DE2709802A1

DE2709802A1 - Verfahren zur entfernung von bei ionenimplantationsprozessen in halbleitersystemen entstehenden verunreinigungen

Info

Publication number: DE2709802A1
Application number: DE19772709802
Authority: DE
Inventors: Hans Dr Phil Glawischnig; Ernst Haas; Roland Hofmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-03-07
Filing date: 1977-03-07
Publication date: 1978-09-14

Description

Verfahren zur Entfernung von bei Ionenimplantationsprozessen in
Haibleitersystemen entstehenden Verunreinigungen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von bei Ionenimplantationsprozessen in Halbleitersystemen entstehenden Verunreinigungen.
Bei mit Ionenimplantationsprozessen dotierten Halbleiterbauelementen wurde festgestellt, daß die Bauelemente störende Verunreinigungen enthalten, obwohl anzunehmen wäre, daß sie nach einem Ionenimplantationsprozeß nur die gewünschten Dotierungsstoffe enthalten, weil eine Ionenimplantationsanlage eine scharfe Isotopentrennung gewährleistet. Wird beispielsweise das System eines Halbleiterbauelementes mit 311 dotiert, so trennt die Anlage dieses Isotop scharf, d. h., es wäre zu erwarten, daß nur dieses Isotop in das Halbleitersystem gelangt.
Der Erfindung zugrundeliegende Untersuchungen haben jedoch gezeigt, daß von Komponenten der Ionenimplantationsanlage, beispielsweise von 31 enden Material abgesputtert wird und mit dem gewünschten Dotierungsstoff in das Halbleitersystem gelangt.
Verwendet man als Material fisr solche Blenden Stahl, wie dies bisher üblich war, so gelangt mit dem Dotierungsmaterial Eisen in das Halbleitersystem. Dies ist insbesondere nachteilig, weil Eisen zu einer "Vergiftung" und damit zu einer schwerwiegenden Beeinträchtigung der gevtinschten elektrischen Parameter eines Bauelementes führt.
Es hat sich weiterhin gezeigt, daß bei unterschiedlichen Dotierungsprozessen, die nacheinander in einer lonenimplantationsanlage durchgeführt werden, von vorangehenden Dotierungsprozessen in einer nachfolgenden dotierten Zone Verunreinigungen (sogenannte Cross-Contaminations) vorhanden sind.
Weiterhin haben nun der Erfindung zugrundeliegende Untersuchungen gezeigt, daß die genannten Verunreinigungen bezogen auf die Gesamtdicke einer durch Ionenimplantation erzeugten dotierten Schicht bezogen auf die Oberfläche, von der her die Ionenimplantation durchgeführt wurde, in einer dünnen, oberflächennahen Schicht konzentriert sind.
Zur Vermeidung der sich durch die genannten Verunreinigungen ergebenden Schwierigkeiten wird gemäß der Erfindung bei einem Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, daß von den Halbleitersystemen eine oberflächennahe Schicht durch Ätzen abgetragen wird.
Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt: Fig. 1 ein Halbleitersystem, bei dem in einem Halbleitersubstrat eines Leitungstyps mittels der bei der Planartechnik üblichen Maskierung durch lonenimplantatlon eine Zone des anderen Leitungstyps hergestellt ist; Fig. 2 ein der Fig. 1 entsprechendes System, wobei die Implantation jedoch durch eine sogenannte Streuoxidschicht erfolgt ist.
Gemäß der schematischen Darstellung nach Pig. 1 besitzt ein Halbleitersystem 1 ein Substrat 2 des einen Leitungstyps (beispielsweise n) mit einer auf einer Oberfläche befindlichen maskierenden Oxidschicht, welche ein Fenster 3' aufweist, durch das ein Dotierungsstoff mittels Ionenimplantation in das Substrat 2 eingebracht wird. Durch den Ionenimplantationsprozeß entsteht eine Zone 4 des anderen Leitungstyps (beispielsweise p). Wie oben bereits ausgeführt, ist für einen Ionenimplantationsprozeß charakteristisch, daß etwaige Verunreinigungen der beschriebenen Art in einer oberflächennahen Schicht 4' konzentriert sind, welche in Fig. 1 durch Punkte kenntlich gemacht ist.
Zur Entfernung dieser Verunreinigung kann nun das Halbleitersubstrat innerhalb des Fensters 3' bis zu einer Tiefe der Schicht 4' abgeätzt werden. Um bei einem System nach Fig. 1 das maskierende Oxid durch den Ätzvorgang nicht anzugreifen, erfolgt die Ätzung vorzugsweise in Form einer Plasmaätzung, Ionenstrahlätzung oder Sputterätzung, wodurch das Substratmaterial, nicht aber das maskierte Oxid angegriffen wird.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann das Substrat im Bereich der die Verunreinigungen enthaltenden Schicht 4' auch durch einen anodischen Oxidationsprozeß in ein Oxid überführt werden, wonach dann eine Abätzung des Oxids erfolgt. Dabei wird zwar auch das maskierende Oxid einem Ätzangriff unterworfen. Dies kann aber zugelassen werden, weil nur eine dünne Schicht abgetragen wird. Das Maskieroxid ist in der Regel so dick, daß seine maskierenden und/oder passivierenden Eigenschaften nicht wesentlich beeinträchtigt werden.
Wie der Erfindung zugrundeliegende Untersuchungen insbesondere gezeigt haben, liegt die Dicke der die Verunreinigungen enthaltenden oberflächennahen Schicht 4' in der Größenordnung von 10 % der Dicke der durch einen Ionenimplantationsprozeß dotierten Zone 4. Der Ätzabtrag erfolgt daher vorzugsweise bis in eine Tiefe, die etwa 10 % der Tiefe der dotierten Zone entspricht.
Da die Tiefe der dotierten Zone eine vorgegebene bekannte Größe ist, kann damit auch die Ätztiefe genau festgelegt werden. Damit ist gewährleistet, daß von der dotierten Zone nicht so viel abgetragen wird, daß die gewünschten elektrischen Eigenschaften des Bauelementes nicht nachteilig beeinflußt werden.
Bei der Ionenimplantation ist es aus Gründen einer gleichmäßigen Verteilung des Dotierungsstoffes in einer dotierten Zone zweckmäßig, die Implantation durch eine sogenannte Streuoxidschicht durchzuführen, welche gegenüber der maskierenden Oxidschicht eine solche geringere Dicke besitzt, daß die zu implantierenden Ionen sie durchdringen können.
Eine solche Ausgestaltung ist in Fig. 2 dargestellt, in der gleiche Teile wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Bei dem System nach Fig. 2 ist im Fenster 3' der maskierenden Oxidschicht 3 eine Streuoxidschicht 6 der genannten Art vorgesehen, durch welche die Implantation zur Herstellung der Zone 4 erfolgt.
Bei dieser Ausführungsform befinden sich Verunreinigungen der eingangs genannten Art in einer oberflächennahen Schicht 7 in gesamten Oxid, welche in Fig. 2 durch eine gestrichelte Linie abgegrenzt ist. In diesem Fall ist es ebenfalls möglich, die Verunreinigung durch eine Ätzabtragung mittels eines das gesamte Oxid angreifenden Ätzmittels, beispielsweise Flußsäure abzutragen, wobei die gesamte oberflächennahe Schicht 7 abgetragen wird.
Es ist selbstverständlich auch möglich, Halbleiterscheiben ohne Oxidbelegung auf die genannte Weise von oberflächennahen verunreinigten Schichten zu befreien. Da dabei auf einen ätzangriff eines Oxids keine Rücksicht genommen werden muß, kann dies in einfacher Weise auch durch ein Ätzen mittels Flußsäure erfolgen.
Im Folgenden werden zwei Beispiele für das erfindungsgemäße Verfahren angegeben.
BeisPiel I Es sei eine Implantation mit As+ von 1 ~ 1O1o Atomen/cm2 bei einer Implantation von 100 keV erfolgt. Zur Abtragung von verunreinigten oberflächennahen Schichten erfolgt eine Ätzung in hochreiner 5 ~aber Flußsäure bei 900 und ein Nachwaschen in hochreiner konzentrierter HN03. Das Reinigungsverfahren wird für die Dauer von einer Stunde durchgeführt. Der Abtrag von Verunreinigungen der eingangs genannten Art ist größer als ein Faktor 10, während der Abtrag der implantierten Schicht kleiner als 1 % ist. Der Ätzabtrag beträgt 100 bis 150 i.
BeisDiel II Der Abtrag von verunreinigten Schichten erfolgt durch anodische Oxidation in 0,04 nKN03 in ZJ-~;ethylacetamid bei einer Gleichspannung von 25 Volt und einem Gleichstrom von ca. 1,5 mA. Die Oxydierungsdauer beträgt 20 Minuten bei einer Temperatur von 40°C.
Das so entstandene Oxid wird mit 5 Xiger hochreiner HNO3 abgeätzt, wonach ein Nachwaschen in hochreiner konzentrierter Hin03 erfolgt. Der Ätzabtrag beträgt 100 bis 150 i. Auch dabei ist der Abtrag von Verunreinigungen der eingangs genannten Art größer als ein Faktor 10, während der Abtrag der implantierten Schicht kleiner als 1% ist.
2 Figuren 5 Patentansprüche

Claims

Patentansnrüche 1.)!Verfahren zur 3entfernung von bei Ionenimplantationsprozessen in Haibleitersystemen entstehenden Verunreinigungen, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß vom Halbleitersystem eine oberflächennahe Schicht durch Ätzen abgetragen wird.
2.) Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß bei durch Irnplantationsprozesse erzeugten Zonen die Ätzabtragung bis in eine Tiefe von etwa 10 ffi der Dicke der dotierten Zone erfolgt.
3.) Verfahren nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Ätzabtragung in Flußsäure erfolgt.
4.) Verfahren nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Ätzabtragung durch anodische Oxidation der abzutragenden Schicht und nachfolgender Behandlung mit Plußsäure erfolgt.
5.) Verfahren nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Abtragung durch Plasma-, Ionenstrahl- oder Sputterätzen erfolgt.