187663. lajstromszámú szabadalom • Eljárás sziliciumfelületek oxidálására
1 187 663 2 A találmány tárgya eljárás félvezető anyagok, különösen szilíciumfelületek oxidálására, az oxidálás során a nem kívánt atomok bediffundálásának megakadályozására illetve eltávolítására. Félvezető eszközök gyártásánál fontos, hogy a Si hordozó test lehetőleg kristályhibamentes legyen és a Si test felülete, valamint a rajta létrehozott Si02 réteg mentes legyen minden olyan idegen anyag atomjaitól, amelyek az eszköz elektromos paramétereit rontják. A termikus oxidálás során a folyamatíndukálta kristályhibák sűrűségének csökkentésére és a nem kívánt idegen atomok bediffundálásának megakadályozására, illetve azok eltávolítására Cl-tartalmú adalékot vezetnek az oxidáló gázáramba. Az irodalomban erre a következő műveletváltozatokat ismertetik :- Szilíciumhordozó testek in-situ tisztítása az oxidálást megelőzően N2HC1 vagy Ar + HC1 gázkeverékben (ismertetve a US 4 149 905 szabadalmi leírásban).- Oxidációs hibák visszaszorítása a szilíciumhordozó testek in-situ előkezelésével N2 + 02 + HCl gázkeverékben [ismertetve Hattori, T., T. Suzuki által Appl. Phys. Lett. 33(1978)4, 347],- Na passziválás a vastag (field)-oxid készítés közben alkalmazott 02 + HCl gázkeverék segítségével. [Ismertetve Monkowski, J., J. Stach, R. E. Tressler J. Electrochem, Soc. 126 (1979)7 1129],- Oxidálás okozta illeszkedési hibák visszaszorítása 02 + HCl, 02 + C2HC13, vagy 02 + C2H3Cl3 keverékben végzett termikus oxidálással. [Ismertetve Hattori T. Semincond. INTERNAT. 2(1979)6, 83; Hattori, T. Solid State Technoi. 22 (1979) 11, 85; Janssens, E. J., G. J. Declerck J. Electrochem. Soc. 125 (1978)10, 1696], Az ismertetett in-situ kezelések során lényegében nem történik oxidálás, ezért ez a kezelés nem hajtható végre klórtartalmú szerves adalékok felhasználásával - mert a szerves vegyület bomlásakor felszabaduló szén nem ég el, - annak ellenére, hogy a szerves klórtartalmú adalékok kezelése sokkal egyszerűbb. Az in-situ kezelés során oxidmentesen maradt felület nem is tartalmaz klórt, ami későbbi műveleti lépések során előnyösen fejtené ki hatását. A vastag-oxid passziválás jól védi a Si felületet a külső szennyeződéstől, de a gyors oxid-növekedés a klór kis hatásfokú beépülése miatt túlzott HC1 felhasználással jár és nem hozza meg az összes lehetséges műszaki előnyt (pl. kristályhiba-sűrűség csökkentése, Si test hatékony tisztasága), de mivel az oxidnövekedés Cl tartalmú gázkeverékben viszonylag gyors, a tisztulási idő viszonylag rövid, ugyanis a legerősebb tisztító hatás az oxidálás kezdetén van. A későbbi Cl-beépülés a határfelület javítására már kevésbé hatékony. A Cl tisztító hatása nagy hőmérsékleten sokkal jobb, ugyanakkor a vastagabb oxidrétegek minősége alacsony oxidálási hőmérsékleten a legjobb. A fenti módszerek ezért getterezésre és oxidálásra együtt nem optimálisak. Célunk a találmánnyal olyan oxidálási eljárás megvalósítása, melynek során a létrejött védőréteg olyan, amely kizárja, illetve csökkenti a folyamat indukálta struktúrahibák és a nemkívánatos szenynyező elemek befolyását a Si hordozó test további kezelése, azaz a félvezetőeszköz készítése során. , A találmány eljárás szilíciumfelületek oxidálására, a szilíciumdioxid és a szilíciumdioxid-szilícium fázishatár tisztaságának fokozására és a szilícium szeletek felületi kristályhiba-sűrűségének csökkentésére a szilícium szeletek in-situ előkezelésével és 1000 °C feletti oxigén tartalmú gáztérben való hőkezelésével. Az előkezelést Tox> 1273 K ( = 1000 °C) műveleti hőmérsékleten t>30 perc ideig végezzük olyan szerves klórvegyületeket, nitrogént és oxigént tartalmazó gázkeverékben, melyben az oxigén és a szerves klórvegyület mólaránya nagyobb tíznél. Előkezelés után annak hőmérsékleténél alacsonyabb hőmérsékleten, ugyanabban a reaktorban, a felületi oxidréteg vastagságát ismert módon növeljük. A találmány szerinti az az eljárás is, ha az oxidálás folyamatát a termikus előkezelés és az oxidnövesztés között megszakítjuk - néhány órától több hónapnyi időtartamra - oly módon, hogy a termikus előkezelés után, annak hőmérsékleténél alacsonyabb hőmérsékleten, egy másik reaktorban a felületi oxidréteg vastagságát ismert módon növeljük. A találmány szerinti eljárással a feladatot olyan termikus előkezeléssel oldjuk meg, amelynek során a Si szeletek folyamatindukálta struktúra hibáit okozó és az elektronikus tulajdonságokat rontó degen atomok a Si felületi tartományaiból a gáztéri klór adalék alkalmazásával eltávoznak, egyidejűleg a Si felületén klórban gazdag vékony Si02 réteg képződik (x~ 50-100 nm) a viszonylag nagy gáztéri oxigén jelenléte miatt, amely szeletek további kezelése során megakadályozza az idegen atomok viszszajutását a felületi tartományba. Eljárásunk során azt a felismerést használjuk ki, hogy az oxidáló lépés egyben tisztító lépés is. A gázkeveréket úgy állítjuk össze, hogy a termikus előkezelés során feltétlenül keletkezzék Si02 réteg, de az oxid növekedési sebessége kicsi legyen. A N2 hígító gázzal kevert száraz oxigénes gázkeveréknél mindig ügyelünk arra, hogy az oxigén gáz a szerves klór gőzökhöz képest olyan feleslegben legyen jelen, hogy a szerves anyag bomlása során keletkezett szén a reaktorban gáznemü reakciós termékké alakuljon, a szemcsés szénkiválás elkerülésére. Erre 10-szeres oxigénfelesleg már elegendő. A találmány szerinti eljárás során az egykristályos szilícium testeket száraz oxigéngáz, klórt tartalmazó adalék gáz (gőz) és száraz nitrogéngáz keverékéből álló atmoszférában lassan felmelegítjük megfelelő hőmérsékletre (T> 1000 °C) és hevítjük arra elegendő ideig, hogy a nem kívánt idegen atomok az egykristálytest felületéből eltávozzanak és egyidejűleg klórban gazdag szilíciumoxid réteg képződjék a szilíciumtest felületén. A hőkezelés végén a szilíciumtesteket lassan lehűtjük. Az így kezelt Védőréteggel borított szilícium testek megfelelő gondos tárolás után tetszőleges időpontban minden további előkezelés nélkül az előzetes hőkezelés hőmérsékleténél célszerűen alacsonyabb hőmérsékletű műveletekben gazdaságosan felhasználhatók. A védőrétegbe beépült klór a további viszonylag magas hőmérsékletű műveletek 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
