DE19950563A1 - Process for cleaning a monocrystalline silicon semiconductor wafer - Google Patents
Process for cleaning a monocrystalline silicon semiconductor waferInfo
- Publication number
- DE19950563A1 DE19950563A1 DE19950563A DE19950563A DE19950563A1 DE 19950563 A1 DE19950563 A1 DE 19950563A1 DE 19950563 A DE19950563 A DE 19950563A DE 19950563 A DE19950563 A DE 19950563A DE 19950563 A1 DE19950563 A1 DE 19950563A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- ions
- main surface
- semiconductor wafer
- temperature treatment
- semiconductor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B53/00—Ferroelectric RAM [FeRAM] devices comprising ferroelectric memory capacitors
-
- H10P36/03—
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B53/00—Ferroelectric RAM [FeRAM] devices comprising ferroelectric memory capacitors
- H10B53/30—Ferroelectric RAM [FeRAM] devices comprising ferroelectric memory capacitors characterised by the memory core region
-
- H10P30/204—
-
- H10P30/208—
-
- H10P30/21—
-
- H10P32/1204—
Landscapes
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung einer monokristallinen Silizium-Halbleiterscheibe von Metall- und/oder Seltenerdmetall-Substanzen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for cleaning a monocrystalline silicon semiconductor wafer from metal and / or rare earth metal substances according to the preamble of Claim 1.
Konventionelle mikroelektronische Speicherelemente (DRAMs) benutzen als Speicherdielektrikum meist Oxid- oder Nitrid schichten, die eine Dielekrizitätskonstante von maximal etwa 8 aufweisen. Zur Verkleinerung des Speicherkondensators sowie zur Herstellung von nichtflüchtigen Speichern (FRAMs) werden "neuartige" Kondensatormaterialien (Dielektrika oder Ferro elektrika) mit deutlich höheren Dielektrizitätskonstanten be nötigt. Hierfür sind aus der gattungsbildenden Publikation "Neue Dielektrika für Gbit-Speicherchips" von W. Hönlein, Phys. Bl. 55 (1999), Seiten 51-53 die Kondensatormaterialien Pb (Zr, Ti)O3 [PZT], SrBi2Ta2O9 [SBT], SrTiO3 [ST] und (Ba,Sr)TiO3 [BST] bekannt.Conventional microelectronic memory elements (DRAMs) mostly use oxide or nitride layers as the storage dielectric, which have a dielectric constant of at most about 8. To reduce the size of the storage capacitor and to manufacture non-volatile memories (FRAMs), "new" capacitor materials (dielectrics or ferroelectrics) with significantly higher dielectric constants are required. For this, from the generic publication "New Dielectrics for Gbit Memory Chips" by W. Hönlein, Phys. Bl. 55 (1999), pages 51-53 the capacitor materials Pb (Zr, Ti) O 3 [PZT], SrBi 2 Ta2O 9 [SBT], SrTiO 3 [ST] and (Ba, Sr) TiO 3 [BST] are known .
Die Verwendung dieser neuartigen Hoch-Epsilon-Dielektri ka/Ferroelektrika bereitet aus verschiedenen Gründen Proble me. Zunächst lassen sich diese neuartigen Materialien nicht mehr mit dem traditionellen Elektrodenmaterial (Poly-)Sili zium kombinieren. Deshalb müssen inerte Elektrodenmaterialien wie beispielsweise Pt oder leitfähige Oxide (z. B. RuO2) ein gesetzt werden. Ferner muß zwischen dem Elektrodenmaterial und der leitfähigen Anschlußstruktur (Plug) zum Transistor eine Diffusionsbarriere (z. B. aus TiN, TaN, Ir, IrO2 und Mo Si2) eingefügt werden.The use of these new high-epsilon dielectrics / ferroelectrics presents problems for various reasons. First of all, these new materials can no longer be combined with the traditional electrode material (poly) silicon. Therefore, inert electrode materials such as Pt or conductive oxides (e.g. RuO 2 ) must be used. Furthermore, a diffusion barrier (eg made of TiN, TaN, Ir, IrO 2 and Mo Si 2 ) must be inserted between the electrode material and the conductive connection structure (plug) to the transistor.
Schließlich erfordert der Aufbau solcher Strukturen das Ab scheiden der neuartigen Hoch-Epsilon-Dielektrika/Ferroelek trika in einer Sauerstoff-Atmosphäre und das - üblicherweise mehrfache - Tempern der bereits teilweise prozessierten Si-Halbleiterscheibe bei Temperaturen oberhalb 550°C.After all, building such structures requires the Ab the new high-epsilon dielectrics / ferroelek trika in an oxygen atmosphere and that - usually multiple - annealing of the already partially processed Si semiconductor wafer at temperatures above 550 ° C.
Der Einsatz dieser neuartigen Substanzen (Metalle und Sel tenerdmetalle) für das Hoch-Epsilon-Dielektrikum/Ferroelek trikum, die Elektroden und die Barriereschicht in Verbindung mit dem Erfordernis, hohe, Diffusionsvorgänge begünstigende Prozeßtemperaturen verwenden zu müssen, bedeutet in der Praxis ein erheblich erhöhtes Verunreinigungs- oder Konta minationsrisiko der Si-Halbleiterscheibe bei der Fertigung.The use of these new substances (metals and sel earth metals) for the high-epsilon dielectric / ferroelek trikum, the electrodes and the barrier layer in connection with the need to favor high diffusion processes Having to use process temperatures means in the Practice a significantly increased contamination or contact minimization risk of the Si semiconductor wafer during production.
Ein großes Problem stellt in diesem Zusammenhang die Kontami nation des Siliziumkristalls mit Platin dar. Bereits relativ geringe Verunreinigungen von Platin in Silizium können zu ei ner Verringerung der Ladungsträgerlebensdauer um Größenord nungen führen. Bei bestimmten Bauelementen, wie beispielswei se SIPMOS-Bauelementen, wird diese Tatsache durch gezielt herbeigeführte Platin-Verunreinigungen dazu ausgenutzt, die Lebensdauer von Minoritätsladungsträgern gezielt zu verrin gern. Bei anderen Bauelementen können jedoch unerwünscht auf tretende höhere Platin-Verunreinigungen, d. h. < 1012 Ato me/cm2 bereits zu Totalausfällen der Bauelemente führen. Außer prozeßbedingten Kontaminationen können auch Querkonta minationen durch die Geräte (Vakuum-Pinzetten, Ablageteller, Chucks) selbst auftreten und dabei auch die Wafer-Rückseite verunreinigen.A major problem in this context is the contamination of the silicon crystal with platinum. Even relatively small amounts of platinum in silicon can lead to a reduction in the charge carrier lifespan by orders of magnitude. With certain components, such as SIPMOS components, this fact is exploited by specifically induced platinum impurities to reduce the service life of minority charge carriers in a targeted manner. In the case of other components, however, undesirable higher platinum impurities, ie <10 12 atoms / cm 2, can already lead to total failures of the components. In addition to process-related contamination, cross-contamination by the devices (vacuum tweezers, storage plates, chucks) itself can occur and also contaminate the back of the wafer.
Da Platin bereits bei Temperaturen ab 550°C relativ schnell über Zwischengitterplätze im Silizium diffundiert, können Temperaturbehandlungsschritte im Bauelement-Herstellungsver fahren, die höhere Temperaturen verwenden, dazu führen, daß in der Umgebung des Wafers vorhandene Platin-Verunreinigungen in den Kristall eindringen oder bereits im Kristall vorhande ne Platin-Verunreinigungen in die Bauelementregionen diffun dieren und diese somit unbrauchbar machen. Aufwendige Reini gungsversuche auf gezielt verunreinigten Silizium-Scheiben (spin-on solutions) haben gezeigt, daß ganz besonders Platin nicht mehr vollständig von der Silizium-Oberfläche entfernt werden kann. Es tritt eine Art Wiederanlagerung auf, bei wel cher an gezielt verunreinigten Silizium-Scheiben nach Abtra gen von bis zu 5 µm Silizium noch immer die gleiche Verunrei nigung von 3 × 1012 Atome/cm2 Platin gemessen wird. Auch Kom plexbildner, wie TEFO, die den Ätzlösungen beigemischt wer den, brachten bisher nicht das gewünschte Ergebnis.Since platinum diffuses relatively quickly through interstitial spaces in the silicon at temperatures from 550 ° C, temperature treatment steps in component manufacturing processes that use higher temperatures can lead to platinum impurities present in the vicinity of the wafer penetrating into the crystal or already in the Diffusing crystal present platinum impurities into the component regions and thus making them unusable. Extensive cleaning tests on specifically contaminated silicon wafers (spin-on solutions) have shown that platinum in particular can no longer be completely removed from the silicon surface. A kind of re-accumulation occurs, in which the same contamination of 3 × 10 12 atoms / cm 2 platinum is still measured on selectively contaminated silicon wafers after removal of up to 5 µm silicon. Even complexing agents such as TEFO, which are added to the etching solutions, have so far not achieved the desired result.
Es ist bereits seit längerem bekannt, unerwünschte Substanzen in Halbleiter-Kristallen zu gettern, d. h. an gezielt erzeug ten Störstellen, wie implantierten Fremdatomen oder -ionen, aus diesen untereinander und/oder mit den Atomen des Wirts gitters gebildeten Komplexen, Kristallversetzungen oder son stigen Kristallfehlern oder dergleichen fernab von der Bau elementregion anzulagern.It has long been known undesirable substances getter in semiconductor crystals, d. H. to generate targeted interferences, such as implanted foreign atoms or ions, from among themselves and / or with the atoms of the host lattice formed complexes, crystal dislocations or son crystal defects or the like far from the building element region.
Aus der U.S.-A-5,223,734 ist ein Getter-Prozeß bekannt, bei welchem nach der Bauelementherstellung auf einer Vorderseite eines Halbleiterwafers eine Schutzschicht aus BPSG oder PSG aufzubringen und die Rückseite des Wafers unter Verwendung einer chemisch-mechanischen Planarisierung aufzurauhen und eine Getter-Substanz, wie Phosphor, darauf aufzutragen und in die Rückseite des Wafers einzubringen. Anschließend wird der Wafer einer Temperaturbehandlung ausgesetzt, um die Getter- Substanz tiefer in den Wafer einzutreiben und eine Anlagerung mobiler Verunreinigungen, wie Platin, an den Phosphor-Getter- Zentren zu veranlassen. Da bei diesem Verfahren zweierlei Getter-Zentren, nämlich zum einen die durch das chemisch mechanische Planarisieren erzeugten Versetzungen und zum an deren die durch die Diffusion eingebrachten Phosphor-Stör stellen erzeugt werden können unerwünschte Substanzen effizi ent gegettert werden.A getter process is known from U.S.-A-5,223,734 which after the component manufacture on a front a protective layer made of BPSG or PSG to apply and using the back of the wafer chemical-mechanical planarization and to apply a getter substance such as phosphorus and in insert the back of the wafer. Then the Wafers are subjected to a thermal treatment in order to Drive substance deeper into the wafer and build up mobile contaminants, such as platinum, on the phosphor getter To initiate centers. Because of this procedure two things Getter centers, namely the chemical one mechanical planarization generated dislocations and to of which the phosphor sturgeon introduced by the diffusion places can be generated unwanted substances effizi ent beetter.
Ferner ist aus der U.S.-A-5,840,590 eine Getter-Technik be kannt, bei der in einen Silizium-Wafer Helium-Ionen implan tiert werden, die die Eigenschaft haben, sich im Kristall zu größeren Komplexen zusammenzulagern. Ein nachfolgender Tempe raturbehandlungsschritt bewirkt das Ausgasen der Helium- Einschlüsse aus dem Kristall, so daß relativ große Leerstel len oder Einschlüsse in dem Kristall zurückbleiben, an deren inneren Oberflächen freie Silizium-Bindungen ("dangling bonds") verbleiben, die als effiziente Getter-Zentren wirken.A getter technique is also known from U.S.-A-5,840,590 knows, in which helium ions implan in a silicon wafer animals that have the property of being in the crystal larger complexes together. A subsequent tempe temperature treatment step causes outgassing of the helium Inclusions from the crystal, so that relatively large empty space len or inclusions remain in the crystal, at their inner surfaces free silicon bonds ("dangling bonds ") remain, which act as efficient getter centers.
Beide genannten Verfahren haben die Eigenschaft, daß bei ih rer Anwendung in Bauelement-Herstellungsprozessen eine Region der Halbleiterscheibe, in der Regel deren Rückseite, gezielt geopfert wird, um darin unerwünschte Fremdsubstanzen einzula gern, während in einer davon abgewandten Region funktionsfä hige Bauelemente hergestellt werden. Es kann jedoch aus ver schiedenen Gründen erstrebenswert sein, die unerwünschten Substanzen zur Gänze aus dem Halbleiterkristall zu entfernen. Zum einen können die durch Getter-Technik eingefangenen Fremdatome unter bestimmten äußeren Einwirkungen, wie Druck oder Temperatur, wieder aus den Getter-Zentren herausgelöst werden und in die Bauelementregion diffundieren, so daß sie die Funktionsfähigkeit der Bauelemente nachträglich beein trächtigen können. Zum anderen erhält man damit die Möglich keit, sämtliche Regionen des Wafers und somit auch die Wafer- Rückseite für die Herstellung von Bauelementen nutzbar zu ma chen.Both of the methods mentioned have the property that at ih rer application in component manufacturing processes a region the semiconductor wafer, usually the back, specifically is sacrificed in order to allow undesirable foreign substances into it gladly, while in a region remote from it functional hige components are manufactured. However, from ver be desirable for various reasons, the undesirable Remove all substances from the semiconductor crystal. On the one hand, those captured by getter technology can Foreign atoms under certain external influences, such as pressure or temperature, released from the getter centers again and diffuse into the device region so that they subsequently affect the functionality of the components can be pregnant. On the other hand, you get the possibility all regions of the wafer and thus also the wafer Reverse side for the production of components usable to ma chen.
Es ist demgemäß Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ver fahren zur Reinigung einer monokristallinen Silizium-Halb leiterscheibe von Metall- und/oder Seltenerdmetall-Substanzen anzugeben, bei welchem die unerwünschten Substanzen gänzlich aus dem Halbleiterkristall entfernt werden.It is accordingly an object of the present invention to provide a ver drive to cleaning a monocrystalline silicon half conductor disc of metal and / or rare earth substances specify which of the undesirable substances entirely be removed from the semiconductor crystal.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This task is characterized by the characteristics of the Claim 1 solved.
Dementsprechend zeichnet sich ein derartiges Reinigungsver
fahren dadurch aus, daß
Accordingly, such a cleaning process is characterized in that
- - eine oberflächennahe Getter-Schicht dadurch erzeugt wird, daß Ionen mindestens eines bestimmten Elements durch minde stens eine Hauptoberfläche der Halbleiterscheibe in eine oberflächennahe Zone eingebracht werden,A near-surface getter layer is generated, that ions of at least one specific element by mind least one main surface of the semiconductor wafer into one near-surface zone,
- - die Metall- und/oder Seltenerdmetall-Substanzen und die eingebrachten Ionen in einem Temperaturbehandlungsschritt an Kristallversetzungen unter Bildung von Komplexen gegettert werden,- The metal and / or rare earth substances and the introduced ions in a temperature treatment step Crystal dislocations gettered to form complexes become,
- - in einem naßchemischen Ätzschritt die Getter-Schicht von der mindestens einen Hauptoberfläche entfernt wird.- The getter layer of in a wet chemical etching step the at least one main surface is removed.
Dieses Verfahren ist besonders effizient im Falle von Platin als Verunreinigung und Phosphor und/oder Bor als das Element der eingebrachten Ionen. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, daß das Einbringen von P+- oder B+-Ionen in den Silizium-Kri stall Versetzungen erzeugt und die eingebrachten P+-Ionen oder die B+-Ionen mit den Platin-Atomen vorzugsweise an den Versetzungen Komplexe bilden, die in dem nachfolgenden Ätz schritt, beispielsweise unter Verwendung einer HF/HNO3- Mischung und gegebenenfalls einer Nachbehandlung mit HNO3 von der Hauptoberfläche der Halbleiterscheibe entfernt werden können.This method is particularly efficient in the case of platinum as an impurity and phosphorus and / or boron as the element of the ions introduced. This is based on the knowledge that the introduction of P + or B + ions in the silicon crystal generates dislocations and the introduced P + ions or the B + ions form complexes with the platinum atoms, preferably at the dislocations which can be removed from the main surface of the semiconductor wafer in the subsequent etching step, for example using an HF / HNO 3 mixture and, if appropriate, an aftertreatment with HNO 3 .
Das Einbringen der Ionen kann durch Plasmadotierung (Plasma doping) oder durch Ionenimplantation erfolgen. Durch Plas madoping kann man im allgemeinen eine höhere Öberflächenkon zentration erzielen. Eine Ionen-Implantation wird beispiels weise mit einer Dosis von 2018-1020 Atome/cm2 durchgeführt.The ions can be introduced by plasma doping (plasma doping) or by ion implantation. Plas madoping can generally achieve a higher surface concentration. An ion implantation is carried out, for example, with a dose of 20 18 -10 20 atoms / cm 2 .
Nach dem Einbringen der Ionen erfolgt ein Temperaturbehand lungsschritt, bei welchem die im Halbleiterkristall vorhande nen Platin-Atome verstärkt diffundieren und sich mit den ein gebrachten Ionen an den Versetzungen zu mehr oder weniger größeren Komplexen zusammenlagern. After the ions have been introduced, a temperature treatment is carried out step in which the present in the semiconductor crystal Diffuse platinum atoms and diffuse with the ones brought ions to the dislocations more or less larger complexes together.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann zum einen als isoliertes Reinigungsverfahren an einer Halbleiterscheibe angewandt wer den. Es kann jedoch ebenso in ein Prozessierungsverfahren ei nes Halbleiterbauelements integriert werden, wobei auf einer Hauptoberfläche einer Silizium-Halbleiterscheibe ein Halblei terbauelement prozessiert wird und im Verlaufe der Prozessie rung an der anderen Hauptoberfläche ein erfindungsgemäßes Reinigungsverfahren durchgeführt wird. Vorteilhafterweise kann dabei der Temperaturbehandlungsschritt zu einem geeigne ten Zeitpunkt ausgeführt werden, so daß er gleichzeitig das Gettern der Fremdsubstanzen bewirkt und eine in der Prozes sierung des Halbleiterbauelements vorgesehene Funktion er füllt.The method according to the invention can be used as an isolated one Cleaning process applied to a semiconductor wafer the. However, it can also be used in a processing process Nes semiconductor device can be integrated, with one The main surface of a silicon semiconductor wafer is a semi-lead terbauelement is processed and in the course of the process tion on the other main surface according to the invention Cleaning process is carried out. Advantageously can the temperature treatment step to a suitable ten point in time, so that he at the same time Getters of foreign substances and one in the process tion of the semiconductor device provided function fills.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei spiels der Prozessierung einer DRAM-Speicherzelle erläutert. In der einzigen Figur ist in schematischer Weise die Schicht folge einer in einer Si-Halbleiterscheibe ausgebildeten DRAM- Speicherzelle mit Schalttransistor und Hoch-Epsilon- oder ferroelektrischem Stack-Kondensator dargestellt.The invention is illustrated below with the aid of an embodiment game of processing a DRAM memory cell explained. The single figure is a schematic of the layer follow a DRAM formed in a Si semiconductor wafer Memory cell with switching transistor and high epsilon or ferroelectric stack capacitor shown.
Auf einem p-dotierten Si-Halbleitersubstrat 1 ist mittels üb licher planartechnischer Verfahren (Schichtabscheidung, Schichtstrukturierung unter Verwendung von Lithographie- und Ätztechniken, Schichtdotierung) ein N-Kanal-MOS-Transistor aufgebaut.An N-channel MOS transistor is built up on a p-doped Si semiconductor substrate 1 by means of conventional planar technology (layer deposition, layer structuring using lithography and etching techniques, layer doping).
Ein n+-dotierter Drain-Bereich 2 ist von einem n+-dotierten Source-Bereich 3 über einen zwischenliegenden Kanal 4 aus Substratmaterial getrennt. Oberhalb des Kanals 4 liegt eine dünne Gateoxidschicht 5. Auf der Gateoxidschicht 5 ist eine Polysilizium-Gateelektrode 6 angebracht.An n + -doped drain region 2 is separated from an n + -doped source region 3 via an intermediate channel 4 made of substrate material. A thin gate oxide layer 5 lies above the channel 4 . A polysilicon gate electrode 6 is attached to the gate oxide layer 5 .
Oberhalb des beschriebenen MOS-Transistors 2, 3, 4, 5, 6 ist eine Deckoxidschicht 7 abgelagert, welche ein Kontaktloch 8 umfaßt. Das Kontaktloch 8 ist mit einer elektrischen An schlußstruktur 9 (sog. "plug") bestehend aus Polysilizium ge füllt.Above the described MOS transistor 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , a cover oxide layer 7 is deposited, which comprises a contact hole 8 . The contact hole 8 is filled with an electrical connection structure 9 (so-called "plug") consisting of polysilicon.
Aufbau und Herstellungsweise der gezeigten Struktur sind be kannt. Statt des hier dargestellten MOS-Transistors 2, 3, 4, 5, 6 kann auch ein Bipolar-Transistor oder ein sonstiges mo nolithisches Halbleiter-Funktionselement vorgesehen sein.Structure and method of manufacture of the structure shown are known. Instead of the MOS transistor 2 , 3 , 4 , 5 , 6 shown here , a bipolar transistor or another monolithic semiconductor functional element can also be provided.
Oberhalb der Deckoxidschicht 7 ist ein Kondensator 10 reali siert.A capacitor 10 is realized above the cover oxide layer 7 .
Der Kondensator 10 weist eine Lntere Elektrode 11 (sog. "Bot tom-Elektrode"), eine obere Elektrode 12 und zwischenliegend ein Hoch-Epsilon-Dielektrikum/Ferroelektrikum 13 auf.The capacitor 10 has an inner electrode 11 (so-called “bot tom electrode”), an upper electrode 12 and, in between, a high-epsilon dielectric / ferroelectric 13 .
Das Hoch-Epsilon-Dielektrikum/Ferroelektrikum 13, beispiels weise PZT, SBT, ST oder BST, wird durch einen MOD-(Metal Or ganic Deposition), einen MOCVD-(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) Prozeß oder einen Sputterprozeß abgeschieden.The high-epsilon dielectric / ferroelectric 13 , for example PZT, SBT, ST or BST, is deposited by a MOD (metal organic deposition), a MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) process or a sputtering process.
Nach dem Abscheiden des Hoch-Epsilon-Dielektrikums/Ferro elektrikums 13 muß dieses in einer Sauerstoff-haltigen Atmo sphäre bei Temperaturen von etwa 550-800°C gegebenenfalls mehrfach getempert ("konditioniert") werden. Zur Vermeidung einer unerwünschten chemischen Reaktion des Hoch-Epsilon- Dielektrikums/Ferroelektrikums 13 mit den Elektroden 11, 12 werden diese aus Pt (oder einem anderen ausreichend tempera turstabilen und inerten Material) gefertigt.After the deposition of the high-epsilon dielectric / ferroelectric material 13 , this must be repeatedly annealed in an oxygen-containing atmosphere at temperatures of approximately 550-800 ° C. (“conditioned”). To avoid an undesired chemical reaction of the high-epsilon dielectric / ferroelectric 13 with the electrodes 11 , 12 , these are made of Pt (or another sufficiently temperature-stable and inert material).
Zur Herstellung der Elektroden 11, 12 sind weitere Abscheide prozesse vor und nach dem Abscheiden des Hoch-Epsilon-Dielek trikums/Ferroelektrikums 13 erforderlich.To produce the electrodes 11 , 12 , further deposition processes are required before and after the deposition of the high-epsilon dielectric / ferroelectric 13 .
Bei dem erwähnten Temperschritt kann z. B. Bi, Ba, Sr aus dem Hoch-Epsilon-Dielektrikum/Ferroelektrikum 13 durch die untere Pt-Elektrode 11 hindurchdiffundieren. Ferner weist Pt bei Temperaturen oberhalb etwa 550°C eine hohe Diffusionsfähig keit in Si auf. Zum Schutz der Anschlußstruktur 9 ist daher unterhalb der unteren Pt-Elektrode 11 eine durchgängige und hochleitfähige Barriereschicht 14 aus TiN, TaN, Ir, IrO2, Mo Si2 oder einem anderen geeigneten Material vorgesehen. Auch die Barriereschicht 14 wird durch einen Abscheideprozeß (und gegebenenfalls einem nachfolgenden Temperschritt) erzeugt, welcher gemäß der dargestellten Schichtfolge vor dem Abschei den der Pt-Elektroden 11, 12 und des Hoch-Epsilon-Dielektri kums/Ferroelektrikums 13 ausgeführt wird.In the above-mentioned tempering step z. B. Bi, Ba, Sr from the high-epsilon dielectric / ferroelectric 13 diffuse through the lower Pt electrode 11 . Furthermore, Pt has a high diffusibility in Si at temperatures above about 550 ° C. To protect the connection structure 9 , a continuous and highly conductive barrier layer 14 made of TiN, TaN, Ir, IrO 2 , Mo Si 2 or another suitable material is therefore provided below the lower Pt electrode 11 . The barrier layer 14 is generated by a deposition process (and possibly a subsequent tempering step), which is carried out according to the layer sequence shown before the deposition of the Pt electrodes 11 , 12 and the high-epsilon dielectric / ferroelectric material 13 .
Sämtliche der für den Kondensator- und Barriereschichtaufbau benötigten "neuartigen" Substanzen (Metalle und Seltenerdme talle) könnten bei den erwähnten Abscheideprozessen direkt mit der - üblicherweise freiliegenden - Rückseite der Si- Halbleiterscheibe in Kontakt gekommen sein und in das Halb leitersubstrat eingedrungen sein. Um zu verhindern, daß diese Substanzen in einem nachfolgenden Temperaturbehandlungs schritt in Richtung der Bauelementregionen diffundieren und diese somit beeinträchtigen, wird vor einem derartigen Tempe raturbehandlungsschritt auf der Rückseite der Si-Halbleiter scheibe eine Getter-Schicht 15 erzeugt. Diese Getter-Schicht 15 wird beispielsweise dadurch hergestellt, daß Phosphor- oder Bor-Ionen bis in eine oberflächennahe Tiefe der Rücksei te der Halbleiterscheibe implantiert werden. Typische Implan tationsdosen liegen im Bereich 1018-1020 Atome/cm2, wobei die Oberflächenkonzentration eine Größenordnung höher liegen sollte. Anstelle einer Implantation kann auch eine Plasmado tierung (Plasmadoping) durchgeführt werden.All of the "new" substances (metals and rare earth metals) required for the capacitor and barrier layer structure could have come into direct contact with the above-mentioned deposition processes with the - usually exposed - back of the Si semiconductor wafer and have penetrated into the semiconductor substrate. In order to prevent these substances from diffusing in a subsequent temperature treatment step in the direction of the component regions and thus impairing them, a getter layer 15 is produced before such a temperature treatment step on the back of the Si semiconductor wafer. This getter layer 15 is produced, for example, by implanting phosphorus or boron ions to a depth close to the surface of the rear side of the semiconductor wafer. Typical implantation doses are in the range 10 18 -10 20 atoms / cm 2 , whereby the surface concentration should be an order of magnitude higher. Instead of an implantation, plasma doping can also be carried out.
Durch die Implantation von Phosphor und Bor wird im Silizium- Kristall interner Streß induziert, durch den Versetzungen er zeugt werden. Diese Versetzungen sind die Keimzellen für Pt- P- oder die Pt-B-Komplexe. Diese Komplexe können relativ leicht in naßchemischen Lösungen entfernt werden, ohne daß sich Platin auf Silizium erneut anlagert. Bei diesem naßche mischen Ätzschritt kann beispielsweise eine HF/HNO3-Mischung verwendet werden. Es sind jedoch auch andere Säuremischungen, wie beispielsweise Königswasser, denkbar. Unter Umständen ist noch eine Nachbehandlung mit HNO3 wünschenswert oder erfor derlich.The implantation of phosphorus and boron induces internal stress in the silicon crystal, through which dislocations are generated. These dislocations are the nucleus for Pt-P or Pt-B complexes. These complexes can be removed relatively easily in wet chemical solutions without platinum re-attaching to silicon. In this wet chemical etching step, for example, an HF / HNO 3 mixture can be used. However, other acid mixtures, such as aqua regia, are also conceivable. Aftertreatment with HNO 3 may be desirable or necessary.
Wie bereits oben dargelegt, muß das Hoch-Epsilon-Dielektri kum/Ferroelektrikum 13 in einer Sauerstoff-haltigen Atmosphä re bei Temperaturen von etwa 550-800°C mehrfach getempert werden. Diese Temperaturbehandlungsschritte können derart eingesetzt werden, daß sie gleichzeitig dazu dienen, daß in dem erfindungsgemäßen Reinigungsverfahren die Fremdsubstanzen zu den Getter-Zentren diffundieren. Es kann somit vor jeder für die Bauelementherstellung vorgesehenen Temperaturbehand lung eine Ionen-Implantation an der Wafer-Rückseite zur Er zeugung einer Getter-Schicht 15 durchgeführt werden und nach dem Temperaturbehandlungsschritt die Getter-Schicht 15, bzw. hauptsächlich die Pt-P-Komplexe in der Getter-Schicht 15 durch einen naßchemischen Ätzschritt entfernt werden. Dadurch können die ohnehin bei der Prozessierung des Halbleiterbau elements benötigten Temperaturbehandlungsschritte zusätzlich bei dem Getter-Prozeß eingesetzt werden. Darüber hinaus kön nen natürlich, falls gewünscht und erforderlich, weitere er findungsgemäße Reinigungsschritte vorgenommen werden. Die Getter-Schicht 15 kann demgemäß vor, während oder nach der Herstellung des MOS-Transistors 2, 3, 4, 5, 6 durch Ionen- Implantation erzeugt und durch einen naßchemischen Ätzschritt entfernt werden, wobei stets ein Temperaturbehandlungsschritt dazwischengeschaltet ist.As already explained above, the high-epsilon dielectric / ferroelectric 13 must be repeatedly annealed in an oxygen-containing atmosphere at temperatures of approximately 550-800 ° C. These temperature treatment steps can be used in such a way that they simultaneously serve to ensure that the foreign substances diffuse to the getter centers in the cleaning process according to the invention. It is thus possible to carry out an ion implantation on the back of the wafer to produce a getter layer 15 before each temperature treatment provided for the component production, and after the temperature treatment step the getter layer 15 , or mainly the Pt-P complexes in the getter layer 15 can be removed by a wet chemical etching step. As a result, the temperature treatment steps required anyway in the processing of the semiconductor component can additionally be used in the getter process. In addition, of course, if desired and necessary, further cleaning steps according to the invention can be carried out. The getter layer 15 can accordingly be generated before, during or after the production of the MOS transistor 2 , 3 , 4 , 5 , 6 by ion implantation and removed by a wet chemical etching step, a temperature treatment step being always interposed.
Claims (10)
- - eine oberflächennahe Getter-Schicht (15) dadurch erzeugt wird, daß Ionen mindestens eines bestimmten Elements durch mindestens eine Hauptoberfläche der Halbleiterscheibe (1) in eine oberflächennahe Zone eingebracht werden,
- - die Metall- und/oder Seltenerdmetall-Substanzen und die eingebrachten Ionen in einem Temperaturbehandlungsschritt an Kristallversetzungen innerhalb der Getter-Schicht (15) unter Bildung von Komplexen gegettert werden,
- - in einem naßchemischen Ätzschritt die Getter-Schicht (15) von der mindestens einen Hauptoberfläche entfernt wird.
- a near-surface getter layer ( 15 ) is produced by introducing ions of at least one specific element through at least one main surface of the semiconductor wafer ( 1 ) into a near-surface zone,
- the metal and / or rare earth metal substances and the ions introduced are gettered in a temperature treatment step at crystal dislocations within the getter layer ( 15 ) to form complexes,
- - In a wet chemical etching step, the getter layer ( 15 ) is removed from the at least one main surface.
- - die zu entfernende Substanz Platin ist und das Element der implantierten Ionen Phosphor und/oder Bor ist.
- - The substance to be removed is platinum and the element of the implanted ions is phosphorus and / or boron.
- - die Ionen durch eine Implantation eingebracht werden.
- - The ions are introduced by implantation.
- - die Dosis der Implantation 1018-1020 Atome/cm2 beträgt.
- - The dose of the implantation is 10 18 -10 20 atoms / cm 2 .
- - die Ionen durch eine Plasmadotierung eingebracht werden.
- - The ions are introduced by plasma doping.
- - bei dem naßchemischen Ätzschritt eine HF/HNO3-Mischung ver wendet wird und gegebenenfalls eine Nachbehandlung mit HNO3 durchgeführt wird.
- - In the wet chemical etching step, an HF / HNO 3 mixture is used and, if appropriate, an aftertreatment with HNO 3 is carried out.
- - die Verfahrensschritte mehrmals hintereinander durchgeführt werden.
- - The process steps are carried out several times in succession.
- - im Verlaufe der Prozessierung ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 an der anderen Hauptoberfläche der Halblei terscheibe (1) ein- oder mehrmals durchgeführt wird.
- - In the course of processing, a method according to one of claims 1 to 7 on the other main surface of the semiconductor plate ( 1 ) is carried out one or more times.
- - mindestens einer der Temperaturbehandlungsschritte gleich zeitig eine Funktion bei der Prozessierung des Halbleiterbau elements erfüllt.
- - At least one of the temperature treatment steps simultaneously fulfills a function in the processing of the semiconductor device.
- - das Halbleiterbauelement ein Speicherbauelement mit ferro elektrischem Dielektrikum ist und der mindestens eine Tempe raturbehandlungsschritt gleichzeitig der Konditionierung des ferroelektrischen Dielektrikum dient.
- - The semiconductor component is a memory component with ferroelectric dielectric and the at least one temperature treatment step serves simultaneously to condition the ferroelectric dielectric.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19950563A DE19950563A1 (en) | 1999-10-20 | 1999-10-20 | Process for cleaning a monocrystalline silicon semiconductor wafer |
| PCT/DE2000/003498 WO2001029888A1 (en) | 1999-10-20 | 2000-10-04 | Method for the cleaning of a monocrystalline silicon semi-conductor disk |
| TW089121787A TW517303B (en) | 1999-10-20 | 2000-10-18 | Method for cleaning mono-crystal silicon-semiconductor wafer and for processing a semiconductor-component |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19950563A DE19950563A1 (en) | 1999-10-20 | 1999-10-20 | Process for cleaning a monocrystalline silicon semiconductor wafer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19950563A1 true DE19950563A1 (en) | 2001-05-03 |
Family
ID=7926302
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19950563A Ceased DE19950563A1 (en) | 1999-10-20 | 1999-10-20 | Process for cleaning a monocrystalline silicon semiconductor wafer |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19950563A1 (en) |
| TW (1) | TW517303B (en) |
| WO (1) | WO2001029888A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7666761B2 (en) | 2004-03-25 | 2010-02-23 | Elpida Memory, Inc. | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0466014A2 (en) * | 1990-07-05 | 1992-01-15 | Kabushiki Kaisha Toshiba | External gettering during manufacture of semiconductor devices |
| JPH04137632A (en) * | 1990-09-28 | 1992-05-12 | Fujitsu Ltd | Manufacture of semiconductor device |
| US5700333A (en) * | 1995-03-27 | 1997-12-23 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Thin-film photoelectric conversion device and a method of manufacturing the same |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58147126A (en) * | 1982-02-26 | 1983-09-01 | Toshiba Corp | Formation of thermal oxide film |
| US5254504A (en) * | 1989-04-13 | 1993-10-19 | Trustees Of The University Of Pennsylvania | Method of manufacturing ferroelectric MOSFET sensors |
| JPH07201872A (en) * | 1993-12-28 | 1995-08-04 | Kawasaki Steel Corp | Gettering method for semiconductor wafer |
-
1999
- 1999-10-20 DE DE19950563A patent/DE19950563A1/en not_active Ceased
-
2000
- 2000-10-04 WO PCT/DE2000/003498 patent/WO2001029888A1/en not_active Ceased
- 2000-10-18 TW TW089121787A patent/TW517303B/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0466014A2 (en) * | 1990-07-05 | 1992-01-15 | Kabushiki Kaisha Toshiba | External gettering during manufacture of semiconductor devices |
| JPH04137632A (en) * | 1990-09-28 | 1992-05-12 | Fujitsu Ltd | Manufacture of semiconductor device |
| US5700333A (en) * | 1995-03-27 | 1997-12-23 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Thin-film photoelectric conversion device and a method of manufacturing the same |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| VOSSEN, J.L. and KERN, W. (Hrsg.): Thin Film Processes, Academic Press, 1978, p. 438,Table III * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7666761B2 (en) | 2004-03-25 | 2010-02-23 | Elpida Memory, Inc. | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2001029888A1 (en) | 2001-04-26 |
| TW517303B (en) | 2003-01-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE69427959T2 (en) | Integrated circuit with improved contact barrier | |
| DE10000005C1 (en) | Method for producing a ferroelectric semiconductor memory | |
| DE69628704T2 (en) | Process for producing an oxide film on the surface of a semiconductor substrate | |
| DE69329376T2 (en) | Method of making an SOI transistor DRAM | |
| DE3916228C2 (en) | Semiconductor memory device with stacked capacitor cell structure and method for its production | |
| DE69425527T2 (en) | Oxidation of silicon nitride in the manufacture of semiconductor devices | |
| DE69529942T2 (en) | Method for producing a semiconductor component with a capacitive element | |
| DE69125323T2 (en) | Methods of making insulating films, capacitors, and semiconductor devices | |
| EP1128428B1 (en) | Method of manufacturing a semiconductor device | |
| DE102004013928A1 (en) | Trench isolation with doped oxide trench filling | |
| DE4229628A1 (en) | Stacked semiconductor device with high bonding precision - includes semiconductor substrates bonded together by moderate temp. heat treatment | |
| DE19749345A1 (en) | MOSFET semiconductor component with SOI structure | |
| DE102019129936B4 (en) | RRAM DEVICE WITH IMPROVED PERFORMANCE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME | |
| DE19947053C1 (en) | Trench capacitor used in the production of integrated circuits or chips comprises a trench formed in a substrate, an insulating collar, a trenched sink, a dielectric layer and a conducting trench filling | |
| HK1043874A1 (en) | Reduced degradation of metal oxide ceramic due to diffusion of a mobile specie therefrom | |
| DE10032213A1 (en) | Capacitor for semiconductor memory device and method for its production | |
| WO2003098694A1 (en) | Layer arrangement and memory arrangement | |
| DE69720441T2 (en) | Component with controlled line | |
| DE10350354B4 (en) | Orientation-independent oxidation of nitrided silicon | |
| DE19963500C2 (en) | Method for producing a structured layer containing metal oxide, in particular a ferroelectric or paraelectric layer | |
| DE10053171C2 (en) | Method for producing a ferroelectric or paraelectric metal oxide-containing layer and a memory component therefrom | |
| DE10214065B4 (en) | A method of making an improved metal silicide region in a silicon-containing conductive region in an integrated circuit | |
| EP1166339A1 (en) | Method of processing a monocrystalline semiconductor disk and partially processed semiconductor disk | |
| DE102024137684A1 (en) | Integrated high-k capacitor with deep trench and process | |
| DE10164741A1 (en) | Multiple deposition of metal layers to produce the upper capacitor electrode of a trench capacitor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8131 | Rejection |