[發明專利]一種實現硅表面結構平滑的方法與設備

有效

• 申請號: 201210579182.3
• 申請日: 2012-12-27
• 公開（公告）號: CN103065956A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 王剛;施毅;趙毅;汪翌;吳汪然;孫家寶;王軍磚;張榮;鄭有炓
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H01L21/30
• 分類號: H01L21/30
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

1.一種實現硅表面結構平滑的方法，其特征是步驟如下：通過紅外光加熱的方式控制硅或鍺材料溫度以及加熱和冷卻的時間；基于高真空或超高真空的石英腔體中引入氫氣氣氛加熱，在加熱過程中加入氬氣，氦氣或氪氣等抑制表面的過遷移現象，在溫度開始下降即600℃-1000℃時通過氮氣終結硅表面的遷移，或者繼續加入氬氣或二氧化碳等抑制硅原子的遷移，然后在后期降溫即從800℃到室溫的過程中引入高純氧氣；?

工藝流程是：運行真空機組使整個石英腔體達到一個超高真空或高真空，在400℃到800℃溫度范圍加熱去除腔內的各種雜質氣體，然后通入氫氣，保持氫氣的流量，精確控制石英腔體的壓強，氣體壓強可以在0.01mTorr到760Torr之間來精確調控，升高的溫度在室溫到1200℃精確控制；然后利用電磁熱輻射傳熱，以紅外線加熱源的紅外線直接傳熱達到快速加熱的目的；在達到某一溫度即在1000℃到1200℃之間時，通入氬氣控制比表面的過遷移過程；在結束加熱時即溫度范圍在1000℃到1200℃之間，通入氮氣終結表面氫原子的遷移，或者繼續通入氬氣、氦氣等氣體抑制表面原子的遷移；在后期降溫階段即從800℃到室溫18℃，通入氧氣形成一層致密的氧化硅薄膜作為保護層材料的表面結構。?

2.根據權利要求1所述的實現硅表面結構平滑的方法，其特征是硅樣品是體硅、SOI、SSOI、硅鍺應力材料等。?

3.根據權利要求1所述的實現硅表面結構平滑的方法，其特征是硅材料的表面結構是用來制作FinFETs或Tri-MOSFETs的硅納米結構，用來做光柵或者光學器件的納米結構或納米點，且是任意的表面結構。?

4.根據權利要求1所述的實現硅表面結構平滑的方法，其特征是該加熱設備采用紅外線燈管360度方位全面加熱方式，紅外線在中間分布非常均勻。?

5.根據權利要求1所述的實現硅表面結構平滑的方法，其特征是首先引入氫氣或氫氬混合氣升溫，在某一個溫度點迅速引入氬氣或其他氣體，抑制表面硅原子的遷移，同時加大氣體流量加快降溫時間。?

6.根據權利要求1所述的實現硅表面結構平滑的方法，其特征是在結束加熱時通過VCR接頭的轉換，快速的切入氮氣或者其他氣體終結或繼續抑制表面硅原子的移動；在后期降溫的過程，迅速抽離腔內氣體，然后引入高純氧，控制高純氧流入的多少，精確的控制形成一層致密的很薄的一層氧化硅薄膜，并作為保護層。?

7.根據權利要求1所述的實現硅表面結構平滑的方法，其特征是加熱設備采用激光加熱快速退火設備。?

8.根據權利要求1所述的實現硅表面結構平滑的方法，其特征是在后期降溫即從600℃到室溫的過程中引入高純氧氣。?

9.實現硅表面結構平滑的設備，其特征是包括純石英透明材料加熱腔體，置放硅材料整個支架也采用石英材料，采用紅外線加熱源在加熱腔體的360度光照，使得在石英腔體的樣品中間區域的紅外線強度均勻，使整個熱處理樣品均勻的吸收紅外線，從而達到均勻加熱，使每cm偏移的溫差小于1℃；另外在石英腔體的一端接入一套真空機組以使整個石英腔體達到超高真空或高真空10^-4Pa~10^-7Pa；在石英腔體的另一端接入了一套VCR混合氣路系統。?