DE2822901C2

DE2822901C2 - Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen

Info

Publication number: DE2822901C2
Application number: DE2822901A
Authority: DE
Inventors: Ronald Monroe Rochester N.Y. Gluck
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1977-05-27
Filing date: 1978-05-26
Publication date: 1983-04-07
Also published as: GB1601765A; JPS5713136B2; HK10282A; CA1093217A; JPS53148273A; FR2392496B1; US4159917A; NL7805712A; DE2822901A1; FR2392496A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen, bei dem die Halbleiterbauelemente während mindestens einer Verfahrensstufe einer Gasatmosphäre hoher Temperatur und vor dieser Verfahrensstufe einem Reinigungsgas aus einer Chlorwasserstoff enthaltenden Gasmischung sowie einem Trägergas ausgesetzt werden.

Ein solches Verfahren ist aus der US-PS 35 56 879 bekannt.

Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen, beispielsweise integrierter Silizium-Halbleiterschaltungen und ladungsgekoppelter Halbleiterbauelemente, ist es erforderlich, daß eine Ablagerung von Verunreinigungen in Form von Fremdatomen auf der Oberfläche der Halbleiterscheibe dieser Bauelemente verhindert wird. Fremdatome in Form von Kupfer, Eisen und Gold machen besondere Schwierigkeiten, da sie für Ladungsträger zu unerwünschten Fangstellen an der Halbleiteroberfläche führen und unter Bildung von Störquellen in die Siliziummasse diffundieren können, was die Funktion der Halbleiterbauelemente in nachteiliger Weise beeinflußt.

Zusätzlich zu den Fremdatomen, welche in den Ausgangsmaterialien vorhanden sind, werden notwendigerweise bei der Herstellung noch weitere Fremdatome oder Störstoffe in Form von Verunreinigungen hinzugefügt. Deshalb wird bekanntlich nicht nur versucht, von Anfang an die Verunreinigungen durch Fremdatome gering zu halten, sondern auch Fremdatome während verschiedener Verfahrensstufen bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen durch Gettern zu entfernen. Üblicherweise geht man bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen von einer Halbleiterscheibe aus Silizium aus. In verschiedenen Verfahrensstufen werden eine thermische Diffusion von Dotierungsmaterial in das Silizium oder das thermische Waschen einer Oxidschicht über bestimmten Bereichen der Siliziumscheibe ausgeführt.

Vor jedem thermischen Verfahrensschritt, welcher in eiiier Gasatmosphäre innerhalb eines Hochtemperaturofens stattfindet, ist es üblich, die Siliziumscheibe zu reinigen. Dies geschieht bekanntlich meist durch Eintauchen der Siliziumscheibe in eine verdünnte Lösung aus Ammoniumhydroxid und Wasserstoffperoxid für 20 Minuten bei einer Temperatur von 80 Grad Celsius; danach wird die Siliziumscheibe mit destilliertem Wasser gespült; im Anschluß daran wird die Siliziumscheibe in eine Lösung aus Wasserstoffperoxid und Chlorwasserstoffsäure (Salzsäure) für 20 Minuten bei einer Temperatur von 80 Grad Celsius getaucht, um dann schließlich wiederum mit destilliertem Wasser gespült zu werden. Ein derartiges Reinigungsverfahren ist z. B. in der Zeitschrift »RCA Review«, Band 31, Nr. 2, ίο Juni 1970, Seiten 187 bis 206 beschrieben. Dieses bekannte Reinigungsverfahren entfernt zwar Spuren von Verunreinigungen in Form von Fremdatomen von Siliziumscheiben, es arbeitet jedoch nicht zur vollen Zufriedenheit, vor allem infolge der Notwendigkeit, daß man bei der Behandlung der Siliziumscheiben mit wäßrigen Lösungen arbeiten muß; schließlich ist auch eine relativ lange Zeitspanne zur Reinigung der Siliziumscheibe nötig.

Die US-PS 35 56 879 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen, bei dem beispielsweise Siliziumscheiben während mindestens einer Verfahrensstufe einer Gasatmosphäre hoher Temperatur und vor dieser Verfahrensstufe einem Reinigungsgas ausgesetzt werden, das außer Stickstoff als Trägergas noch Chlorwasserstoff und in der Regel Wasserdampf enthält. Dieses Verfahren ermöglicht zwar das Gettern einiger Fremdatome, es ist jedoch relativ ungeeignet, um beispielsweise Gold von der Oberfläche von Siliziuriischeiben zu beseitigen.

Ein Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen, bei dem die Siliziumscheibe einer Gasatmosphäre geringer Temperatur, beispielsweise zwischen 26 und 33 Grad Celsius, ausgesetzt wird, weiche Stickstoffmonoxid, Fluorwasserstoff, Wasser und Sauerstoff enthält, ist in der US-PS 37 73 578 angegeben. Bei diesem Verfahren wird jedoch die Siliziumscheibe durch Ätzen gleichmäßig abgetragen, aber nicht die Siliziumoberfläche von Fremdatomen gereinigt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein «o Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen der eingangs angeführten Art unter Verwendung eines Reinigungsgases anzugeben, das gegenüber dem Stand der Technik eine verbesserte Beseitigung von Verunreinigungen in Form von Fremdatomen in kürzerer Zeit ermöglicht und insbesondere das Gettern von Gold, eine besonders schwer zu beseitigende Verunreinigung, mit großem Wirkungsgrad erlaubt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß für das Reinigungsgas eine Gasmischung aus Stickstoffmonoxid und wasserfreier Chlorwasserstoffsäure verwendet wird. Diese Gasmischung hat den Vorteil, daß die Beseitigung metallischer Verunreinigungen von der Oberfläche einer Halbleiterscheibe mit großem Wirkungsgrad möglich ist Beispielsweise konnten 99,85% des auf einer Siliziumscheibe vorhandenen Kupfers entfernt werden, wobei die Siliziumscheibe für 10 Minuten bei einer Temperatur von 1000 Grad Celsius dem Stickstoffmonoxid ausgesetzt wird. Durch die Verbindung des Stickstoffmonoxids mit der wasserfreien Chlorwasserstoffsäure läßt sich aber selbst Gold von der Oberfläche der Siliziumscheibe mit großem Wirkungsgrad entfernen. Bemerkenswert ist dabei, daß im allgemeinen weder das Stickstoffmonoxid noch die wasserfreie Chlorwasserstoffsäure für sich allein Gold in wirksamer Weise zu beseitigen vermögen, während die Gasmischung Getterungsraten zwischen 57,5% und 88,6% erbringt.
Vorzugsweise wird die Temperatur des Trägergases

zwischen 850 und 1100 Grad Celsius gewählt, wobei die besten Resultate zwischen 900 und 1000 Grad Celsius erzielbar sind.

Betrachtet man die Wirksamkeit des Reinigungsschrittes unter dem Gesichtspunkt, wie lange es dauert bis eine wirkungsvolle Reinigung erziel: ist, dann ermöglicht das Reinigungsverfahren mittels eines Reinigungsgases nach der Erfindung im allgemeinen eine Reinigung, die weniger als 5 Minuten dauert. Bei einem vorteilhaften Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Reinigungsschrittes wird mit einer Gasmischung aus Stickstoffmonoxid (Stickoxid), wasserfreier Chlorwasserstoffsäure (Salzsäure) und Stickstoff als Trägergas bei einer Temperatur von 900 Grad Celsius und einem Durchsatz von 112,5 cm³ Stickoxid, 135 cm³ Salzsäure und 2250 cm³ Stickstoff je Minute gearbeitet Bei einer Reinigungszeit von 2 Minuten konnte eine Siliziumscheibe in wirksamer Weise von Fremdatomverunreinigungen gereinigt werden; von dem schwer zu entfernenden Gold wurden etwa 60% entfernt

Eine vorteilhaft nutzbare Eigenschaft des Reinigungsschrittes ist darin zu sehen, daß bei mäßigem Durchsatz der Gaskomponenten und geringeren Temperaturen die Neigung zur Ausbildung eines unerwünschten Nitrid- oder Oxinitridüberzuges auf dem Silizium begrenzt werden kann. Wird der Reinigungsschritt beispielsweise vor der Durchführung einer Verfahrensstufe mit thermischer Oxidation einer Siliziumscheibe angewandt dann sollte möglichst die Ausbildung eines Nitrid- oder Oxinitridüberzugs auf dem Silizium verhindert werden, da ein derartiger Überzug die Ausbildung der erwünschten Oxidschicht hemmen kai.'n. Bei dem oben angeführten vorteilhaften Anwendungsbeispiel des Reinigungsschrittes wird die Ausbildung der Oxidschicht nicht gehemmt. Selbstverständlich ist es in manchen Fällen unwesentlich, ob sich ein Nitrid- oder Oxinitridüberzug während des Reinigens ausbildet. In derartigen Fällen können die Bedingungen, unter welchen der Reinigungsschritt durchgeführt wird, beispielsweise im Hinblick auf das Gettern von Gold optimiert werden. Durch Verdopplung des Durchsatzes von Stickstoffmonoxid in der oben als Beispiel angeführten Anwendung des erfindungsgemäßen Reinigungsschrittes steigt das Gettern des Goldes auf 70,5% an, wobei sich die Oxidationshemmung allerdings auch vergrößert.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Reinigungsschrittes bei der Herstellung von Siliziumhalbleiterbauelementen anhand rfer in der einzigen Figur gezeigten Einrichtungsanordnung näher erläutert. Diese Einrichtungsanordnung zur Durchführung des Reinigungsschrittes besitzt eine Quelle 10 für Stickstoffmonoxid, eine Quelle 12 für wasserfreie Chlorwasserstoffsäure (Salzsäure) und eine Quelle 14 für ein Trägergas, beispielsweise Stickstoff oder Argon. Der jeweilige Durchsatz an Stickstoffmonoxid, wasserfreier Chlorwasserstoffsäure und Trägergas ist mittels Regelventilen 16 bzw. 18 bzw. 20 einstellbar. Diese drei Gaskomponenten gelangen in eine Mischkammer 22, welche mit einem Rohrofen 24 üblicher bekannter Art verbunden ist Mit der Bezugszahl 26 bezeichnete Siliziumscheiben sind in einem innerhalb des Rohrofens 24 angeordneten Behälter 28 gestapelt wobei die Gasmischung über eine Zutrittsöffnung 30 in den Rohrofen 24 gelangt und über eine Austrittsöffnung 32 ausströmt Die Ofentemperatur ist mittels einer Temperaturregeleinrichtung 34 einstellbar. Das Gettern ist ein verhältnismäßig komplexer Vorgang, welcher aus dem Zusammenspiel der verschiedensten Größen resukiert. Einige Parameterwerte haben für die Getterwirkung stärkeren Einfluß als andere Parameterwerte. Die nachfolgende Tabelle zeigt die wichtigsten Parameterwerte. In der rechten Spalte der Tabelle ist angegeben, mit welchem Prozentsatz Gold entfernt werden kann. Die Getterungsrate von Gold wurde deshalb angeführt, weil Gold wohl die am schwierigsten zu beseitigende Verunreinigung durch Fremdatome ist.

Durchsatz cm³/min	HCl	N₂	Temperatur,	Zeit,	% Gette
NO			Grad	min	rungsrate
	67,5	2250	Celsius		für Gold
67,5	135	2250	900	2	57,5
135	67,5	2250	900	5	67,4
225	135	2250	900	2	62,8
225	270	2250	900	5	70,5
225	67,5	2250	900	5	69,9
112,5	67,5	2250	1000	5	88,6
225	135	2250	1000	1	65,0
135	135	2250	1000	1	62,9
225	1000	3	65,9

Beim Herstellen von Halbleiterbauelementen kann der beschriebene Reinigungsschritt auch einen oder mehrere Verfahrensschritte mit Naßreinigung ergänzen, ohne sie aber zu ersetzen. Hat man beispielsweise eine Siliziumscheibe in der üblichen bekannten Weise gereinigt, dann kann die Siliziumscheibe danach noch mit einem Reinigungsschritt mit Hilfe einer Gasmischung aus Stickstoffmonoxid und wasserfreier Chlorwasserstoffsäure nach einem der in der obigen Tabelle angegebenen Beispiele der Parameterwerte gereinigt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen, bei dem die Halbleiterbauelemente während mindestens einer Verfahrensstufe einer Gasatmosphäre hoher Temperatur und vor dieser Verfahrensstufe einem Reinigungsgas aus einer Chlorwasserstoff enthaltenden Gasmischung sowie einem Trägergas ausgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß für das Reinigungsgas eine Gasmischung aus Stickstoffmonoxid und wasserfreier Chlorwasserstoffsäure verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägergas Stickstoff verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Trägergases zwischen 850 und 1100 Grad Celsius gewählt wird.