[發明專利]晶圓熱處理的方法

有效

• 申請號: 201610120562.9
• 申請日: 2016-03-03
• 公開（公告）號: CN107154353B
• 公開（公告）日: 2020-01-24
• 發明（設計）人: 肖德元;張汝京
• 申請（專利權）人: 上海新昇半導體科技有限公司
• 主分類號: H01L21/324
• 分類號: H01L21/324
• 代理公司: 31237 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 金華

本發明提出了一種晶圓熱處理的方法，將晶圓置于含有一無氧混合氣體的環境中，對該晶圓的一表面進行一快速升溫處理，接著將該晶圓置于一含有一含氧氣體的環境中，對該晶圓的一表面進行一快速降溫處理，使得晶圓的表面上形成一無缺陷區，獲得在之后工藝中可以釋放出以改善半導體器件的界面特性的氘，并控制體微缺陷的位置遠離制造半導體器件的有源區。

技術領域

本發明是關于晶圓制造領域，尤其關于一種晶圓熱處理的方法。

背景技術

作為制造半導體器件原料之一的單晶硅經由被稱之為柴氏長晶法(Czochralskiprocess，簡稱CZ法)、浮融帶長晶法(Floating zone method，簡稱FZ法)等晶體生長技術生長成圓柱形的單晶硅晶錠(ingot)。以CZ法為例，硅石被放置在坩鍋爐中加熱融化，再以一根直徑約10mm的棒狀晶種浸入融熔硅中，晶種被微微的旋轉向上提升，此時融熔硅中的硅原子會在接續晶種的單晶體的晶格排列方向繼續結晶，并延續其規則的晶格結構。若整個結晶環境穩定，就可以周而復始的形成結晶，最后形成一根圓柱形的原子排列整齊的硅單晶晶體，即硅單晶硅晶錠。硅單晶硅晶錠接著通過諸如切片、研磨、蝕刻、清洗、拋光等一系列晶圓加工工藝而被加工成晶圓。

然而，在硅單晶成長的過程中、晶圓制造及后續形成半導體器件的各種工藝中，或多或少會因結晶不完美、工藝或結構產生的應力、剪力、或受到外界的雜質滲入而產生各種形式的缺陷。舉例來說，硅單晶成長過程中產生的空位(vacancy)、自間隙(selfinterstitialcy)等點缺陷、在拉晶時不可避免地滲入來自石英坩鍋的氧雜質、在制作半導體器件的結構的過程中受到應力或剪力影響而產生的位錯(dislocation)、工藝中引入的金屬雜質等。由于這些缺陷附近的硅原子及自間隙硅本身具有未鍵結的電子，導致容易在半導體器件中的界面或表面上形成懸掛鍵，且隨著偏壓的不同，使得載流子在此復合(recombination)而減少或產生(generation)額外的載流子，進一步導致電子遷移率(electron mobility)下降，以致降低半導體器件的效能。類似地，金屬雜質對制作出來的半導體器件的電子特性也會造成不利的影響，如：使柵極氧化層崩潰電壓降低、漏電流增加等。

另一問題是熱載流子效應(Hot carrier effect)，其是由于半導體器件尺度愈趨微小，載流子在高電場中獲得足夠能量產生撞擊，而使少部分載流子注入柵極氧化層。如此會造成半導體器件性能退化及其可靠度不良的問題。

目前常見的改善方法之一是使用氫氣鈍化處理(Hydrogen passivationtreatment)技術，將制作好半導體器件的晶圓置放在氫氣環境中進行退火，使懸掛鍵與氫結合，從而降低懸掛鍵的數量及其對半導體器件操作帶來的不利影響。又如，專利號5872387的美國專利揭露在半導體器件制作完成時，將之以氘氣調理，使得氘與三、四或五族元素以共價鍵結合，形成較為穩定的結構，從而減緩去鈍化(depassivation)現象的發生，避免熱載流子的穿透，降低漏電流，提高器件的性能與可靠性。然而，半導體器件中摻雜許多種類的摻雜物，這些摻雜物與高反應的氫氣或氘氣在高溫環境可能會發生不同的反應而影響半導體器件的特性，因此提高鈍化處理工藝參數優化的難度。

目前常見的另一改善方法是使用在由晶圓中殘留的間隙氧(Interstitialoxygen)在后續熱工藝過程中生長成的氧沉淀(Oxygen precipitation)提供內質吸除(Intrinsic gettering)金屬雜質的功能，還可以一并防止位錯(dislocation)滑移，帶來提高機械強度及半導體器件良率的效果。然而，若這些氧沉淀是出現在器件有源區中，會導致柵極氧化物的完整性降低，以及不必要的基板漏電流等問題，不符日趨精密的半導體器件的需求，因此氧沉淀須要是形成于器件有源區之外，如塊體區，才不致影響半導體器件的操作。因此，如何使氧沉淀以適宜的深度、密度與大小分布于晶圓中，一直是業界持續精進的目標之一。

發明內容