RU2565380C2 - Method for surface treatment of epitaxial silicon wafers to form active regions - Google Patents

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to power silicon transistors, in particular, to surface treatment of epitaxial silicon wafers to remove any type of soiling and form active regions. The epitaxial silicon wafer treatment comprises a two-step cleaning process in two baths with different solutions: the first bath contains a "CARO" solution, comprising sulphuric acid and hydrogen peroxide (H₂SO₄:H₂O₂) at a ratio of 7.2:1.2 and temperature of T = 105±5°C; the second bath contains peroxide-ammonia solution (PAS), comprising aqueous ammonia, hydrogen peroxide and deionised water (NH₄OH:H₂O₂:H₂O) at a ratio of 1:4:22 and temperature of T = 65°C, duration of treatment in each bath 5 min. The method principle is to make sure that all the organic, ionic, chemical, gaseous and mechanical contamination is removed from the epitaxial silicon wafer surface, i.e. all heavy grease to be removed in the first bath, and all the remaining contamination to be removed in the second bath.

EFFECT: complete removal of organic and mechanical contamination and impurities from the surface of epitaxial silicon wafers, reduced process time.

Description

Изобретение относится к технологии изготовления силовых кремниевых транзисторов, в частности к обработке поверхности эпитаксиальных кремниевых пластин от различных видов загрязнений для формирования активных областей.The invention relates to the manufacturing technology of power silicon transistors, in particular to the surface treatment of epitaxial silicon wafers from various types of contaminants to form active areas.

Известен метод обработки пластин, сущность которого состоит в полном удалении загрязнений с поверхности эпитаксиальных кремниевых пластин в смеси H₂O-H₂O₂-NH₄OH [1].A known method of processing wafers, the essence of which consists in the complete removal of contaminants from the surface of epitaxial silicon wafers in a mixture of H ₂ OH ₂ O ₂ -NH ₄ OH [1].

Недостатком этого метода является недостаточное удаление различных примесей, загрязнений с поверхности эпитаксиальных пластин.The disadvantage of this method is the insufficient removal of various impurities, contaminants from the surface of epitaxial plates.

Известен следующий метод обработки поверхности пластин, сущность которого состоит в удалении загрязнений поверхности в смеси Н₂O-Н₂O₂-NH₄OH [2].The following method is known for surface treatment of plates, the essence of which is to remove surface contaminants in a mixture of H ₂ O-H ₂ O ₂ -NH ₄ OH [2].

Недостатком этого метода является недостаточное удаление различных примесей и загрязнений с поверхности пластин, а также длительность процесса.The disadvantage of this method is the insufficient removal of various impurities and contaminants from the surface of the plates, as well as the duration of the process.

Целью изобретения является полное удаление органических и механических загрязнений, а также примесей с поверхности эпитаксиальных кремниевых пластин и сокращение длительности процесса.The aim of the invention is the complete removal of organic and mechanical impurities, as well as impurities from the surface of epitaxial silicon wafers and reducing the duration of the process.

Поставленная цель достигается тем, что пластины подвергают двухстадийной обработке в двух ваннах с различными растворами: в первой ванне содержится раствор смеси «КАРО», состоящий из серной кислоты и перекиси водорода (H₂SO₄:Н₂О₂) в соотношении 7,2:1,2 при температуре Т=105±5°C; во второй ванне содержится перекисно-аммиачный раствор (ПАР), состоящий из водного аммиака, перекиси водорода и деионизованной воды (NH₄OH:Н₂O₂:H₂O) в соотношении 1:4:22 при температуре Т=65°C, длительность обработки в каждой из ванн составляет 5 мин.This goal is achieved by the fact that the plates are subjected to a two-stage treatment in two baths with different solutions: the first bath contains a solution of the KARO mixture, consisting of sulfuric acid and hydrogen peroxide (H ₂ SO ₄ : H ₂ O ₂ ) in the ratio of 7.2 : 1.2 at a temperature of T = 105 ± 5 ° C; the second bath contains ammonia peroxide (PAR), consisting of aqueous ammonia, hydrogen peroxide and deionized water (NH ₄ OH: H ₂ O ₂ : H ₂ O) in a ratio of 1: 4: 22 at a temperature of T = 65 ° C , the processing time in each of the baths is 5 minutes

Сущность способа заключается в том, что на поверхности эпитаксиальных кремниевых пластин происходит полное удаление органических, ионных, химических, газообразных и механических загрязнений, т.е. в первой ванне происходит удаление грубых жировых загрязнений, а во второй ванне снимаются оставшиеся нерастворенные загрязнения.The essence of the method lies in the fact that on the surface of epitaxial silicon wafers there is a complete removal of organic, ionic, chemical, gaseous and mechanical impurities, i.e. in the first bath, coarse greasy contaminants are removed, and in the second bath, the remaining undissolved contaminants are removed.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что обработка в кислотах позволяет удалять ионы металлов и растворять оксидные пленки на поверхности кремниевых пластинах, а перекись водорода разлагается с выделением атомарного кислорода, который окисляет как органические, так и неорганические загрязнения. Обработка во второй ванне обеспечивает удаление органических соединений за счет сольватирующего действия гидроокиси аммония и окисляющего действия перекиси водорода. В этом же процессе может также происходить комплексообразование с участием некоторых металлов I и II групп.The proposed method differs from the known one in that the treatment in acids allows the removal of metal ions and dissolution of oxide films on the surface of silicon wafers, and hydrogen peroxide decomposes with the release of atomic oxygen, which oxidizes both organic and inorganic contaminants. Processing in the second bath ensures the removal of organic compounds due to the solvating action of ammonium hydroxide and the oxidizing effect of hydrogen peroxide. In the same process, complexation can also occur with the participation of certain metals of groups I and II.

По окончании обработки в растворе кремниевые пластины подвергаются сушке. Сушка производится методом центрифугирования в течение 3 мин. Скорость вращения центрифуги 1000±50 об/мин. Контроль чистоты поверхности пластин осуществляется под сфокусированным лучом света на наличие пылинок. Их составило - 3 шт.At the end of processing in solution, the silicon wafers are dried. Drying is carried out by centrifugation for 3 minutes. Centrifuge rotation speed 1000 ± 50 rpm. The cleanliness of the surface of the plates is controlled under a focused beam of light for the presence of dust particles. They amounted to 3 pcs.

Сущность изобретения подтверждается следующими примерами:The invention is confirmed by the following examples:

Пример 1. Процесс проводят на установке химической обработки (Лада-1), в первой ванне содержится раствор состоящий из серной кислоты и перекиси водорода (H₂SO₄:Н₂О₂) в соотношении компонентов 10:1,0 при температуре Т=125°C; во второй ванне содержится раствор, состоящий из водного аммиака, перекиси водорода и деионизованной воды (NH₄OH:Н₂O₂:Н₂О) в соотношении компонентов 1:3:20, при температуре Т=75°C.Example 1. The process is carried out in a chemical treatment plant (Lada-1), the first bath contains a solution consisting of sulfuric acid and hydrogen peroxide (H ₂ SO ₄ : H ₂ O ₂ ) in a ratio of 10: 1.0 at a temperature of T = 125 ° C; the second bath contains a solution consisting of aqueous ammonia, hydrogen peroxide and deionized water (NH ₄ OH: H ₂ O ₂ : H ₂ O) in a component ratio of 1: 3: 20, at a temperature of T = 75 ° C.

Длительность обработки кремниевых пластин в каждой из ванн - 5 мин.The duration of the processing of silicon wafers in each of the baths is 5 minutes.

Контроль чистоты поверхности пластин осуществляется под сфокусированным лучом света на наличие пылинок. Количество пылинок составило 7 шт.The cleanliness of the surface of the plates is controlled under a focused beam of light for the presence of dust particles. The amount of dust was 7 pcs.

Пример 2. Способ осуществляют аналогично примеру 1. Процесс проводят при соотношении компонентов для первой ванны: H₂SO₄:H₂O₂ 9:1,5, Т=115±5°C, τ=5 мин, для второй ванны: NH₄OH:Н₂О₂:Н₂О 1:2:20, Т=75°C, τ=5 мин.Example 2. The method is carried out analogously to example 1. The process is carried out at a ratio of components for the first bath: H ₂ SO ₄ : H ₂ O ₂ 9: 1.5, T = 115 ± 5 ° C, τ = 5 min, for the second bath: NH ₄ OH: H ₂ O ₂ : H ₂ O 1: 2: 20, T = 75 ° C, τ = 5 min.

Количество пылинок составило 5 шт.The amount of dust was 5 pcs.

Пример 3. Способ осуществляют аналогично примеру 1. Процесс проводят при соотношении компонентов для первой ванны: H₂SO₄:H₂O₂ 7,2:1,2, Т=105±5°C, τ=5 мин, для второй ванны: NH₄OH:Н₂О₂:Н₂О 1:4:22, Т=65°C, τ=5 мин.Example 3. The method is carried out analogously to example 1. The process is carried out at a ratio of components for the first bath: H ₂ SO ₄ : H ₂ O ₂ 7.2: 1.2, T = 105 ± 5 ° C, τ = 5 min, for the second baths: NH ₄ OH: H ₂ O ₂ : H ₂ O 1: 4: 22, T = 65 ° C, τ = 5 min.

Количество пылинок составило 3 шт.The amount of dust was 3 pcs.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет обработать поверхность эпитаксиальных кремниевых пластин от органических, ионных, химических, газообразных и механических загрязнений, а также подготовить пластины с определенной чистотой для последующих операций.Thus, the proposed method in comparison with the prototype allows you to process the surface of epitaxial silicon wafers from organic, ionic, chemical, gaseous and mechanical impurities, as well as to prepare wafers with a certain purity for subsequent operations.

ЛитератураLiterature

1. Burkman D. Optimizing the Cleaning Procedure for Silicon Wafers Prior to High Temperature Operations, Semicond. Int., 4, 103 (1981).1. Burkman D. Optimizing the Cleaning Procedure for Silicon Wafers Prior to High Temperature Operations, Semicond. Int., 4, 103 (1981).

2. Kern W., Puotinen D.A. Cleaning Solution Based on Hydrogen Peroksid for Use in Silicon Semiconducter Technology, RGA Rev., 31, 187 (1970).2. Kern W., Puotinen D.A. Cleaning Solution Based on Hydrogen Peroksid for Use in Silicon Semiconducter Technology, RGA Rev. 31, 187 (1970).

Claims (1)

Метод обработки поверхности эпитаксиальных кремниевых пластин для формирования активных областей, отличающийся тем, что кремниевые пластины подвергают двухстадийной обработке в двух ваннах с различными растворами: в первой ванне содержится раствор смеси «КАРО», состоящий из серной кислоты и перекиси водорода (H₂SO₄:H₂O₂) в соотношении компонентов 7,2:1,2 при температуре Т=105±5°C; во второй ванне содержится раствор «ПАР», состоящий из водного аммиака, перекиси водорода и деионизованной воды (NH₄OH:H₂O₂:H₂O) в соотношении компонентов 1:4:22 при температуре Т=65°C, длительность обработки поверхности пластин в каждой из ванн по 5 мин, при этом количество пылинок составило 3 шт. The method of surface treatment of epitaxial silicon wafers to form active regions, characterized in that the silicon wafers are subjected to a two-stage treatment in two baths with different solutions: the first bath contains a solution of the KARO mixture, consisting of sulfuric acid and hydrogen peroxide (H ₂ SO ₄ : H ₂ O ₂ ) in a component ratio of 7.2: 1.2 at a temperature of T = 105 ± 5 ° C; in the second bath contains a solution of "PAIR", consisting of aqueous ammonia, hydrogen peroxide and deionized water (NH ₄ OH: H ₂ O _2: H ₂ O) at a ratio of 1: 4: 22 at a temperature T = 65 ° C, duration surface treatment of the plates in each of the baths for 5 minutes, while the number of dust particles was 3 pcs.