DE2018685A1 - Verfahren zum Prüfen der Vollständigkeit von Ätzvorgängen - Google Patents
Verfahren zum Prüfen der Vollständigkeit von ÄtzvorgängenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum PrUfen
von auf Halbleiterkörpern aus Silizium befindlichen Oxydschichten auf vollständig durch diese Schichten hindurchgeätzte
Durchbrüche. Infolge der fortschreitenden Verkleinerung der Abmessungen von integrierten Schaltungen
wurde die Verfahrenstechnik zu deren Herstellung immer schwieriger, die einzuhaltenden Toleranzen immer kritischer,
so daß man sich fortlaufend nach neuen verfahrenstechnischen Maßnahmen umschauen mußte, um einigermaßen annehmbare Fertigungswirkungsgrade
zu erzielen. Ein spezielles Problem bei der Herstellung von integrierten Schaltungen liegt in den
hohen Ubergangswlderständen, die bei der elektrischen
Kontaktierung zwischen den metallischen Zuleitungsmustern
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und den verschiedenen Zonen des Siliziumkörpers bei bestimmten Bauelementen häufig auftreten. Es stellte sich heraus, daß für
diese hohen Ubergangswiderstände meist unvollständig durchgeätzte
KontaktdurchbrUche oder eine sich nach vollständiger Durchätzung einstellende Rückoxydation verantwortlich zu
machen ist. Die zurückgebliebene oder zurückgebildete Siliziumoxydschicht
auf dem Silizium verhindert günstige Übergangswiderstände zwischen Metall und Silizium.
Im Rahmen der bisher in der Haltleitertechnologie benutzten Maßnahmen ist es schwierig, eine vollständige Durchätzung bei
der Herstellung von kleinen Durchbrüchen für Kontaktierungszwecke sicherzustellen. Im Gegensatz zu Aluminium vermag Platin
restliche Siliziumoxydschichten nicht zu durchdringen. Oxydschichten von der Größenordnung von 0,1 y^vmachen gute Kontakte
auf der Grundlage von Platin-Silizium-Legierungen unmöglich. Oxydschichten der genannten Dicke sind unter Benutzung normaler
optischer Hilfsmittel unsichtbar. Bei einer Verlängerung der Ätzzeiten kann man zwar eine vollkommene Durchätzung der
Epoxydschichten mit Sicherheit erreichen, es besteht dann Jedoch die Gefahr, daß die Kontaktgebiete zu groß ausfallen und daß
Kurzschlüsse, beispielsweise zwischen Emitter und Basis, auftreten
können, ^isher gab es kein geeignetes Prüfverfahren,
mittels dessen sicher entschieden werden konnte, ob der Ätzschritt vollständig abgeschlossen ist. Daher konnten ausreichend
kleine Ubergangswiderstände von Kontakten während der Produktion nicht mit Sicherheit vorausgeaagt werden· Hierzu mußte vielmehr
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die Fertigstellung des betreffenden Halbleiterbauelementes und dessen elektrische Prüfung abgewartet werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verhältnismäßig leicht durchzuführendes Verfahren anzugeben,
das eine einwandfreie Prüfung von in auf Siliziumkörpern befindlichen Oxydschichten eingebrachten Durchbrochen auf vollständige Durchätzung gestattet. Das Verfahren soll auch dann
noch eine einwandfreie Unterscheidung zwischen reinen und
oxydierten Siliziumflächen ermöglichen, wenn es sich hierbei um die Grundflächen von sehr kleinen, zum Zwecke der Kontaktierung in den Siliziumkörper eingebrachten Vertiefungen handelt.
Das die genannte Aufgabe lösende Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß der zu prüfende Halbleiterkörper mindestens auf
den Taupunkt des PrüfmitteIs abgekühlt, daß als solches ein
feuchter Dampfstrahl auf die Oberfläche des zu prüfenden Halbleiterkörpers geblasen wird und daß mittels eines Mikroskopeε |
die sich auf der angeblasenen Oberfläche bildenden verschiedenen Kondensationstypen beobachtet werden.
Das genannte Prüfverfahren geht von der Tatsache aus, daß eine reine Siliziumoberfläche direkt nach vollendeter Atzung
hydrophob, dahingegen jedoch eine mit Oxydbestandteilen bedeckte Siliziumoberfläche hydrophil 1st. Wird ein feuchtes Gas auf die
Oberfläche eines Siliziumkörpers geleitet und wird der Silizium-
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körper auf einer ausreichend tiefen Temperatur gehalten« so
findet eine Kondensation von diskreten Tröpfchen des im Gasstrom enthaltenen Wassers auf der Oberfläche des Siliziumkörpers
statt, sofern es sich um eine reine Siliziumoberfläche handelt. Die Kondensation auf einer Siliziumoberfläche, die eine wenn
auch äußerst dünne Oxydschicht aufweist, findet in Form einer gleichförmig die Oberfläche bedeckenden Flüssigkeitsschicht
statt. Zur praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung benötigt man lediglich ein Mikroskop in Verbindung mit einer
Kühlvorrichtung für den zu prüfenden Halbleiterkörper und eine Vorrichtung, die es gestattet, ein Wasser enthaltendes Gas auf
die Halbleiteroberfläche zu blasen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Beobachtung zugrunde, daß
Silizium und Siliziumdioxyd bzw. Siliziumoxyd verschiedene Affinitäten für Wasser bei dessen Kondensation auf ihrer Oberfläche
aufweisen. So ist z.B. Silizium hydrophob, d.h. es besitzt keine starke Affinität für Wasser, während Siliziumdioxyd
wegen seiner starken Affinität hydrophobe Eigenschaften aufweist. Dieses verschiedenartige Verhalten wird erfindungsgemäß
als Unterscheidungskriterium dafür angewandt, ob im Verlaufe einer ProzessfUhrung zur Herstellung von Halbleiterbauelementen
Vertiefungen, die durch Ätzen in die den Siliziumkörper schützenden Oxydschichten eingebracht wurden, auch wirklich
durchgeätzt sind, d.h. ob sich auf dem Grunde d4r Vertiefungen
bereits reines Silizium oder noch Restbestandteile
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von Siliziumoxyd befinden. Diese können einmal davon herrühren«
daß die Durchätz"ung nicht vollständig erfolgt ist. Andererseits können sich derartige Oxydschichten auch bei an sich vollständiger
Durchätzung durch ReOxydation bilden.
Bei der Herstellung eines Halbleiterbauelementes kann die
Vollständigkeit eines Ätzprozesses dadurch nachgewiesen werdän, daß man das zu prüfende Halbleiterbauelement trocknet, abkühlt g
und dessen Oberfläche mittels eines feuchten Oasstromes anbläst· Ist der Ätzprozess vollständig durchgeführt, so ergeben sich auf
der Oberfläche des Bauelementes zwei verschiedene Typen der Flüssigkeitskondensation. Auf den Bereichen, auf welchen die
Vorrichtung noch Siliziumdioxydrüokstände trägt, wird das kondensiereade Wasser die Oberfläche Völlig benetzen und eine
dünne Flüssigkeitsschlcht auf dieser bilden. An denjenigen
flächenhaften Bereichen des Halbleiterbauelementes jedoch, an denen durch den Ätzvorgang reines Silizium freigelegt wurde,
wird die Feuchtigkeit in Form von kleinen, perlartigen Tropfen ™
kondensieren. Diese unterschiedlichen Kondensationstypen können
leicht durch die Betrachtung mittels eines Mikroskopes auch von
ungeübtem Personal unterschieden werden.
Weiterhin ist zusätzlich die Feststellung möglich, ob das Halbleiterbauelement
völlig rein ist und keine zusätzlichen Verunreinigung durch das Ätzmittel selbst erlitten hat. Sorgt man
dafür, daß auch die Ätzlösung hydrophobes Verhalten aufweist,
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so wird die gesamte Oberfläche den tropfenartigen Kondensationstyp aufweisen« wodurch erwiesen 1st» daß das Halbleiterbauelement noch mit Ätzlöaung verunreinigt ist· Der laufende Verfahrens schritt ist in diesem Falle erst dann als einwandfrei
durchgeführt zu betrachten, wenn beide obengenannte Kondensationstypen in den entsprechenden,'hierfür charakteristischen
Flächenbe reichen beobachtet werden· Ist die Durchätzung von Kontaktdurchbrtlchen unvollständig oder befinden sich in diesen
noch Rückstände der Atzlösung, so wird über die gesamte Oberfläche hinweg die^ gleiche Form von tropfenförmiger Kondensation bemerkt werden·
Zur Durchführung des Prüfverfahrens nach der vorliegenden Erfindung genügt die Bereitstellung eines Mikroskopes zusammen
mit einer Haltevorrichtung für das zu prüfende Halbleiterbauelement, die vorzugsweise mit einer thermoelektrischeη Kühlvorrichtung kombiniert ist, mit denen dieses mindestens auf
den Taupunkt des für den Prüfvorgang benutzten feuchten Gases abgekühlt werden kann. Weiterhin muß eine Vorrichtung vorhanden
sein zum Anblasen der Oberfläche des zu prüfenden Halbleiterbauelementes. Wie bereits erwähnt, beruht der Grundgedanke der
vorliegenden Erfindung auf der beobachteten Verschiedenheit der Affinitäten gegenüber kondensierendem Wasser· Deshalb kann
grundsätzlich jeder Dampf zur Durchführung des Prüfverfahrens nach der Erfindung benutzt werden. Bei der Herstellung von
Halbleiterbauelementen ist es jedoch bekanntlich wichtig, daß
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diese während aller Verfahrensschritte frei von Verunreinigungen
bleiben und daß die benutzten Dämpfe nicht mit dem Halbleitermaterial, insbesondere unter Bildung von Oxyden reagieren. Aus
diesem Grunde ist es vorzuziehen« als Dampf Stickstoff zu benutzen, der z.B. über einer siedenden Stickstoffoberfläche
verfUgbar ist und diesen Dampf durch entionisiertes und/oder destilliertes Wasser hindurchzuleiten· Weiterhin kann im Rahmen
der gleichen Prüfvorrichtung eine Quelle trockenen Stickstoffs dazu benutzt werden, das zu prüfende Halbleiterbauelement zu
trocknen, wobei dieser Schritt sowohl vor der eigentlichen Prüfung und nach dieser ausgeführt werden kann. Das gesamte
Prüfverfahren umfasst die Verfahrensschritte des Kühlens des zu prüfenden Halbleiterbauelementes unter gleichzeitigem Anblasen mit einem feuchten Gasstrom und gleichzeitiger Beobachtung durch das Mikroskop und dem weiteren Verfahrens schritt
der Trocknung des geprüften Halbleiterbauelementes mit festem
Stickstoff. Nach Abkühlung des zu prüfenden Halbleiterbauelementes auf eine Temperatur unterhalb dem Taupunkt des dampf- ^
förmigen Stickstoffs, wird feuchter Stickstoff auf die Oberfläche des Haibleiterbauelementes geblasen. Da reines Silizium
hydrophob, eine oxydierte Siliziumoberfläche, wie sie beispielsweise bei nichtvollständiger Durchätzung auftritt, hydrophil
ist, kann ein Halbleiterbauelement dann als annehmbar angesehen werden, wenn diskrete Wassertröpfchen zu der gewünschten reinen
Siliziumoberfläche ae Qrunde der Durchbrüche beobachtet werden.
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Claims (4)
1. Verfahren zum Prüfen von auf Halbleiterkörpern aus
Silizium befindlichen Oxydschichten auf vollständig durch die Oxydschicht hindurchgeätzte, z.B. zum Zwecke
der Kontaktierung in diese eingebrachte Durchbrüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zu prüfende Halbleiterkörper
mindestens auf den Taupunkt des Prüfmittels abgekühlt, daß als solches ein feuchter Dampfstrahl auf die
Oberfläche des zu prüfenden Halbleiterkörpers geblasen wird und daß mittels eines Mikroskopes die sich auf der
angeblasenen Oberfläche bildenden verschiedenen Kondensationstypen beobachtet werden·
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als
Prüfmittel ein Stickstoff dampfstrahl benützt wird, der
durch einen Behälter mit entionisiertem und/oder destilliertem Wasser hindurchgeleitet wurde.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Ätzmittel mit hydrophobem Verhalten benutzt wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Ätzmittel mit hydrophilem Verhalten benutzt
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wird« derart, daß beide unterschiedliche Kondensationstypen des Wassers erst nach vollständiger Entfernung der
Atzraittelreste beobachtet werden können.
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