RU2228563C2

RU2228563C2 - Method for chemical treatment of silicon wafers

Info

Publication number: RU2228563C2
Application number: RU2001126095/28A
Authority: RU
Inventors: Ю.Ф. Козлов; Л.Г. Литош; Е.Б. Соколов; В.А. Литош; И.М. Терашкевич
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт материаловедения"
Priority date: 2001-09-26
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2004-05-10

Abstract

FIELD: microelectronics. SUBSTANCE: proposed method intended for manufacturing single-crystalline silicon wafers involves use of aqueous solution of persulfuric acid ammonia sulfate for oxidizing silicon wafer surface to produce high-purity and high-density protective silicon dioxide layer. EFFECT: reduced cost of chemical treatment process. 1 cl

Description

Данный способ обработки применяется при производстве полированных пластин монокристаллического кремния для изделий микроэлектроники.This processing method is used in the production of polished single-crystal silicon wafers for microelectronics products.

Известен способ очистки поверхности кремния по авторскому свидетельству № 1424072. В соответствии с этим изобретением отмывку поверхности кремния осуществляют в аммиачном растворе с уровнем рН 9-12,5 при температуре 40-90°С, причем в процессе отмывки его перемешивают с окислительной газообразной смесью озона с кислородом с концентрацией озона 1-10%. Финишная отмывка осуществляется в деионизованной воде, барботируемой озон-кислородной смесью.A known method of cleaning the surface of silicon according to copyright certificate No. 1424072. In accordance with this invention, the washing of the silicon surface is carried out in an ammonia solution with a pH level of 9-12.5 at a temperature of 40-90 ° C, and during washing it is mixed with an oxidizing gaseous mixture of ozone with oxygen with an ozone concentration of 1-10%. The final washing is carried out in deionized water, sparged with an ozone-oxygen mixture.

Недостатком данного способа является необходимость постоянного перемешивания растворов, что усложняет технологическое оборудование. К недостаткам можно отнести сложность поддержания соотношения концентраций озона и кислорода в подаваемой газовой смеси.The disadvantage of this method is the need for constant mixing of solutions, which complicates the processing equipment. The disadvantages include the difficulty of maintaining the ratio of ozone and oxygen concentrations in the supplied gas mixture.

Также известен способ промывки в соответствии с заявкой Японии № 135024, в котором используется сосуд с серной кислотой, через которую пробулькивают газовую смесь с добавлением озона. Недостатком данной системы является недостаточная воспроизводимость результатов, т.к. озон - нестабильное соединение и его концентрация в процессе каждый раз различна. Кроме того, в больших концентрациях озон опасен как для обслуживающего персонала, так и для оборудования.A washing method according to Japanese application No. 135024 is also known, in which a vessel with sulfuric acid is used through which a gas mixture with the addition of ozone is bubbled. The disadvantage of this system is the lack of reproducibility of the results, because Ozone is an unstable compound and its concentration in the process is different each time. In addition, in high concentrations, ozone is dangerous for both maintenance personnel and equipment.

Наиболее близким аналогом, принятым нами за прототип предлагаемого способа, является способ отмывки полупроводников по заявке Японии № 61-220434, в котором используется раствор надсерной кислоты с пробулькиванием через него кислорода с одновременным УФ-облучением и дополнительным вращением пластин в УЗ-поле. Таким образом, кремниевая подложка в ванне с надсерной кислотой подвергается окислению под воздействием пузырьков кислорода, УФ-облучения, УЗ-колебаний при принудительном вращении посредством ременной передачи в среде надсерной кислоты. Ременная передача в данном случае является генератором микрочастиц и существенно усложняет конструкцию системы, снижая ее надежность. К недостаткам этого способа можно отнести высокую стоимость обработки.The closest analogue adopted by us for the prototype of the proposed method is a method of washing semiconductors according to Japanese application No. 61-220434, which uses a solution of sulfuric acid with oxygen bubbling through it with simultaneous UV irradiation and additional rotation of the plates in an ultrasonic field. Thus, the silicon substrate in the bath with sulfuric acid undergoes oxidation under the influence of oxygen bubbles, UV radiation, ultrasonic vibrations during forced rotation by means of a belt transmission in a medium of sulfuric acid. Belt transmission in this case is a generator of microparticles and significantly complicates the design of the system, reducing its reliability. The disadvantages of this method include the high cost of processing.

Цель изобретения: реализация качественной обработки поверхности кремниевой пластины с высоким уровнем химической чистоты и плотности сформированного защитного слоя SiO₂ без увеличения стоимости процесса обработки.The purpose of the invention: the implementation of high-quality surface treatment of a silicon wafer with a high level of chemical purity and density of the formed protective layer of SiO ₂ without increasing the cost of the processing process.

Сущность изобретения сводится к обработке поверхности кремниевой пластины в растворе надсернокислого сульфата аммония при температуре в диапазоне 50-90°С. При данной обработке на поверхности кремниевой пластины под воздействием сильного окислителя - надсернокислого сульфата аммония (NH₄)₂S₂O₈ формируется слой SiO₂ высокой плотности, не содержащий посторонних быстродифундирующих примесей ионов металлов в своем составе, а также в приборном слое пластины, что позволяет эффективно “законсервировать” оборванные связи структуры монокристалла пластины без ухудшения электрофизических параметров приборного слоя. Кроме того, процесс экологически чист, т.к. продуктами реакции являются экологически безвредные соединения: кислород, сульфат аммония (удобрение в сельском хозяйстве), серная кислота, легко нейтрализуемая щелочью или аммиаком.The essence of the invention is reduced to surface treatment of a silicon wafer in a solution of ammonium sulfate at a temperature in the range of 50-90 ° C. In this treatment, a high-density SiO ₂ layer is formed on the surface of the silicon wafer under the influence of a strong oxidizing agent - ammonium sulfate (NH ₄ ) ₂ S ₂ O ₈ , which does not contain extraneous rapidly diffusing impurities of metal ions in its composition, as well as in the instrument layer of the wafer, which allows you to effectively "preserve" dangling bonds of the structure of a single crystal plate without deterioration of the electrophysical parameters of the instrument layer. In addition, the process is environmentally friendly, because reaction products are environmentally friendly compounds: oxygen, ammonium sulfate (fertilizer in agriculture), sulfuric acid, easily neutralized with alkali or ammonia.

Новизна изобретения заключается в применении ранее не используемого в технологии обработки пластин монокристаллического кремния надсернокислого сульфата аммония. Преимущество данного изобретения по сравнению с прототипом: простота в использовании, т.е. позволяет использовать существующее оборудование; технология экологически чистая, т.к. продуктами реакции являются экологически безвредные соединения; доступность реактивов, т.к. надсернокислый сульфат аммония выпускается в достаточном объеме химической промышленностью; дешевизна процесса при его реализации в производстве, т.к. себестоимость предлагаемой обработки не превышает себестоимость применяемых технологий.The novelty of the invention lies in the use of previously not used in the technology of processing plates of single-crystal silicon ammonium sulfate. The advantage of this invention compared to the prototype: ease of use, i.e. allows you to use existing equipment; the technology is environmentally friendly, because reaction products are environmentally friendly compounds; the availability of reagents, as ammonium sulfate sulfate is produced in sufficient quantities by the chemical industry; the cheapness of the process during its implementation in production, as the cost of the proposed processing does not exceed the cost of the applied technologies.

Конкретным примером реализации данного изобретения в производстве является мелкосерийное производство кремниевых пластин в лабораторных условиях. В отличии от серийной технологии отмывки полированных пластин в данном случае в качестве окислителя поверхности подложек используется водный раствор надсернокислого сульфата аммония с концентрацией не менее 10%. Способ осуществляется следующим образом: кассета с пластинами обрабатывается в данном растворе в течение не менее 15 минут при температуре в диапазоне 60-90°С. После такой обработки поверхность подложки становится гидрофильной и дальнейшая обработка проводится по серийной технологии.A specific example of the implementation of this invention in production is the small-scale production of silicon wafers in laboratory conditions. In contrast to the serial technology for washing polished plates, in this case, an aqueous solution of ammonium sulfate sulfate with a concentration of at least 10% is used as an oxidizing agent on the surface of the substrates. The method is as follows: the cartridge with the plates is processed in this solution for at least 15 minutes at a temperature in the range of 60-90 ° C. After this treatment, the surface of the substrate becomes hydrophilic and further processing is carried out using serial technology.

Положительный эффект от применения данного способа обработки очевиден, т.к. плотность формируемого окисла на поверхности кремниевых пластин существенно выше, чем на пластинах, выпускаемых по стандартной технологии. Исследования лабораторных и серийных пластин показали существенное снижение концентрации посторонних примесей в приборном слое лабораторных пластин.The positive effect of the application of this processing method is obvious, because the density of the formed oxide on the surface of silicon wafers is significantly higher than on wafers produced by standard technology. Studies of laboratory and serial plates showed a significant decrease in the concentration of impurities in the instrument layer of laboratory plates.

Claims

A method of chemical processing of silicon wafers, including the oxidation of the surface of silicon wafers, characterized in that the oxidation is carried out in an aqueous solution of ammonium sulfate.