GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum
Herstellen einer Halbleitervorrichtung und Verfahren zum
Verarbeiten eines Halbleitersubstrats.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
(Erster Stand der Technik)
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Beim Herstellen einer Halbleitervorrichtung ist allgemein
eine Mikrominiaturisierungsverarbeitung einer der wichtigen
Schritte. Bei diesem Schritt können beliebige erwünschte
Charakteristiken der Halbleitervorrichtung erzielt werden,
indem Elemente elektrisch voneinander isoliert werden. Aus
diesem Zweck wurden im Stand der Technik die
Vorrichtungselemente elektrisch isoliert, in Übereinstimmung
mit einem lokalen Substratoxidataionsverfahren, das als
LOCOS- (lokalisierte Oxidation von Silizium) Verfahren
bezeichnet wird. Bei diesem LOCOS-Verfahren, wie in Fig. 4
gezeigt, wird lokal ein dicker Oxidfilm (Feldoxidfilm) 14 auf
Grundlage einer Wasserstoffverbrennungsoxidation gebildet, so
daß die Elemente voneinander elektrisch isoliert werden
können.
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Genauer gesagt wird, wie in Fig. 4(A) gezeigt, ein Pad-
Oxidfilm 12 auf einem Si-Subtrat 11 ausgebildet. Weiter wird
ein Nitridfilm 13 als eine Maske gegen eine Oxidation in
einem Bereich ausgebildet, der einem vorbestimmten
Elementausbildungsbereich auf dem Pad-Oxidfilm 12 entspricht.
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Danach wird, wie in Fig. 4(B) gezeigt, lokal ein Oxidfilm 14
auf Grundlage einer Wasserstoffverbrennungsoxidation
ausgebildet.
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Nachfolgend, wie in Fig. 4(C) gezeigt, werden der Nitridfilm
13 und der dünne Oxidfilm (Pad-Oxidfilm) 12 in ihrem
Mittenbereich geätzt.
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Danach wird, wie in Fig. 4(D) gezeigt, das gesamte Substrat
wiederum oxidiert, um einen Feldoxidfilm 14A und 14B zwischen
beiden dicken Abschnitten des Oxidfilms 14 auszubilden.
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Wie es sich aus der obigen Beschreibung ergibt, kann ein
Elementbereich ausgebildet werden, der durch den dicken
Feldoxidfilm 14 umgeben wird. Auf den somit ausgebildeten
Elementbereichen sind verschiedene MOS-Transistoren und MOS-
Kondensatoren auszubilden. Mit dem Fortschreiten einer
höheren Integration und Mikrominiaturisierung der
Vorrichtungen haben sich jedoch, da die elektrischen
Charakteristiken, die für die Vorrichtungen gefordert werden,
immer schwieriger wurden, sich verschiedene Probleme mit dem
LOCOS-Verfahren ergeben. Eines der Probleme ist der
sogenannte Vogelschnabel. Der Vogelschnabel bedeutet hier,
daß sich ein vogelschnabelähnlicher Oxidfilmabschnitt 12A so
erstreckt, daß er dem Elementbereich gegenüberliegt, wenn,
wie in Fig. 4(B) gezeigt, im Querschnitt betrachtet. Dieser
Vogelschnabel wird ausgebildet, weil Sauerstoff unter den
Nitridfilm 13 eindringt, der als eine Oxidationsmaske
verwendet wird, wenn der Feldoxidfilm in Übereinstimmung mit
dem LOCOS-Verfahren selektiv oxidiert wird. Daher muß, bevor
der Gateoxidfilm 14A ausgebildet wird, der Vogelschnabel (der
relativ dünne Oxidfilm 12A, der auf dem Elementbereich
ausgebildet ist) vollständig weggeätzt werden. In diesem
Vorätzvorgang wird daher eine ausreichende
Ätzverarbeitungszeit im Hinblick auf einen Bereich
festgelegt, um den Oxidfilm 12A vollständig zu entfernen. In
diesem Fall werden jedoch, da der Feldoxidfilm 14
unvermeidlich etwas weggeätzt wird, so wie dies in Fig. 4(C)
gezeigt ist, Ecken 11A an jedem Endabschnitt des
Elementbereichs ausgebildet, was zur Folge hat, daß sich die
Planarisierung des Elementbereichs verschlechtert. Demzufolge
wird, da die Oxidationsgeschwindigkeit langsamer an den
Eckenabschnitten ist als die Oxidationsgeschwindigkeit an
anderen Abschnitten, wenn der Gateoxidfilm 14A unter diesen
Bedingungen ausgebildet wird, der Oxidfilm 14 lokal
ausgedünnt (als Dünnen bezeichnet), so daß der dünne
Abschnitt 14B ausgebildet wird. Folglich besteht ein Problem
darin, daß der Oxidfilm ausgehend von diesem ausgedünnten
Gateoxidfilm 14A leicht durchbricht.
(Zweiter Stand der Technik)
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Eine Anzahl von Verfahren zum Verarbeiten eines
Halbleiterwafers unter Verwendung von ultravioletten Strahlen
wurden soweit vorgeschlagen. Diese Verfahren betreffen vor
allem das Ozonoxidationsverfahren, wobei Ozon oder
Aktivsauerstoff aus Sauerstoff in Wasser oder Luft unter
Verwendung von ultravioletten Strahlen gebildet wird, um
organische Substanzen von der Oberfläche des Halbleiterwafers
durch eine starke Oxidationsswirkung des gebildeten Ozons zu
entfernen.
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Als ein sich vom Ozonoxidationsverfahren unterscheidendes
Verfahren, das ultraviolette Strahlen verwendet, ist soweit
ein Trockenwaschverfahren bekannt, wie beispielsweise
Radikalisierung von unterschiedlichen reaktiven Gasen. Im
Falle eines Naßwaschens wurde andererseits über das oben
erwähnte Ozonoxidation hinaus nur allgemein auf das Entfernen
von anorganischen Substanzen Bezug genommen.
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Weiter sind vom Standpunkt eines Halbleiterwaferwaschens die
wichtigen Parameter eine Metallkontaminierung und Partikel,
die auf der Oberfläche des Wafers anhaften. Da der
Halbleiterwafer nicht in größerem Umfang durch die Außenwelt
verunreinigt ist, ist beim normalen Vorgehen das Entfernen
von organischen Substanzen lediglich auf das Entfernen eines
Resists beschränkt. Als eine Folge wurde oft Naßwaschen
verwendet. Im Falle eines alkalischen Waschens ist es
möglich, Partikel effektiv zu entfernen, da die Oberfläche
des Halbleiterwafers geätzt werden kann. Bei diesem Verfahren
bestehen jedoch einige Probleme darin, daß schwer verhindert
werden kann, daß Metall durch die Waferoberfläche absorbiert
wird, oder daß die Waferoberflächenrauheit verschlechtert
wird. Im Gegensatz dazu kann im Falle eines sauren Waschens,
obwohl eine Metallkontaminierung effektiv entfernt werden
kann, Partikel nicht effektiv entfernt werden, da die
Oberfläche des Halbleiterwafers nicht geätzt werden kann. Als
eine Folge wurden das alkalische und saure Waschen im Stand
der Technik oft in Kombination verwendet. Ein solches
Waschverfahren ist jedoch nicht optimal.
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Auf der anderen Seite wurden bisher als
Metallverunreinigungsanalyseverfahren des Halbleiterwafers
sowohl bei der Oberflächenanalyse als auch Massenanalyse
unterschiedliche hochsensitive Methoden entwickelt. Im Falle
der Oberflächenanalyse sind insbesondere z. B. TRXRF
(Totalreflektions-Röntgenstrahlungsfluoreszenzspektroskopie)
oder VPD (Dampfphasen-Dekompositionsverfahren) und/oder AAS
(Atomabsorptionsspektroskopie) (z. B. Dampfphasen-Spaltungs-
Atomabsorptionsspektroskopie) für die hochsensitive Analyse
effektiv. Weiter wurden im Fall der Massenanalyse Verfahren
verwendet, wie z. B. daß: die Oberfläche eines
Halbleitersubstrats durch Verwendung einer Mischflüssigkeit
(Fluorwasserstoff (Flußsäure)- und Salpetersäure) aus
Fluorwasserstoffsäure (Flußsäure) und Salpetersäure geätzt
wird, und daß weiter die erwärmte und konzentrierte
Ätzflüssigkeit in Übereinstimmung mit dem AAS-Verfahren oder
ähnlichem so analysiert wird, daß: ein Stück des
Halbleiterwafers durch eine volle Fluorwasserstoff- und
Salpetersäurelösung aufgelöst wird, und der aufgelöste Wafer
in Übereinstimmung mit dem AAS (flammenlose
Atomabsorptionsspektroskopie) von ICP (induktionsgekoppeltes
Plasita) und/oder MS (Massenspektroskopie) (d. h.
induktionsgekoppelte Plasmamassenspektroskopie) analysiert
wird.
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In der Praxis ist aufgrund des thermischen Vorgangs
unmittelbar vor der Analyse die Verteilung von metallischen
Verunreinigungen im Halbleiterwafer jedoch höchst
unterschiedlich. Zusätzlich besteht in vielen Fällen die
Tendenz, daß die metallischen Verunreinigungen hauptsächlich
in der äußersten Oberfläche auftreten und graduell in
Richtung auf das Massenzentrum hin abnehmen. Aufgrund der
Umstände sind metallische Verunreinigungen eingeschlossen und
an den Kristalldefekten in der Nähe des Massenzentrums
abgelagert, so daß die Verteilung von metallischen
Verunreinigungen in Tiefenrichtung höchst unterschiedlich
ist. Mit anderen Worten, um die Verteilung der metallischen
Verunreinigungen im Halbleiterwafer festzustellen, ist es
wichtig, das Ätzmittel zu analysieren, das für ein Ätzen der
Halbleiteroberfläche verwendet wird. Auf der anderen Seite
ist allgemein eine Säure in relativ hoher Konzentration
erforderlich, um die Oberfläche des Halbleiterwafers zu
analysieren, da der Halbleiterwafer unter Verwendung eines
Ätzmittels auf Grundlage von Fluorwasserstoff-Salpetersäure
geätzt wird. Weiter, da die Reaktionsfähigkeit des Ätzmittels
hoch ist, startet die Reaktion unmittelbar, nachdem das
Ätzmittel mit dem Halbleiterwafer in Kontakt gekommen ist.
Als eine Folge wird das Ätzen nicht gleichmäßig bewirkt, und
zusätzlich sind hochreine Chemikalien essentiell
erforderlich. Insbesondere, wenn die äußerste Schicht von
ungefähr 10 nm zu analysieren ist, ist der analysierte Wert
in hohem Ausmaße dem Einfluß der Verunreinigung der
Chemikalien und der Gleichmäßigkeit des Ätzens unterworfen.
(Dritter Stand der Technik)
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Der monokristalline Wafer, der für Halbleitersubstrate vom
MOS-Typ verwendet wird, wird gebildet, indem zuerst
polykristallines Silizium in einem Schmelztiegel geschmolzen
wird, ein monokristalliner Block gemäß einem Ziehverfahren
hergestellt wird, als CZ- (Czochralski) Verfahren bezeichnet,
und weiter, indem der Block in einen Wafer geschnitten wird.
Das als Rohmaterial verwendete, polykristalline Silizium wird
gebildet, indem Quarzit in festes Silizium reduziert wird,
und indem weiter das feste Silizium in einigen Stufen
verfeinert wird. Das gebildete polykristalline Silizium wird
in einem Quarzschmelztiegel als Rohmaterial geschmolzen, um
monokristallines Silizium zu ziehen. Bevor es in den
Quarzschmelztiegel gebracht wird, wird die Oberfläche des
polykristallinen Siliziums durch eine Mischlösung aus Säure
und Salpetersäure um ungefähr 1 bis 5 um geätzt, um
Verunreinigungen von der Oberfläche des polykristallinen
Siliziums zu entfernen.
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Die Reinheit des für das Verfahren des Standes der Technik
verwendeten polykristallinen Siliziums ist sehr hoch.
Allgemein enthält der durch Verwendung des hochreinen
polykristallinen Siliziums gebildete Siliziumwafer jedoch
genug metallische Verunreinigungen, um die
Vorrichtungscharakteristiken zu verschlechtern. Als eine
Folge der Analyse der durch ein Auflösen des Siliziumwafers
durch eine Mischlösung aus Säure und Salpetersäure erhaltenen
Flüssigkeit mit der flammenlosen Atomspektroskopie war
bekannt, daß Fe mit 10¹&sup0; Atom/cm³ und Al mit 10¹¹ Atomen/cm³
vorliegt. Wie bereits ausgeführt, obwohl die Verunreinigungen
auf der Oberfläche des polykristallinen Siliziums entfernt
werden können, können die in dem polykristallinen Silizium
enthaltenen metallischen Verunreinigungen in der Praxis nicht
entfernt werden.
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Wie oben beschrieben, besteht beim Verfahren des Standes der
Technik, da ein dünner Abschnitt im Gateoxidfilm vorhanden
ist, ein Problem darin, daß der Gateoxidfilm ausgehend von
diesem dünnen Abschnitt leicht durchbricht. Zusätzlich
bestehen andere Probleme darin, daß es schwierig ist, den
Halbleiterwafer zu waschen und weiter die metallischen
Verunreinigungen des Halbleiterwafers zu analysieren. Weiter,
obwohl die Verunreinigungen an der Oberfläche des
polykristallinen Siliziums entfernt werden können, besteht
ein Problem darin, daß es schwierig ist, die metallischen
Verunreinigungen im polykristallinen Silizium zu entfernen.
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Die US-A-5,234,540 beschreibt einen Vorgang zum Ätzen von
Oxidfilmen auf einem Halbleiter und anderen Substraten.
Wasserfreies Wasserstoff-Fluorid- (AHF) Gas oder andere
halogenenthaltene Gase und Alkoholdampf, durch ein inertes
Gas geführt, wie beispielsweise Stickstoff, werden über zu
ätzende Oxide geführt. Die UV-Bestrahlung leuchtet durch ein
Fenster und trifft auf die Oxide auf, während die Gase
strömen.
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Weiter beschreibt die EP 0 438 727 A2 ein Verfahren zum
Verarbeiten von Halbleiteroberflächen unter Verwendung von
wäßrigen Lösungen, einschließlich organischen
Zusammensetzungen, und unter Verwendung von Säuren, die das
Halbleitermaterial nicht oxidieren. Nach einem Verarbeiten
des Halbleitermaterials unter Verwendung der wäßrigen Lösung
kann ein Nachverarbeiten mit UV-Strahlung angewandt werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu verhindern, daß
die Filmdicke des Gateoxidfilms (gebildet, nachdem der
Feldoxidfilm gebildet wurde) am Halbleitersubstrat (Wafer)
vermindert wird, während verhindert wird, daß dessen
Oberfläche durch Metall verunreinigt wird und die
Oberflächenrauheit verschlechtert wird, und die metallischen
Verunreinigungen innerhalb des Wafers zu reduzieren.
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Diese Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst.
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Ein Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung stellt ein
Verfahren zum Verarbeiten eines Halbleitersubstrats bereit,
welches umfaßt: Ein Aussetzen eines Halbleiterwafers einer
sauren wäßrigen Lösung in einem ersten Schritt; und
Beleuchten von ultravioletten Strahlen auf den der sauren
wäßrigen Lösung ausgesetzten Halbleiterwafer in einem zweiten
Schritt, um den Halbleiterwafer zu ätzen.
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In einem weiteren Gesichtspunkt stellt die vorliegende
Erfindung ein Verfahren zum Verarbeiten eines
Halbleitersubstrats bereit, welches umfaßt: Einbringen eins
Wafers (51) in eine Kammer und Austauschen eines Gases in der
Kammer mit Argongas in einem ersten Schritt; Entfernen eines
auf dem Wafer (51) ausgebildeten natürlichen Oxidfilms in
einem zweiten Schritt; und Anwenden einer wäßrigen
Salzsäurelösung auf einer Oberfläche des Wafers (51) unter
Bestrahlung mit ultravioletten Strahlen zum Ätzen in einem
dritten Schritt.
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Weiter stellt ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden
Erfindung ein Verfahren zum Verarbeiten eines
Halbleitersubstrats bereit, welches umfaßt: Einbringen eines
Wafers (51) in eine Kammer und Austauschen eines Gases in der
Kammer mit Argongas in einem ersten Schritt; und Anwenden
einer wäßrigen Fluorwasserstofflösung an einer Oberfläche des
Wafers (51) unter Beleuchtung mit ultravioletten Strahlen zum
Ätzen des Wafers (51) in einem zweiten Schritt.
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Da das Halbleitersubstrat während der Beleuchtung des
Halbleitersubstrats mit ultravioletten Strahlen und bei
Kontakt mit einer F-haltigen wäßrigen Lösung geätzt wird,
kann der Oxidfilm und das Halbleitersubstrat in einer
entsprechenden Geschwindigkeit gleichzeitig mit
hervorragender Steuerbarkeit geätzt werden, ohne die
Planarität des Substrats zu verschlechtern.
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Weiter, da der Halbleiterwafer während der Beleuchtung des
Halbleiterwafers mit ultravioletten Strahlen unter Aussetzung
in einer sauren wäßrigen Lösung geätzt wird, ist es möglich,
metallische Verunreinigung und an der Waferoberfläche
anhaftende Partikel zu entfernen, ohne die Oberflächenrauheit
zu verschlechtern. Weiter, da die in der für das Ätzen
verwendeten sauren wäßrigen Lösung aufgelösten Elemente
analysiert werden, ist es möglich, die
Verunreinigungselemente in der äußersten Schicht des
Halbleiterwafers mit höchster Präzision zu analysieren.
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Darüber hinaus, da die Elektronen im in dem polykristallinen
Silizium enthaltenen Metall für eine Rekombination an Löcher
geliefert werden, die durch eine Beleuchtung mit
ultravioletten Strahlen auf den Halbleiterwafer erzeugt
werden, und weiter, da die Elektronen als Ionen in die
wäßrige Lösung ausfließen, ist es möglich, die metallischen
Verunreinigungen im monokristallinen Siliziumwafer im
Vergleich zum Stand der Technik zu vermindern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 zeigt einen Längsquerschnitt einer Vorrichtung;
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Fig. 2(A) bis 2(D) zeigen Querschnitte, die ein Erläutern des
Vorgangs zum Bilden des Feldoxidfilms gemäß einem
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung
unterstützen;
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Fig. 3(A) und 3(B) zeigen Vergleichspläne statistischer
Durchbruchpositionen des Oxidfilms, erhalten nach
einer Isolationsdurchbruchmessung eines MOS-
Kondensators, wobei (A) den Fall des Standes der
Technik und (B) den Fall gemäß einem Gesichtspunkt
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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Fig. 4(A) bis 4(D) zeigen Querschnitte, um das Verfahren des
Standes der Technik zum Bilden des Feldoxidfilms zu
erläutern;
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Fig. 5 zeigt ein Flußdiagramm, um einen Gesichtspunkt der
vorliegenden Erfindung zu erläutern;
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Fig. 6 zeigt einen Längsquerschnitt einer Vorrichtung, die
gemäß einem Gesichtspunkt gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird;
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Fig. 7 zeigt eine grafische Darstellung der Rauheit (Ra)
mit Bezug auf die Verarbeitungszeit von
ultravioletten Strahlen gemäß einem Gesichtspunkt
gemäß der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 8 zeigt eine grafische Darstellung der Ätztiefe und
der Rauheit (Ra) mit Bezug auf die HF-
Konzentration;
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Fig. 9 zeigt ein Prozßabfolgediagramm einer ersten
Verarbeitung (Waferverarbeitung) gemäß einem
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 10 zeigt einen Längsquerschnitt eines ersten Beispiels
einer Vorrichtung, die gemäß einem Gesichtspunkt
der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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Fig. 11 zeigt einen Längsquerschnitt eines zweiten
Beispiels einer Vorrichtung, die gemäß dem zweiten
Gesichtspunkt (Waferanalyse) gemäß einem
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung verwendet
wird;
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Fig. 12 zeigt ein Abfolgediagramm, das eine zweite
Verarbeitung (Waferanalyse) gemäß einem
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung zeigt;
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Fig. 13 zeigt eine erste grafische Darstellung von Werten,
die die Änderung der Ätztiefe mit Bezug auf die
Verarbeitungszeit mit ultravioletten Strahlen
zeigt, wenn 35% HCL angewendet wird;
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Fig. 14 zeigt eine zweite grafische Darstellung von Werten,
die die Veränderung einer Ätztiefe mit Bezug auf
die Verarbeitungszeit mit ultravioletten Strahlen
zeigt, wenn 35% HCL angewendet wird;
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Fig. 15(A) und 15(B) zeigen grafische Darstellungen der
Oberflächenrauheitmessergebnisse der in Fig. 13
gezeigten Probe, erhalten durch ein AFM (atomic
force microscope);
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Fig. 16 zeigt eine Mikroskopfotografie der Oberfläche eines
unter Verwendung des AFM erhaltenen Wertes, der
erhalten werden kann, indem die erfaßten
elektrischen Signale auf die gleiche Weise wie bei
einem Elektronenmikroskop in ein Bild umgewandelt
werden, und wobei die Rauheit eines in O&sub2;-
verarbeiteten Wafers anstelle einer grafischen
Darstellung gezeigt wird;
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Fig. 17 zeigt eine grafische Darstellung der
Partikelentfernungs-Fähigkeit;
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Fig. 18 zeigt eine grafische Darstellung der
Vergleichsergebnisse einer Analyse der
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Oberflächenschichten zwischen dem Verfahren gemäß
dem Stand der Technik und der vorliegenden
Erfindung;
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Fig. 19 zeigt einen Teilquerschnitt eines Beispiels der
Vorrichtung, die gemäß einem Gesichtspunkt der
vorliegenden Erfindung verwendet wird; und
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Fig. 20 zeigt einen teilweisen Querschnitt eines weiteren
Beispiels der Vorrichtung, die gemäß einem
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung verwendet
wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Das Wesentliche eines Gesichtspunkts der vorliegenden
Erfindung kann wie folgt zusammengefaßt werden: Beim Vorgang
des Ätzens des bereits vorhandenen Oxidfilms im
Elementbereich (nach dem Vorgang eines Bildens des
Feldoxidfilms in Übereinstimmung mit dem LOCO-Verfahren, um
den Elementbereich abzutrennen, jedoch vor dem Vorgang des
Bildens des Gateoxidfilms) wird das Ausdünnen des
Gateoxidfilms verhindert, indem eine F-haltige wäßrige Lösung
auf das Substrat aufgebracht wird, oder indem das Substrat
dort hineingetaucht wird, und weiter, indem ultraviolette
Strahlen auf das Substrat unter den oben erwähnten
Bedingungen ausgesendet werden.
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Ein erstes Verfahren des ersten Gesichtspunktes der
vorliegenden Erfindung wird unterhalb mit Bezug auf die
Fig. 1 bis 3 beschrieben.
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Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum
Verarbeiten von ultravioletten Strahlen, die für die
vorliegende Erfindung verwendet wird. Diese Vorrichtung
umfaßt eine Substrattragestufe 5 zum Halten eines Si-
Substrats 1, auf dessen Oberfläche eine wäßrige Lösung 2
aufgebracht wird. An einer Position gegenüberliegend dem Si-
Substrat 1 ist, durch eine Saphirlampenabdeckung 3, eine
Lampe 4 für ultraviolette Strahlen bereitgestellt.
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Durch Verwendung dieser Verarbeitungsvorrichtung für
ultraviolette Strahlen wurde ein MOS-Kondensator in
Übereinstimmung mit dem Prozeß hergestellt, wie er in den
Fig. 2(A) bis 2(D) gezeigt ist, wobei diese die gleichen
sind, wie die in den Fig. 4(A) bis 4(D) gezeigten, mit
Ausnahme des durch Fig. 4(C) gezeigten Prozesses. D. h. das
durch den in Fig. 2(B) gezeigten Schritt erhaltene Si-
Substrat 1 wird durch den in Fig. 2(C) gezeigten Schritt
verarbeitet, unter Verwendung der in Fig. 1 gezeigten
Vorrichtung, so daß das Si-Substrat, wie in Fig. 2(D)
gezeigt, erhalten werden kann. Genauer gesagt, werden beim
Si-Substrat 1, wie in Fig. 2(B) gezeigt, zwei dicke
Feldoxidfilmabschnitte 14 auf beiden Seiten des
Elementbereichs ausgebildet, und weiter wird ein dünner Pad-
Oxidfilm 12 zwischen den zwei dicken Feldoxidfilmabschnitten
14 ausgebildet. Das Si-Substrat 1, wie in Fig. 2(B) gezeigt,
wird verarbeitet, um die äußersten Oberflächenbereiche des
Feldoxidfilms 14 und den Padoxidfilm 12 zu entfernen, mit dem
Ergebnis, daß das wie in Fig. 2(C) verarbeitete Substrat 1
erhalten werden kann. Detaillierter gesagt, wird der in Fig.
2(C) gezeigte Prozeß wie folgt bewirkt: Zuerst wird das
Substrat 1 auf die Vorrichtung gelegt, wie in Fig. 1 gezeigt,
und dann wird die Vorrichtung innerhalb einer
Sauerstoffatmosphäre gehalten. Danach wird das Substrat 1 mit
ultravioletten Strahlen beleuchtet, und weiter wird 0,05-HF
(wäßrige fluorwasserstoffsaure Lösung (wäßrige
Flußsäurelösung)) 2 auf das Substrat 1 aufgebracht. Die
0,05%-HF 2 wird durch Oberflächenspannung mit einer Dicke von
ungefähr 2 bis 4 mm gleichmäßig auf der Oberfläche des
Substrats 1 aufgebracht. Unter diesen Bedingungen wird das
Substrat 1 ungefähr für 10 Minuten gehalten, mit dem
Ergebnis, daß der Padoxidfilm 11 und der Feldoxidfilm 14
beide durch diese 0,05%-HF 2 geätzt werden. In diesem Fall,
nachdem der Padoxidfilm 12 vollständig weggeätzt worden ist,
wird das freigelegte 51-Substrat 1 (unter dem Padoxidfilm 12)
mit ungefähr der gleichen Ätzgeschwindigkeit wie der des
Oxidfilms geätzt, aufgrund des synergetischen Effekts von der
0,05%-HF 2 und den ultravioletten Strahlen.
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Nach dem oben erwähnten Verarbeiten wird das Si-Substrat 1
innerhalb der gleichen Vorrichtung gewaschen und dann
heraustransportiert. Beim wie oben beschrieben hergestellten
Si-Substrat 1 gibt es an der Schnittstelle zwischen dem
Feldoxidfilm 14 und der Oberfläche des freigelegten Si-
Substrates 1 keine Eckenabschnitte 11A, wie in Fig. 4(C)
gezeigt; d. h. das Substrat 1 wird in die flache Form
gebracht, wie in Fig. 4(C) gezeigt. Als eine Folge wird
danach, da keine Eckenabschnitte 11A vorhanden sind, auch
dann, wenn der Gateoxidfilm 14C ausgebildet wird, der
Oxidfilm 14C nicht wie in Fig. 4(D) gezeigt ausgedünnt
werden.
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Die Isolationsdurchbruchpositionen des Gateoxidfilms des MOS
Kondensators, der wie oben hergestellt ist, wurden gemessen,
und mit denen des in Übereinstimmung mit dem Verfahren des
Standes der Technik hergestellten MOS-Kondensators
verglichen.
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Die Fig. 3(A) und 3(B) zeigen die gemessenen Ergebnisse,
wobei (A) die Isolationsdurchbruchpositionen des MOS-
Kondensators des Standes der Technik darstellen und (B) die
gleichen Positionen des MOS-Kondensators gemäß der Erfindung
darstellen. Im Falle des MOS-Kondensators (A) des Standes der
Technik konzentrieren sich die Durchbruchpositionen des
Oxidfilms an den Kantenabschnitten des Oxidfilms, wie durch
die Markierungen X gezeigt. Auf der anderen Seite verteilen
sich die Durchbruchpositionen des Oxidfilms des
erfindungsgemäßen MOS-Kondensators (B) im wesentlichen
gleichmäßig über die gesamte Oberfläche des Oxidfilms, wie
ebenfalls durch Markierungen (X) gezeigt. Weiter war die
Durchbruchspannung, bei der ein Durchbruch auftritt, des
erfindungsgemäßen MOS-Kondensators höher als bei dem MOS-
Kondensator des Standes der Technik. Dies kann daher
herrühren, daß die ausgedünnten Abschnitte (die anderenfalls
beim Verfahren des Standes der Technik erzeugt würden) in den
Kantenabschnitten des erfindungsgemäßen Gateoxidfilms nicht
erzeugt werden. Weiter rührte dies daher, daß, wenn das
Substrat unter Verwendung der wäßrigen HF-Lösung in
Kombination mit den ultravioletten Strahlen geätzt wird, da
die Ätzgeschwindigkeit des Oxidfilms ungefähr mit der des Si-
Substrats ausgeglichen werden kann, die Selektionsrate von
beiden (Oxidfilm und Silizium) durch Ätzen in diesem Ausmaß
reduziert werden kann.
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Weiter wurde beim Verarbeiten mit der oben erwähnten
Vorrichtung eine Niederdruck-Quecksilber-Bogenlampe mit einer
Leistung von 80 mW/cm² als Lampe für ultraviolette Strahlen 4
verwendet. Die Lampe 4 wurde 2 cm entfernt vom Si-Substrat 1
angeordnet. Der Grund dafür, daß die Atmosphäre innerhalb der
Vorrichtung mit Sauerstoff ausgetauscht wurde ist der
folgende: Wenn die Planarisierungsrate im Elementbereich nach
dem Ätzvorgang mit Beleuchtung durch ultraviolette Strahlen
gemessen wurde, war die Planarisierungsrate in einer
Sauerstoffatmosphäre im Vergleich mit der einer
Argonatmosphäre hervorragend. Jedoch kann in der
Argonatmosphäre ein ähnlicher Ätzeffekt erzielt werden.
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Beim oben beschriebenen Vorgang scheint es, daß das Ätzen des
Si-Substrats 1 nicht von der Ozonbildung aus in der wäßrigen
Lösung vorhandenem Sauerstoff aufgrund der ultravioletten
Strahlen herrühren könnte, sondern von der Anodenauflösung
von Si, hervorgerufen von durch Lichtanregung des Siliziums
erzeugten Trägern. Als eine Folge ist es vorzuziehen, eine
Lichtquelle zu verwenden, deren Leistung so hoch wie möglich
ist. Wenn die wäßrige Lösung 2 auf das Substrat 1 aufgebracht
wird, muß eine Lösung verwendet werden, die den
Siliziumoxidfilm ätzen kann. Es ist jedoch vorzuziehen, daß
die Ätzgeschwindigkeit des Siliziumoxidfilms bei der
Beleuchtung mit ultravioletten Strahlen ungefähr die gleiche
wie die von Silizium ist, wie in der untenstehenden Tabelle 1
aufgelistet. Demzufolge wurde bei diesem Verfahren 0,05%
fluorwasserstoffsaure wäßrige Lösung als Chemikalie
verwendet. Ohne darauf beschränkt zu sein, ist es jedoch auch
möglich, wäßrige Fluorwasserstoffammoniumlösung oder
Hexafluorokieselsäure zu verwenden. In diesem Fall ist es
möglich, wenn der pH-Wert oder die Konzentration geeignet
eingestellt sind, den gleichen Effekt zu erzielen wie im Fall
der fluorwasserstoffsauren wäßrigen Lösung (wäßrigen
Flußsäurelösung).
Tabelle 1 (Ätzgeschwindigkeit von Si und SiO&sub2;)
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Natürlich können unterschiedliche Verfahren zum Aufbringen
einer Chemikalie auf das Substrat unter Beleuchtung mit
ultravioletten Strahlen verwendet werden, wie beispielsweise:
Das Substrat wird in ein flaches Gefäß getaucht; die
Flüssigkeit wird der Beleuchtung mit ultravioletten Strahlen
ausgesetzt gehalten; das Substrat wird rotiert; etc.
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Weiter kann als Mittel zum Ätzen von SiO&sub2; (Siliziumoxidfilm)
und Si (Substrat) bei Beleuchtung mit ultravioletten Strahlen
das Verfahren unter Verwendung der Fluorwasserstoff-
Salpetersäure (eine gemischte wäßrige Lösung von HF und HNO&sub3;)
verwendet werden. In dem Fall, bei dem die Fluorwasserstoff-
Salpetersäure verwendet wird, zeigten die Experimente des
Erfinders an, daß die Planarisierungsrate sich
verschlechterte und die Steuerbarkeit eines Ätzens sich
ebenso verschlechterte. Im Gegensatz dazu konnte im Falle des
Verfahrens, das den HF und die ultravioletten Strahlen gemäß
der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, verwendet,
das Ätzen von zumindest Silizium ausreichend durch
An/Ausschalten der Lichtquelle von ultravioletten Strahlen
oder durch ein Abschotten der Lichtquelle gesteuert werden.
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Zusätzlich kann die Ungleichmäßigkeit des Ätzens durch ein
Drehen des Substrats verringert werden.
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Da das Substrat mit ultravioletten Strahlen in Kontakt mit
der F-enthaltenen wäßrigen Lösung, wie beispielsweise
Fluorwasserstoffsäure (auf die gleiche Weise, wie dies beim
Verfahren des Standes der Technik der Fall war) beleuchtet
wird, ist es möglich, den Oxidfilm und das Substrat mit
äquivalenter Ätzgeschwindigkeit mit hervorragender
Steuerbarkeit zu ätzen, mit dem Ergebnis, daß der
Oxidfilmgeätzt werden kann, ohne die Planarität des Siliziumsubstrats
zu verschlechtern. Daher, wenn das Verfahren gemäß der
vorliegenden Erfindung angewendet wird, nachdem die Elemente
getrennt wurden, in Übereinstimmung mit dem LOCOS-Verfahren,
jedoch unmittelbar, bevor der Gateoxidfilm gebildet wird (als
Vorverarbeitung), ist es möglich, zu verhindern, daß die
Eckenabschnitte am Feldoxidfilm aufgrund des Über-Ätzens des
Feldoxidfilms ausgebildet werden, und dadurch wird es
möglich, ein Ausdünnen des Gateoxidfilms dort zu
unterdrücken.
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Das Wesentliche eines weiteren Gesichtspunkts kann wie folgt
zusammengefaßt werden: Eine wäßrige Lösung wird auf den
Halbleiterwafer aufgetragen; und ultraviolette Strahlen
werden auf den Halbleiterwafer unter diesen Bedingungen
ausgesendet, um den Halbleiterwafer zu ätzen. Weiter werden
metallische Verunreinigungen auf der äußersten Oberfläche des
Halbleiterwafers analysiert, indem die saure wäßrige Lösung
analysiert wird, die für den oben erwähnten Ätzprozeß
verwendet wird.
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Dieser Gesichtspunkt wird im folgenden mit Bezug auf die
Fig. 5 bis 18 beschrieben. Weiter wird das Verfahren dieses
Gesichtspunkts unterhalb mit Bezug auf die Fig. 9 bis 14
beschrieben.
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Eine Vorrichtung für die Bewertung der Analyse ist in Fig. 10
gezeigt. In der Zeichnung umfaßt die Vorrichtung ein
gefäßförmiges Vorrichtungsgehäuse 53, das sich nach oben hin
öffnet. Innerhalb dieses Gehäuses 53 ist eine innere Kammer
54 im schwebenden Zustand bereitgestellt. Weiter ist
innerhalb dieser inneren Kammer 54 eine Waferstufe 12
bereitgestellt, um einen Halbleiterwafer 51 drehbar zu
tragen. Weiter ist eine Düse 56 auf dem oberen Abschnitt der
inneren Wand der inneren Kammer 54 bereitgestellt. Eine
Chemikalie und reines (entmineralisiertes) Wasser wird durch
diese Düse 56 selektiv auf den Wafer 51 gesprüht. Daher baut
sich die durch die Düse 56 gesprühte Chemikalie 57 auf der
Oberfläche des Wafers auf, wie in Fig. 10 gezeigt. Weiter ist
das Gehäuse 53 durch einen oberen Deckel 58 bedeckt. Auf der
unteren Oberfläche des oberen Deckels 58 ist ein
Saphierfenster 59 gebildet, in dem eine
Niederdruckquecksilberlampe 55 angebracht ist, die von dem
oberen Deckel 58 herabhängt.
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Genauer gesagt, ist der Halbleiterwafer 51 an der Stufe 52
fixiert, die drehbar ist, und in vertikaler Richtung
beweglich ist, so daß sie der Niederdruckquecksilberlampe 55
durch das Saphirfenster 59 gegenübersteht. Das Gehäuse 53 ist
aus PTFE ausgebildet, und die innere Kammer 54 ist aus Quarz
ausgebildet. Die innere Kammer 54 ist in das Gehäuse 53 so
eingebracht, daß sie einen luftdichten Raum zwischen der
inneren Kammer 54 und dem Saphirfenster 59 bildet. Eine
Chemikalie oder reines Wasser wird auf den Halbleiterwafer 51
durch die fixierte Jet-Düse für eine Chemikalie/reines Wasser
56 über ein Schaltventil (nicht gezeigt) auf den
Halbleiterwafer 51 gesprüht. Die auf den Halbleiterwafer 51
gesprühte Chemikalie oder reines Wasser kann durch dessen
Oberflächenspannung auf der Oberfläche des Halbleiterwafers
51 so gehalten werden, wie durch 57 in Fig. 10 gezeigt.
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Weiter können die atmosphärischen Bestandteile der Kammer der
Vorrichtung auf beliebige erwünschte Komponenten eingestellt
werden, durch eine grobe Evakuation mit einer Vakuumpumpe und
durch ein Einbringen von Gas in die Kammer.
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In Experimenten wurde ein unter Verwendung eines Oxidfilms
gemusterter Halbleiterwafer 51 in Übereinstimmung mit einer
wie in Fig. 9 gezeigten Sequenz verarbeitet. Detaillierter
gesagt, wurde, nachdem der Wafer 51 in die Kammer (in Schritt
S11) gebracht worden ist, das Gas innerhalb der Kammer durch
Ar-Gas (in Schritt S12) ersetzt. Danach wurde der natürliche
Oxidfilm, der auf dem freiligenden Abschnitt des Si
ausgebildet ist, unter Verwendung von 0,5% (verdünnter) HF
(in Schritt S13) entfernt, und dann wurde der Wafer 51 einmal
getrocknet. Danach wurde 35% HCL (Salzsäure) auf den Wafer 51
(in Schritt S14) aufgebracht, und ultraviolette Strahlen
wurden für 30 Minuten auf den Wafer 51 ausgesendet (in
Schritt S15). Als eine Folge wurde, wie in den Fig. 15(A) und
(B) gezeigt, ein Unterschied eines Höhenniveaus von ungefähr
15 nm Tiefe beobachtet. Diese Graphen zeigen, daß der
Oxidfilm während des oben erwähnten Prozesses kaum weggeätzt
wurde. Weiter zeigen die Fig. 15(A) und (B), daß die Rauheit
vor und nach einem Ätzen gleichwertig ist. Insbesondere, wenn
die Kammeratmosphäre O&sub2; war, war die Rauheit vergleichsweise
hervorragend, wie in Fig. 16 gezeigt.
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Im Falle des Wafers, der bei hoher Temperatur verarbeitet
wird (z. B. insbesondere ein Epitaxialwafer oder Wasserstoff
getemperter Wafer) wird kein Oxidfilm auf dessen Oberfläche
existieren. Es war daher bekannt, daß Metall auf der
Oberfläche des Wafers abgelagert ist, wenn eine Chemikalie
darauf aufgebracht wird. Mit anderen Worten bestehen
metallische Verunreinigungen hoher Konzentration in der
Umgebung der Oberfläche als eine aktive Vorrichtungsschicht.
Im Falle des oben beschriebenen Halbleiterwafers ist die
Verarbeitung gemäß dem dritten Gesichtspunkt der vorliegenden
Erfindung (später beschrieben) effektiv; d. h. es ist möglich,
eine mit hoher Konzentration getrennte Verunreinigungsschicht
zu entfernen und abzuwaschen, ohne die Planarität zu
verschlechtern. Weiter ist der dritte Gesichtspunkt effektiv,
um Partikel zu entfernen, wie in Fig. 17 gezeigt.
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Im Falle eines Ätzens unter der Verwendung von HCL wurde ein
Ätzeffekt unter Verwendung von 7% HCL kaum erwartet. Daher
ist die Verwendung von HF vorzuziehen, wenn das selektive
Ätzen zwischen dem Oxidfilm und dem rohen Silizium nicht
wichtig ist.
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Weiter wurde in Schritt S14 von Fig. 9 zum Vergleich 0,5% HF
oder 0,05% HF (anstatt HCL) auf die oben erwähnte gemusterte
Probe aufgebracht. Mit anderen Worten wurde der im Schritt
S11 transportierte Halbleiterwafer 51, wie im Falle der Fig.
9, unter Verwendung von HF anstatt von HCL verarbeitet. Bei
dieser Vergleichsverarbeitung ist das Verarbeiten (3) (im
Schritt S13 in Fig. 9 gezeigt) unnötig. Beim Ätzen unter
Aufbringen von 0,5% HF wurde ein Oxidfilmmuster einer Dicke
von 100 nm durch die Beleuchtungsverarbeitung mit
ultravioletten Strahlen über 20 Minuten vollständig
weggeätzt. Im Falle eines dickeren Oxidfilms ist es daher vom
Standpunkt der Ätzgeschwindigkeit effektiv, die 0,5% HF zu
verwenden. Im Falle, bei dem 0,05% HF angewendet wurde, blieb
ein dicker Oxidfilm über, der nicht weggeätzt war. Weiter ist
es möglich, die Ätzselektivität zwischen dem Oxidfilm und
Silizium zu verbessern, sogar wenn die HF-Konzentration um
die Hälfte reduziert wird, da die Ätzrate ungefähr ein Halb
ist.
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Selbstverständlich kann im Falle des Wafers ohne
Oxidfilmmuster eine höhere Ätzgeschwindigkeit erzielt werden,
wenn HF höherer Konzentration auf den Wafer aufgebracht wird
und die ultravioletten Strahlen darauf ausgesendet werden.
Weiter können die an der Waferoberfläche anhaftenden Partikel
durch die Lift-Off-Verarbeitung von der Waferoberfläche
entfernt werden. Als ein Ergebnis wurde beobachtet, daß die
Anzahl von auf der Waferoberfläche anhaftenden Partikeln
reduziert war. Der verarbeitete Wafer hat eine
wasserabweisende (hydrophobe) Eigenschaft, so daß der
Zusteand Waferoberfläche so ist, daß Partikel leicht daran
anhaften. Wenn der Wafer durch Anwendung von reinem Wasser
und Beleuchtung mit ultravioletten Strahlen oder
Ozonoxidation verarbeitet wird, kontinuierlich nach der HF-
Anwendung und der Beleuchtung mit ultravioletten Strahlen,
ist es jedoch möglich, das Anhaften von Partikeln auf der
Waferoberfläche sowie metallische Verunreinigungen zu
unterdrücken.
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In diesem Zusammenhang war bei dem oben erwähnten Verfahren
die Niederdruckquecksilberlampe 55 eine Wirbellampe mit einem
Durchmesser von 150 mm und einer Leistung von 80 mW/cm². Wenn
jedoch eine Lichtquelle mit einer höheren Leistung oder einer
kürzeren Wellenlänge verwendet wird, kann die
Ätzgeschwindigkeit weiter erhöht werden.
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Fig. 11 zeigt eine Vorrichtung zum Analysieren der
metallischen Verunreinigungen auf der Oberfläche des wie oben
beschrieben verarbeiteten Wafers. In Fig. 11 umfaßt die
Vorrichtung ein Paar von Gehäusen 72 und 75, um den
Halbleiterwafer 71 festzuklemmen. An dem Gehäuse 75 ist ein
weiteres Gehäuse 79 über ein Saphierfenster 76 befestigt. Die
Innenseite des Gehäuses 79 kann durch N&sub2; oder Ar-Gas ersetzt
werden. Eine Niederdruckquecksilberlampe 77 ist luftdicht
innerhalb dieses Gehäuses 79 angeordnet. Eine Chemikalie und
reines Wasser kann selektiv in einen Raum 73 geliefert
werden, der zwischen dem Halbleiterwafer 71 und dem
Saphierfenster 79 innerhalb des Gehäuses 75 ausgebildet ist,
so daß der Raum 73 damit gefüllt werden kann. Die Chemikalie
oder das reine Wasser in diesem Raum 73 kann nach außen durch
ein Abflußventil 78 abfließen.
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Bei der wie oben aufgebauten Vorrichtung wurde der Wafer in
Übereinstimmung mit der in Fig. 12 gezeigten Sequenz
verarbeitet. Wenn der Wafer auf Grundlage einer chemischen
Reaktion unter Verwendung von einer auf Fluorwasserstoff-
Salpetersäure basierenden Chemikalie geätzt wurde, wie
bereits mit Bezug auf das Verfahren des Standes der Technik
ausgeführt wurde, resultierte die Ungleichmäßigkeit des
Ätzens auf der Waferoberfläche aus einer Zeitverzögerung beim
Liefern und/oder Abfließen der Chemikalie. Im Gegensatz dazu
trat beim vorliegenden Verfahren, da die Ätzzeit durch An-
oder Ausschalten der Lampe für ultraviolette Strahlen
eingestellt werden kann, die Ungleichmäßigkeit des Ätzens
nicht auf. Weiter ist es vorzuziehen, um metallische
Verunreinigungen und auf der Waferoberfläche anhaftende
Partikel vor einem Ätzen zu entfernen, den Wafer mittels
ultravioletter Strahlenverarbeitung in einer Chemikalie oder
unter Verwendung der Chemikalie des Standes der Technik
(verdünnte HF-Verarbeitung im Schritt S13 in Fig. 9 gezeigt)
zu waschen.
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Der folgende Vorgang kann auch angewendet werden:
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Ein SOI- (Silizium auf Isolator) Wafer wird als der
Halbleiterwafer 51 oder 71 verwendet. Eine Si-Schicht auf dem
SOI-Wafer wird durch HCL geätzt, und dann wird eine
Oxidschicht unter der Si-Schicht mit HF geätzt.
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Detaillierter gesagt umfaßt der SOI-Wafer das Si-Substrat
(Basis) die Oxidschicht (Zwischenschicht) und die Si-Schicht
(Oberflächenschicht). HCL wird auf die Si-Schicht
aufgebracht, die mit ultravioletten Strahlen beleuchtet wird.
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Die Si-Schicht wird mit HCL unter Beleuchtung mit
ultravioletten Strahlen (erster Verarbeitungsprozeß) geätzt.
Überschüssige Flüssigkeit nach dem Ätzen wird aufgefangen und
analysiert.
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Dann wird zum Ätzen HF auf die Oxidschicht aufgebracht
(zweiter Ätzprozeß). Überschüssige Flüssigkeit vom zweiten
Ätzprozeß wird aufgefangen und analysiert.
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Die Oxidschicht wird im ersten Ätzprozeß mit HCL nicht
geätzt, sondern nur mit dem HF im zweiten Ätzprozeß.
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Beim oben erwähnten Verfahren, obwohl HCL und HF als die
Chemikalien verwendet wurden, ist die dorthin einzubringende
Menge von Chemikalien jeweilig klein, da die Chemikalien in
den luftdichten Raum 73 eingebracht werden. Weiter, da unter
Verwendung einer verdünnten Chemikalie (z. B. 0,05% HF) ein
exzellenter Ätzeffekt erzielt werden kann, ist das Ätzen
bezüglich einer Änderung der Reinheit der Chemikalie selbst
nicht anfällig.
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Weiter ist es in dem Fall, bei dem Elektroden bereitgestellt
werden, um eine Spannung über dem Halbleiterwafer durch die
innerhalb des Raums 73 eingebrachte Chemikalie während der
Beleuchtung mit ultravioletten Strahlen anzulegen, möglich,
die Ätzgeschwindigkeit weiter zu verbessern.
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Hier können die für den oben erwähnten Ätzprozeß verwendeten
Chemikalien quantitativ oder qualitativ analysiert werden, in
Übereinstimmung mit AA5 (Atomadsorptionsspektroskopie) oder
ICP-MS (induktionsgekoppelte Plasmamassenspektroskopie),
nachdem die Chemikalien zum Erwärmen und Anreichern in einen
Teflonbecher eingebracht worden sind. Selbstverständlich ist
die Anreicherung nicht nötig, wenn eine kleine Menge von
Chemikalien für das Ätzen verwendet wird, und ein Erwärmen
ist für eine Anreicherung ebenso unnötig. Weiter kann die
Chemikalie angereichert werden, indem die Chemikalien zum
Verdunsten und dabei für eine Trockenverfestigung auf den
Wafer mit hydrophober Eigenschaft (beispielsweise mittels
verdünnter HF verarbeitet) aufgetropft werden. Im Falle des
Ätzmittels des Standes der Technik war eine spezielle
Verarbeitung erforderlich, da der Wafer während einer
Verdampfung und Trockenverfestigung des Ätzmittels aufgelöst
wird. Beim vorliegenden Verfahren kann jedoch die
Ätzchemikalie einfach und direkt quantitativ und qualitativ
mit hoher Sensitivität analysiert werden, da die durch
Verdampfung, Trocknung und Verfestigung auf der
Waferoberfläche erhaltene Probe, analysiert werden kann, so
wie sie ist, in Übereinstimmung mit einer Totalreflektions-
Röntgenfluoreszenzanalyse (TRXRF). Fig. 18 zeigt zum
Vergleich die in Übereinstimmung mit dem Analyseverfahren des
Standes der Technik und dem Analyseverfahren der Erfindung
erhaltenen metallischen Verunreinigungskonzentrationen. Im
Falle des Analyseverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung
kann die Auflösungsleistung insbesondere an der äußersten
Oberflächenschicht des Halbleiterwafers verbessert werden.
Zusätzlich, da das erfindungsgemäße Verfahren bezüglich einer
Änderung der Reinheit der Chemikalie nicht anfällig ist, kann
eine hochsensitive Analyse beim Verfahren gemäß der
vorliegenden Erfindung erzielt werden.
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Der Ätzmechanismus von Silizium unter Verwendung der
ultravioletten Strahlen und der sauren wäßrigen Lösung, wie
oben beschrieben, kann von der Reaktion zwischen Silizium und
negativen Ionen (Anionen) (in der sauren wäßrigen Lösung
vorhanden und durch ultraviolette Strahlen angeregt) und
einem Beitrag der Träger im Silizium (durch die Beleuchtung
mit ultravioletten Strahlen angeregt) zur oben erwähnten
Reaktion herrühren. Reines Wasser wird durch ultraviolette
Strahlen (> 184,9 nm), die von der
Niederdruckquecksilberlampe ausgesendet werden, nicht
zerlegt. Die Chemikalien, die für die Verarbeitung gemäß des
vorliegenden Verfahrens verwendet werden, waren HCL und HF.
Da jedoch die Ätzleistung von oxidierender Säure, wie
beispielsweise H&sub2;O&sub2; oder HNO&sub3; nicht hoch ist, tritt, wenn H&sub2;O&sub2;
oder HNO&sub3; zum HCL oder HF hinzugefügt wird, z. B. die von der
fotochemischen Reaktion verschiedene Siliziumätzreaktion auf,
mit dem Ergebnis, daß dieses Hinzufügen zu HCL und HF nicht
vorzuziehen ist, da die Ätzsteuerbarkeit sich verschlechtert.
Auf der anderen Seite ist es jedoch offensichtlich, daß ein
ähnlicher Ätzeffekt erwartet werden kann, solange die
nichtoxidierende Säure außer HCL und HF verwendet wird.
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In Übereinstimmung mit dem oben beschriebenen vorliegenden
Verfahren, da der Halbleiterwafer unter Bestrahlung mit
ultravioletten Strahlen geätzt wird, unter der Bedingung, daß
der Wafer in eine saure wäßrige Lösung getaucht wird oder die
saure wäßrige Lösung auf den Wafer aufgebracht wird, ist es
möglich, sowohl metallische Verunreinigung als auch Partikel
zu entfernen, die beide zur gleichen Zeit an der
Waferoberfläche anhaften, ohne die Oberflächenrauheit des
Wafers zu verschlechtern. Im Verfahren des Standes der
Technik können sowohl die metallische Verunreinigung und die
Partikel gleichzeitig nur entfernt werden, wenn zwei oder
mehr Waschverfahren miteinander kombiniert werden. Weiter ist
es gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung möglich,
die Verunreinigungselemente mit hoher Präzision zu
analysieren, die in der äußersten Oberflächenschicht des
Halbleiterwafers vorhanden sind, indem die für ein Ätzen
verwendete saure wäßrige Lösung angereichert wird und weiter
analysiert wird, wie dies im Einzelfall notwendig ist.
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Weiter kann in einem Fall, in dem ein Ätzen in einem großen
Ausmaß wie im oben erwähnten Fall nicht erforderlich ist, das
folgende Verfahren angewendet werden.
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Dieses Verfahren kann wie folgt zusammengefaßt werden:
Nachdem der auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats
gebildete Oxidfilm unter Verwendung einer fluorenthaltenen
wäßrigen Lösung oder eines fluorenthaltenen Gases entfernt
worden ist, wird durchgehend Wasser auf die Oberfläche des
Halbleitersubstrats aufgebracht. Weiter wird das Substrat
durch das auf die Oberfläche des Halbleitersubstrats
aufgebrachte reine Wasser mit ultravioletten Strahlen
beleuchtet.
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Dieses Verfahren wird unterhalb detaillierter mit Bezug auf
die Fig. 5 bis 8 beschrieben. Fig. 5 zeigt ein Flußdiagramm
der Abfolge dieses Verfahrens; Fig. 6 zeigt eine Vorrichtung,
die für dieses Verfahren verwendet wird; Fig. 7 zeigt die
Veränderung der Rauheit (Ra) in Abhängigkeit von der
Beleuchtungszeit mit ultravioletten Strahlen; und Fig. 8
zeigt die Abhängigkeit von Veränderungen einer Ätztiefe und
der Rauheit (Ra) von der HF-Konzentration (%).
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Bei der in Fig. 6 gezeigten Vorrichtung ist eine Stufe 36 in
einer luftdichten Kammer 7 bereitgestellt, um ein
Halbleitersubstrat 35 mit reinem Wasser 34 drehbar auf der
Oberfläche zu tragen. Durch eine Versorgungsdüse für
Chemikalien 32 und eine Versorgungsdüse für reines Wasser 33,
die jeweils an den Seitenoberflächen der Kammer 37
bereitgestellt sind, kann eine Chemikalie und reines Wasser
in die Kammer 37 geliefert werden. Weiter ist eine
Niederdruckquecksilberlampe (80 mW/cm²) innerhalb der Kammer
37 angeordnet, so daß sie dem Substrat 35 gegenüberliegt.
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Das Halbleitersubstrat wurde unter Verwendung der in Fig. 6
gezeigten Vorrichtung und in Übereinstimmung mit der in
Fig. 5 gezeigten Abfolge geätzt.
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Durch die Düse 32 wird auf die Oberfläche des
Siliziumhalbleitersubstrats (im folgenden als Si-Wafer
bezeichnet), das einen Durchmesser von 150 mm aufweist und
auf der Stufe 36 befestigt ist, 0,5% Fluorwasserstoffsäure
(HF) aufgebracht, um den natürlichen auf der Oberfläche des
Si-Wafers 35 gebildeten Oxidfilm zu ätzen (im Schritt S1)
Danach wird die Stufe 36 gedreht, um die HF durch eine
Zentrifugalkraft zu entfernen, die durch ein Drehen der Stufe
36 erzeugt wird (in Schritt S2). Weiter wird durch die Düse
33 reines Wasser auf den Si-Wafer 35 aufgebracht, mit einer
Flußrate von 0,21 l/min (in Schritt S3). In diesem Fall wird
reines Wasser mit einer Dicke von ungefähr 2 bis 4 mm durch
dessen Oberflächenspannung auf den Si-Wafer 35 aufgebracht.
Weiter kann im Falle des Si-Wafers mit einem Durchmesser von
150 mm ungefähr 55 cc reines Wasser auf die Oberfläche des
Si-Wafers aufgebracht werden. In diesem Fall war jedoch die
Aufbringzeit des reinen Wassers gesteuert, so daß reines
Wasser von 60 cc aufgebracht wurde, unter Berücksichtigung
der Ungleichmäßigkeiten der Versorgung und Aufbringung von
reinem Wasser. Weiter wurde in diesem Fall bestätigt, daß die
Ätzgeschwindigkeit reduziert war, wenn die Menge des
aufzubringenden Wassers groß war.
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Unter der Bedingung, daß das reine Wasser auf den Si-Wafer 35
geliefert wurde, wurde der Si-Wafer für 10 min mit
ultravioletten Strahlen beleuchtet (in Schritt S4). Danach
wurde die Stufe 36 rotiert, um das reine Wasser von dem Si-
Wafer zu entfernen (Schleudertrocknung) (in Schritt S5).
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Eine Folge der oben erwähnten Verarbeitung wurde ein Ätzen
von ungefähr 8 nm festgestellt. Weiter war die
Oberflächenrauheit unter die gedrückt, die vor der
Verarbeitung erhalten wurde. Weiter wurde ein Si-Wafer (auf
den ein thermischer Oxidfilm mit einer Dicke von 100 nm
aufgemustert war) verwendet, um die Ätztiefe zu überprüfen.
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Der Oxidfilm blieb nach der Verarbeitung von 12 min
(einschließlich des HF-Aufbringprozesses von 2 min) zurück,
ohne geätzt zu sein.
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Es war bekannt, daß die Ätzrate sich gemäß der
Beleuchtungszeit mit ultravioletten Strahlen (wie in Fig. 7
gezeigt) und der HF-Konzentration (%) (wie in Fig. 8 gezeigt)
verändert. Im Falle, daß ultraviolette Strahlen verwendet
wurden, nachdem der natürliche Oxidfilm durch die 0,05% HF
weggeätzt worden ist und weiter der Wafer durch fließendes
Wasser für ungefhr 10 min gewaschen worden ist, war die
Ätzrate auf 1/3 reduziert. Dies zeigt, daß das Ätzen von dem
auf dem Si-anhaftenden F abhängt, da F durch ein Waschen
leicht entfernt wird. Weiter kann ein Grund dafür, daß die
Ätzgeschwindigkeit reduziert ist, wenn die aufzubringende
Menge von reinem Wasser sich erhöht, darin liegen, daß das
Austauschen einer. Si-F-Bindung mit einer Si-OH-Bindung durch
die Lieferung von neuem reinen Wasser gefördert werden kann.
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Wenn der Si-Wafer beim oben beschriebenen Verfahren geätzt
wird, ist es möglich, die Oberfläche des Si-Wafers 35 mit dem
Oxidfilm als Maske selektiv zu ätzen, während die Planarität
und die anfänglichen Bedingungen aufrechterhalten werden.
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Weiter wurde beim oben erwähnten Verfahren, obwohl nichts
besonderes hinsichtlich der Verarbeitungsatmosphäre
beschrieben wurde, ein vorteilhaftes Ergebnis im Hinblick auf
die Ätzrate und die Rauheit in einer O&sub2;-Atmosphäre im
Vergleich zu einer inerten Gas- (Ar oder N&sub2;) Atmosphäre
erzielt.
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Weiter wurde in der obigen Beschreibung der Si-Wafer unter
Verwendung von 0,5% HF wäßriger Lösung als HF-Anwendung
(2 min) in Schritt S1 von Fig. 5 vorverarbeitet. Wenn jedoch
49% HF wäßrige Lösung verwendet wurde, erhöhte sich die
Ätzgeschwindigkeit und weiter war die Rauheit verbessert, wie
in Fig. 8 gezeigt. Weiter wurden die gleichen hervorragenden
Ergebnisse erzielt, wenn NH&sup4;F anstatt von HF verwendet wurde.
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Weiter kann der natürliche Oxidfilm des Si-Wafers unter
Verwendung von HF-Dampf anstatt einer HF-Flüssigkeit entfernt
werden. In diesem Fall wird vorzugsweise reines Wasser auf
die Oberfläche des Si-Wafers aufgebracht, bevor das Muster
des thermischen Oxidfilms vollständig weggeätzt worden ist.
In dem wie oben beschriebenen Verfahren kann, falls die Dicke
des thermischen Oxidfilms 100 nm ist, eine ausreichende
Selektivität erzielt werden. Weiter, da F hoher Konzentration
an der Oberfläche anhaftet, auf der der natürliche Oxidfilm
aufgelöst worden ist, ist es möglich, ein
Hochgeschwindigkeits-Si-Ätzen zu realisieren (wie in Fig. 8
gezeigt).
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Weiter gibt es einen Fall, bei dem es erforderlich ist, zu
verhindern, daß nach der Verarbeitung Partikel auf der
Oberfläche des Wafers anhaften, indem die Waferoberfläche in
eine hydrophile Oberfläche verändert wird. In solch einem
Fall wird nach einer vorbestimmten Beleuchtungszeit mit
ultravioletten Strahlen die Verarbeitung mit ultravioletten
Strahlen unter Lieferung von reinem Wasser weiter
fortgeführt, so daß es möglich ist, eine hydrophile
Waferoberfläche zu erhalten, ohne die hydrophobe
Waferoberfläche der Luft auszusetzen. Weiter ist es natürlich
möglich, während der Beleuchtung mit ultravioletten Strahlen
organische Substanzen von der Waferoberfläche zu entfernen.
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Weiter werden die Si-Wafer in Hinblick auf einen
Oxidfilmdurchbruch und TDDB bewertet. Als ein Ergebnis wurde
eine Verbesserung des Nicht-Defektverhältnisses bestätigt, im
Hinblick auf die wie oben beschrieben verarbeiteten Proben,
unmittelbar vor der Gateoxidation.
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Wie oben beschrieben, verläuft beim Verfahren gemäß der
vorliegenden Erfindung, nach der Verarbeitung mit HF, ein Si-
Ätzen nur auf der Siliziumoberfläche, an der F anhaftet, da
der Si-Wafer mit den ultravioletten Strahlen beleuchtet wird,
wobei kontinuierlich reines Wasser darauf aufgebracht wird,
so daß der Si-Wafer selektiv gemäß dem Vorhandensein oder der
Abwesenheit des Oxidfilms geätzt werden kann, während die
Oberflächenrauheit verbessert wird. Zusätzlich können
gleichzeitig metallische Verunreinigungen entfernt werden.
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Ein weiterer Gesichtspunkt kann wie folgt zusammengefaßt
werden: In Partikel pulverisiertes polykristallines Silizium
wird in Wasser oder eine saure wäßrige Lösung getaucht, und
der Si-Wafer wird mit den ultravioletten Strahlen beleuchtet,
wobei die Flüssigkeit agitiert wird, um metallische
Verunreinigungen in dem polykristallinen Silizium zu
vermindern.
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Das Prinzip dieses Gesichtspunktes ist wie folgt: Wenn der
Wafer mit den ultavioletten Strahlen beleuchtet wird, werden
Elektronen und Lochpaare in Polysilizium erzeugt. In diesem
Fall liefern Metalle in dem polykristallinen Silizium
Elektronen zu Löchern für eine Rekombination. Die Tatsache,
daß Metall Elektronen emittiert, impliziert, daß das Metall
selbst oxidiert wird, so daß das Metall im Wasser oder der
sauren wäßrigen Lösung als Ionen aufgelöst wird. In der
sauren wäßrigen Lösung aufgelöste Ionen werden durch das
polykristalline Silizium nicht leicht reabsorbiert.
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Das Verfahren dieses Gesichtspunktes wird im folgenden
beschrieben.
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Fig. 19 zeigt eine Vorrichtung, die für den dritten
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Das
Instrument umfaßt einen Tank 94, um polykristallines Silizium
91 und eine wäßrige Lösung 92 einzubringen, eine rotierbare
Basis 95, um den Tank 94 zu befestigen, und Lampen für
ultraviolette Strahlen 93, die um den Tank 94 angeordnet
sind.
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Das in den Tank 94 eingebrachte polykristalline Silizium wird
effektiver, wenn der Durchmesser der Partikel vermindert
wird, da die Oberflächenbereiche sich vergrößern. Bei diesem
Verfahren wird polykristallines Silizium in Partikel
pulverisiert, deren Durchmesser weniger als 5 mm ist. 5 kg
des pulverisierten polykristallinen Siliziums 91 wird
zusammen mit 20 kg der 1% sauren wäßrigen Lösung 93 in den
Quarztank eingebracht. Das polykristalline Silizium 91 wird
mit der Lampe für ultraviolette Strahlen 93 beleuchtet, indem
die drehbare Basis 95 mit einer Geschwindigkeit von 60 r. p. m.
gedreht wird. Die Wellenlängen der
Niederdruckquecksilberlampe für ultraviolette Strahlen 93
weist Hauptspitzen bei 185,4 mm bzw. 253,7 mm auf. Insgesamt
10 Lampen für ultraviolette Strahlen 93 werden um und über
dem Tank 94 angeordnet. Die Ausgabe von jeder Lampe ist
300 W. Unter diesen Bedingungen wird das polykristalline
Silizium 91 für 30 min verarbeitet. Danach wird die saure
wäßrige Lösung 92 abgeführt. Weiter wird das polykristalline
Silizium 91 mit reinem Wasser gewaschen und weiter durch
Trocknungsstickstoff getrocknet. Das so verarbeitete
polykristalline Silizium 91 wird als Rohmaterial zum Wachsen
eines monokristallinen Siliziums verwendet.
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Das Verfahren dieses Gesichtspunkts wird unterhalb
beschrieben. Fig. 20 zeigt eine Vorrichtung, die für das
zweite Verfahren davon verwendet wird. Diese Vorrichtung ist
dadurch gekennzeichnet, daß eine Flüssigkeitslieferdüse 96
zum Liefern einer Flüssigkeit und ein Abflußanschluß 97 in
einem flachen Tank 94A bereitgestellt sind. Weiter kann
reines Wasser und 0,5% saure wäßrige Lösung durch die
Lieferdüse 96 getrennt geliefert werden. Auf die gleiche
Weise wie im Falle des ersten Verfahrens wird das
polykristalline Silizium 91 in den Tank 94A so gleichmäßig
wie möglich eingebracht. Weiter wird zuerst 0,5% saure
wäßrige Lösung für 3 min geliefert. Danach wird für 10 min
reines Wasser zugeführt. In der Abfolge wird das
polykristalline Silizium 91 mit den ultravioletten Strahlen
unter Beleuchtung gehalten. Nachdem die oben erwähnte Sequenz
dreimal wiederholt worden ist, wird die Versorgung mit
Flüssigkeit gestoppt und das polykristalline Silizium 91 wird
durch Trocknungsstickstoff getrocknet. Das so verarbeitete
polylkristalline Silizium 91 wird als Rohmaterial für ein
Wachsen eines monokristallinen Siliziums verwendet.
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Durch Verwendung dieses Gesichtspunkts der vorliegenden
Erfindung ist es möglich, metallische Verunreinigungen im
polykristallinen Silizium zu vermindern. Als ein Ergebnis
können metallische Verunreinigungen in einem monokristallinen
Siliziumwafer, der unter Verwendung des erfindungsgemäßen
polykristallinen Siliziums als Rohmaterial hergestellt worden
ist, im Vergleich zu einem monokristallinen Siliziumwafer,
der unter Verwendung des polykristallinen Siliziums des
Standes der Technik hergestellt worden ist, vermindert
werden, wie unterhalb in Tabelle 2 aufgelistet.
Tabelle 2
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Die Tabelle 2 zeigt, daß in Übereinstimmung mit dem Verfahren
gemäß dem dritten Gesichtspunktes der vorliegenden Erfindung
eine Wirkung dahingehend vorliegt, daß metallische
Verunreinigungen im Halbleiterwafer vermindert sind.
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Wie oben beschrieben, in Übereinstimmung mit dem ersten
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, ist es möglich, zu
verhindern, daß der Gateoxidfilm ausgedünnt wird, wenn dieses
Verfahren angewendet wird, nachdem die Elemente in
Übereinstimmung mit dem LOCOS-Verfahren getrennt worden sind,
jedoch bevor der Gateoxidfilm gebildet ist, da der Oxidfilm
und das Halbleitersubstrat mit ungefähr äquivalenter
Ätzgeschwindigkeit geätzt werden können.
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In Übereinstimmung mit einem weiteren Gesichtspunkt der
vorliegenden Erfindung ist es möglich, metallische
Verunreinigung und Partikel von der Oberfläche des
Halbleiterwafers in einem einzigen Vorgang zu entfernen, ohne
die Oberflächenrauheit des Halbleiterwafers zu
verschlechtern.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden
Erfindung, da die Verunreinigungen des polykristallinen
Siliziums in einer wäßrigen Lösung als Ionen aufgelöst
werden, können die Verunreinigungen des monokristallinen
Siliziumwafers, der unter Verwendung des polykristallinen
Siliziums als Rohmaterial hergestellt ist, vermindert werden.