungen und Fol geprobleme, insbesondere eine unerwünschte Aufrauhung sowie Aktivierung der Scheibenoberfläche, erschwert.

Bisher wurden entweder naßchemische Reinigungsverfahren oder eine Gasphasenreinigung, bzw. eine Kombination der beiden Methoden eingesetzt. Neuerdings besteht in der Halbleitertech nologie aus mehreren Gründen ein Trend hin zum ausschließli chen Einsatz einer - trockenen - Gasphasenreinigung.

Zum einen ist die Reinheit der Gase um Größenordnungen besser als die der Flüssigkeiten und der Austausch von Substanzen in tiefen und engen Submikrometer-Strukturen (Trenches) ist auch nur in der Gasphase hinreichend gesichert. Tatsächlich ist es, beispielsweise anschließend an einen Plasmaätzprozeß, oftmals notwendig, auch tiefer sitzende Verunreinigungen zu besei tigen.

Grundsätzlich ist eine Scheibenreinigung möglichst unmittelbar vor der Schichtaufbringung anzustreben. Bei einer naßchemi schen Reinigung ist ein Kontakt des häufig äußerst reaktiven Materials der Scheibenoberflächen mit der Atmosphäre unver meidbar. Nur bei einer Gasphasenreinigung besteht die Möglich keit, daß Reinigung und Schichterzeugung in einer integrierten Prozeßfolge (in situ) ohne Unterbrechung des Vakuums ablau fen, wodurch die zuvor erwähnte enge Zeitkopplung entfallen kann. Gegen naßchemische Verfahren spricht vor allem auch, daß dabei nach Trocknung der Scheiben entweder eine dünne, während des Reinigungsprozesses gebildete Oxidschicht, oder aber eine aktive Oberfläche verbleibt. Letztere neigt zur unerwünschten Adsorption von Fremdstoffen und Partikeln aus der Umgebung.

Auch die Gasphasenreinigung ist jedoch aus verschiedenen Grün den nicht völlig zufriedenstellend. So entstehen beispiels weise bei der Fluorwasserstoff-Dampfreinigung wiederum Flüs sigkeiten als Reaktionsprodukt. Außerdem bedarf es einer aus reichenden Energiezufuhr, um die Gasphasenreaktion anzuregen und auszulösen. Um das Scheibenmaterial vor zu hoher Tempera turbelastung zu schützen, erfolgt die Anregung heute meistens nicht (rein) thermisch, sondern durch ein Plasma. Der damit einhergehende Ionenbeschuß bringt jedoch, ähnlich wie eine übrigens auch hier auftretende thermische Belastung, eine Schädigung der Scheibenoberfläche mit sich, die auch in Kenntnis des beispielsweise aus J. Appl. Phys. 50 (5), May 1979, Seiten 3189-3196, bekannten, verbesserten Ätzeffekts nicht akzeptabel ist.

Eine bekannte Lösung der zuletzt genannten Schwierigkeit besteht in der Anwendung einer "Downstream"-Plasmareinigung, bei der die Anregung der Reinigungsgase in einer Plasmakammer räumlich getrennt von der eigentlichen Reaktionskammer er folgt. Auch dabei bleibt jedoch das Problem der Aufrauhung der Scheibenoberfläche vor allem in der Nähe metallischer Verunreinigungen ungelöst.

Aus der DE 41 07 329 A1 ist auch ein Elektronencyclotronresonanz (ECR)-Verfahren und Gerät zum Reinigen von Halbleitereinrichtungen bekannt geworden, bei dem die Anregung der Reinigungsgase unmittelbar benachbart, also nicht vollständig räumlich getrennt von der Reaktionskammer, wie es für das "Downstrem"-Verfahren typisch ist, erfolgt. Das bekannte primär auf die Umwandlung von Schichten durch Beschuß mit hochenergetischen Ionen abzielende Verfahren erwähnt zwar auch eine mögliche Entfernung unter Verwendung von Hilfsgasen, die aber offenbar nicht zur chemischen Umsetzung der zu entfernenden Substanzen beitragen, die ausschließlich durch die reaktiven Ionen angeregt wird. Mit dem bekannten Verfahren ist es von vorneherein unmöglich, aus den Hilfsgasen molekulare Zwischenprodukte für die Umsetzung in ausreichender Dichte entstehen zu lassen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber den genannten Nachteilen verbessertes Verfahren anzugeben.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß eine sehr inten sive Mikrowellenanregung verwendet wird, um aus Halogeniden und reaktionsfähigen Edelgasen hochangeregte Zwischenprodukte in großer Dichte zu erzeugen, die der Reaktionskammer zugeleitet werden und die dort sowohl die von den zu reinigenden Scheiben zu entfernenden organischen Substanzen als auch Oxidschichten sowie metallische Verunreinigungen in flüchtige Verbindungen umsetzen.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprü chen. Im folgenden wird die Erfindung, u. a. anhand zweier Aus führungsbeispiele, noch näher erläutert.

Im Gegensatz zu bekannten plasmaunterstützten Reinigungsver fahren mit externer Mikrowellenanregung werden beim erfindungs gemäßen Verfahren mittels einer besonders geeigneten Mikrowel lenanregung für die Reinigung ausgewählte angeregte Substan zen, die nicht notwendigerweise über längere Zeit stabil sein müssen, erst erzeugt, um die gewünschten Effekte zu erzielen. Überflüssige bzw. unerwünschte Nebenprodukte werden dadurch vermieden. Besonders vorteilhaft für die Mikrowellenanregung ist ein spezielles Verfahren, zu dem wir auf das am gleichen Tag wie die vorliegende Anmeldung eingereichte Patent DE 41 32 558 C1 mit dem Titel "Verfahren zur Generierung angeregter neutraler Teilchen für Ätz- und Abscheideprozesse in der Halbleitertechnologie mit tels einer mikrowellenenergiegespeisten Plasmaentladung" hin weisen, die hiermit in die Offenbarung einbezogen wird. Mit dem zitierten speziellen Verfahren können mit hohem Wir kungsgrad hochangeregte Moleküle oder Atome in großer Dichte erzeugt werden, so daß also etwa 50% oder mehr aller vorhandenen Gasmoleküle angeregt sind.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die Mikrowellenentladung eingesetzt, um außerhalb der Reaktionskammer aus Halogeniden, beispielsweise Chlor und/oder Fluor und aus reaktionsfähigen Edelgasen, beispielsweise Krypton oder Xenon angeregte Zwi schenprodukte (z. B. XeF_2n, n = 1, 2, 3; XeCl₂; ClF etc.) zu erzeugen, die sowohl organische Substanzen als auch Oxid schichten sowie metallische Verunreinigungen in flüchtige Verbindungen umsetzen. Diese können anschließend ohne weiteres mittels einer Pumpe aus der Reaktionskammer abgesaugt werden. Metastabile Anregungszustände der Edelgase erleichtern dabei die Desorption, also das Ablösen von der Oberfläche, der flüch tigen Reaktionsprodukte.

Es ist vorteilhaft, den anzuregenden Reinigungsgasen Silizium tetrachlorid (SiCl₄) beizumischen. Dadurch wird einerseits die Bildung der Edelgasdichloride gefördert und andererseits die Aufrauhung der zu reinigenden Scheibenoberfläche behindert, indem die Konzentration der Reaktionsprodukte, beispielsweise Silizium- Halogenide, erhöht wird. Zur Erzeugung der gewünsch ten Zwischenprodukte ist eine besonders intensive Mikrowellen entladung notwendig.

Gemäß der Erfindung kann eine plasmaunterstützte Silizium scheibenreinigung insbesondere des "native Oxide" z. B. nach der Reaktionsgleichung

2 XeF₆+ SiO₂-< 2 XeOF₄+ SiF₄

erfolgen. Metallische Verunreinigungen können dabei gemäß der Reaktionsgleichung

XeF₄+ Pt = PtF₄+ Xe

entfernt werden. Das Molverhältnis Xe:F₂ wird dabei 1:20 bzw. 1:5 gewählt. Zur Entfernung von als Fluoride nicht flüchtigen Substanzen und zur Verhinderung der Aufrauhung der zu reini genden Oberfläche kann insbesondere folgendes Gemisch vorteil haft angeregt werden:

Xe:F₂:SiCl₄= 2:1:3.

Eine weitere Verbesserung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dadurch erreicht, daß abwechselnd, in mehreren Schritten, Gasgemische und reine Edelgase angeregt werden, um die De sorption der entstehenden Halogenverbindungen zu beschleu nigen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann unschwer durch geeignete Auswahl und Zusammensetzung der Reinigungsgase auch für die insitu-Reinigung aller übrigen in der Halbleitertechnologie verwendeten Schichten eingesetzt werden, die die Oberfläche der Scheiben bilden. Erwähnt seien insbesondere Aluminiumle gierungen, Silizide (MoSi₂, TiSi₂, WSi₂, TaSi₂, CoSi₂, PtSi, NiSi etc. ) Oxidschichten, Silizium- und Bornitridschichten, Galliumarsenid und SiC-Schichten.

Claims

1. Verfahren zur plasmaunterstützten Scheibenreinigung bei der Herstellung integrierter Halbleiterschaltungen, bei dem Reinigungsgase räumlich getrennt von einer Reaktionskammer durch eine mikrowellenenergiegespeiste Plasmagasentladung angeregt werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine sehr intensive Mikrowellenanregung verwendet wird, um aus Halogeniden und reaktionsfähigen Edelgasen angeregte Zwischenprodukte in großer Dichte zu erzeugen, die der Reaktionskammer zugeleitet werden und dort die von den zu reinigenden Scheiben zu entfernenden organischen Substanzen als auch Oxidschichten sowie metallische Verunreinigungen in flüchtige Verbindungen umsetzen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den anzuregenden Reinigungsgasen Siliziumtetrachlorid (SiCl₄) beigemischt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibenreinigung in mehreren Schritten durchgeführt wird, wobei abwechselnd Gasgemische und reine Edelgase ange regt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Halogenide Chlorgas (Cl₂) und/oder Fluorgas (F₂) und als reaktionsfähige Edelgase Krypton oder Xenon verwendet werden.