DE4132561C2 - Verfahren zur plasmaunterstützten Scheibenreinigung bei der Herstellung integrierter Halbleiterschaltungen - Google Patents
Verfahren zur plasmaunterstützten Scheibenreinigung bei der Herstellung integrierter HalbleiterschaltungenInfo
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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. XeF2n, 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 (4)
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.
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