專利名稱：改善晶片的表面粗糙度的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及材料的表面處理，并特別涉及晶片的處理，該晶片用于制造在微電子學(xué)和/或光電子學(xué)中應(yīng)用的元件。
更精確地，本發(fā)明涉及用于降低半導(dǎo)體晶片自由面的粗糙度的工藝，所述工藝包括用于平滑所述自由面的單個退火步驟，所述單個退火步驟實施為在純氬氣氛中的RTA。
背景技術(shù)：
術(shù)語“自由面”指的是暴露于外部環(huán)境的晶片表面(由此不同于由多層晶片的兩層之間的內(nèi)界面所限定的表面)。
從描述將明顯可見的是，結(jié)合用于制造薄層的工藝可以有利地實現(xiàn)本發(fā)明，例如在專利FR 2681472中描述的(盡管這種結(jié)合不限制本再現(xiàn)上述專利的教導(dǎo)的工藝叫做Smart-Cut工藝。它的主要步驟示意如下●在半導(dǎo)體施主襯底的表面下注入種類(species)——也稱為“上部”并且制造在例如硅或者硅-鍺中，在上部的注入?yún)^(qū)中，●注入上部和接收襯底接觸——接收襯底也稱為“基底”，●在注入?yún)^(qū)劈開注入的上部，以便于在基底上轉(zhuǎn)移所述上部位于注入?yún)^(qū)和注入表面之間的部分，并由此在基底上形成薄半導(dǎo)體層。
“種類注入”意味著一種或者多種原子或者離子種類注入，以便于在注入晶片的材料中引入這種種類，在注入晶片的確定深度處具有最大的種類濃度，并產(chǎn)生脆性區(qū)。
注入不同種類的情況通常被稱為“共同注入”。
注入晶片中脆性區(qū)的深度是注入種類的本性和注入能量的函數(shù)。
在本文中，通用術(shù)語“晶片”是指包括在基礎(chǔ)襯底上轉(zhuǎn)移的層的結(jié)構(gòu)，如通過這種Smart-Cut型工藝獲得。
并且在本文中術(shù)語“晶片”還通常指代任何層、襯底或者晶片，而不管它的來源(Smart-Cut型工藝或者不是)。這種“晶片”還可以是塊體材料的晶片。
在所有的情況中，本發(fā)明的一般目的是改善晶片的自由面的粗糙度。
可以通過以下獲得改善晶片的這個目的●通過降低表面的粗糙度(平均粗糙度)，還●通過增加表面上粗糙度的均勻性。
對于例如在本文開頭提到的應(yīng)用，晶片自由面的粗糙度的規(guī)格實際上非常嚴(yán)格，并且晶片自由面的質(zhì)量對于將在晶片上制造的元件的質(zhì)量是至關(guān)重要的參數(shù)。
例如，通常找到最大5埃rms的粗糙度規(guī)格。
規(guī)定的是，通常用AFM顯微鏡進行粗糙度測量。
用這種裝置，在AFM顯微鏡的尖端所掃描的表面上測量粗糙度，這種表面的尺寸例如可能在1×1μm2和10×10μm2之間，有時是50×50μm2或者甚至是100×100μm2。
粗糙度可尤其根據(jù)兩個主要方法來表征。
根據(jù)第一個主要方法，粗糙度是“高頻粗糙度”；它對應(yīng)于大約1×1μm2的掃描表面。
根據(jù)另一個主要方法，粗糙度是“低頻粗糙度”；它對應(yīng)于大于或等于大約10×10μm2的掃描表面。上面作為例證給出的5埃的規(guī)格是通常對應(yīng)于10×10μm2的掃描表面的粗糙度。
在不存在特殊的表面處理(例如拋光操作)的情況下，通過已知工藝(Smart-Cut型工藝或者其它工藝)制造的晶片顯示出高于例如上面所述規(guī)格的自由面粗糙度。
根據(jù)表面處理的第一種已知類型，晶片經(jīng)歷“傳統(tǒng)的”熱處理(例如犧牲氧化)。
但是這種表面處理不能使粗糙度降低到如上所述的規(guī)格。
當(dāng)然可以的是，增加傳統(tǒng)熱處理的連續(xù)步驟和/或組合其它已知的表面處理與這種處理，以便進一步降低粗糙度。
但是這將增加這種處理所需的時間和工藝的復(fù)雜性。
如在EP 1061565中描述的工藝是這種傳統(tǒng)熱處理的例證。該文獻公開了用高溫長時間(大約60分鐘)實現(xiàn)的退火步驟。
該退火之后是在含有氫的氣氛中冷卻。
根據(jù)表面處理的第二種已知類型，對晶片的自由面施加化學(xué)機械拋光(CMP)。
這種類型的處理的確可以降低晶片自由面的粗糙度。
在晶片內(nèi)存在朝著表面增大的缺陷(defaults)濃度梯度的情況中，這第二種類型的已知表面處理可以進一步允許將晶片磨損到相關(guān)于可接受的缺陷濃度的區(qū)域。
但是該第二種類型的已知表面處理可能會損害晶片的自由面的均勻性(尤其是表面層的厚度的均勻性)。
如果需要重要的拋光，其通常是為了獲得例如上面所述的低粗糙度值，則這種缺點進一步增大。
根據(jù)表面處理的第三種已知類型，將晶片在受控氣氛中進行快速熱退火(RTA)。
在該第三種類型的已知表面處理中，在高溫中對晶片退火，例如以1100到1300℃的量級，在可以從大約一秒到幾十秒的時間中。
根據(jù)該第三種類型的表面處理的第一個變型，在通常包含氫與反應(yīng)氣體(HCl、HF、HBr、SF6、CF4NF3、CC12F2...)的組合的混合氣所構(gòu)成的氣氛中，通過晶片的RTA來平滑晶片的自由面。
US 6171965給出了這種變型的例子。EP 1061565還公開了RTA(在氫的氣氛中進行)。
在第三種已知表面處理的該第一個變型中，混合退火氣氛的反應(yīng)性允許蝕刻晶片的自由面，這降低了它的粗糙度。
可以認(rèn)為該第一個變型是有利的。
由EP 1061565公開的實施例對應(yīng)于第三種已知類型的表面處理的該第一個變型。
在這個實施例中，在系統(tǒng)地包含氫的氣氛中進行RTA。
然而，這種變型的局限來源于這樣的事實，即退火氣氛是反應(yīng)性的。
除了要被退火的晶片自由面之外的部位(elements)由此可受到這種氣氛的作用(這些部位例如可以是，與要被處理的表面相對的晶片表面，退火腔室的壁......)。
因此還必須使用另外的手段以保護這些部位。這易于進一步增加處理的復(fù)雜性。
并且，混合氣氛的反應(yīng)性還可能可以進一步損害晶片的一些缺陷，這當(dāng)然是不想要的。
另外，這種變型可能需要特殊的裝設(shè)(例如，給退火裝置供應(yīng)不同的氣體和/或確保安全......)。這構(gòu)成了另外的限制。
根據(jù)第三種已知類型的表面處理的第二個變型，晶片在不侵蝕晶片材料的氣氛中進行RTA。
在這種變型中，平滑不是通過蝕刻晶片的自由面獲得的，而是通過重新構(gòu)造它而獲得的。
在這種情況中退火氣氛通常是由混有氬或氮的氫構(gòu)成的。
EP 1158581公開了這種表面處理。由該專利公開的處理系統(tǒng)地包括兩個不同的退火步驟，它們的其中一個是RTA?？梢栽诎瑲浠蛘邭宓臍夥罩袑崿F(xiàn)這些退火步驟。
由該專利公開的兩個退火步驟旨在平滑晶片的自由面。通過該專利的表2的最后一欄例證了低頻粗糙度的降低，其尤其示出了RTA之后第二次退火的效果。
實際上，根據(jù)該專利，單個RTA(“比較例1”)導(dǎo)致1,60nm rms的低頻粗糙度。通過使該RTA之后進行連續(xù)的附加退火步驟，低頻粗糙度的值降低到0,28和0.30nm rms。
EP 1158581由此教示了兩個連續(xù)退火，第一個退火是RTA。
但是由EP 1158581公開的工藝系統(tǒng)地包括兩個獨立的退火步驟的事實使得該工藝相對長和復(fù)雜。
本發(fā)明的目的是改善已知的表面處理工藝，例如上面所述的。
確實有利的是進一步簡化、加速和容易化這些已知工藝。
而且，還將有利的是減少可能的滑移線，例如可在晶片材料的結(jié)晶結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的那些滑移線，尤其是在熱處理之后(例如在Smart-Cut型工藝中施加到晶片以劈開它的熱處理)。
由晶片表面的不同區(qū)域所獲得的熱預(yù)算(heat budget)的局部差異可產(chǎn)生這種滑移線(在顯示冷點的退火裝置的情形中甚至更是這樣)。
而且，在該變型中所用的氫是揮發(fā)(volatile)氣體，其導(dǎo)致可能使用極大量氫的事實——而同時一直在追求減小與晶片表面處理相關(guān)的成本。
最后，將尤其有利的是，結(jié)合Smart-Cut型工藝來完成實現(xiàn)上述目的的工藝。
為了滿足上面所述的目的，WO 03/005434提出了有利的解決方案。
該文獻公開了實施為在純氬氣氛中的RTA的、是單個退火的熱處理。
這種處理展示了優(yōu)點，因為它改善了表面粗糙度，而沒有上面提及其它技術(shù)時所述的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是進一步改善該最后的處理。
實際上，如果這種處理顯著地減小了受處理晶片的表面粗糙度的平均值，那么一些不均勻性仍然保留在晶片表面上的粗糙度分布中。
由此本發(fā)明的另一目的是改善晶片表面上的粗糙度均勻性。
確實想起的是，在晶片的表面處理的觀點中，目的不僅僅是降低晶片的表面粗糙度的平均值。
實際上，還追求獲得在晶片表面上盡可能均勻的粗糙度分布。
尤其是，理想的是，避免獲得顯示出對應(yīng)于不同粗糙度值的不同區(qū)域的受處理表面。
為了達到上述目的，本發(fā)明提出了用于降低半導(dǎo)體晶片自由面的粗糙度的工藝，所述工藝包括用于平滑所述自由面的單個退火步驟，所述單個退火步驟實施為在純氬氣氛中的RTA，其特征在于，在RTA之前，以可控方式吹洗(purged)退火環(huán)境的氣氛，以便于建立允許減少晶片上初步污染物的可控吹洗氣氛。
該工藝的優(yōu)選但非限制性方面如下所述●在所述可控吹洗中溫度保持在750℃以下，●在所述可控吹洗中溫度保持在400℃以下，●所述可控吹洗氣氛是由混合有至少一種第二氣體的氬構(gòu)成，
●所述第二氣體包括氫和/或HCl，●第二氣體是氫，并以0.5％和30％之間的可控比例引入，●第二氣體是氫，并以0.5％和5％之間的可控比例引入，●在可控吹洗和RTA之間，該工藝包括從預(yù)穩(wěn)定溫度到RTA溫度的溫度斜坡上升(ramp-up)，在純氬氣氛中實現(xiàn)所述斜坡上升，●所述預(yù)穩(wěn)定溫度具有大約750℃的值，●在RTA之前，進行晶片表面的化學(xué)清洗，以便于進一步降低晶片上初步污染物的量，●在1150℃到1230℃的溫度下進行在純氬氣氛中的所述RTA，●在1到30秒的時間中進行在純氬氣氛中的所述RTA，●在通過Smart-Cut型工藝所獲得的晶片上進行該工藝，●在SOI或者SGOI晶片上進行該工藝。


從參考附圖作出的下述描述，本發(fā)明的其它方面將顯而易見，其中●圖1是可以用在本發(fā)明中的退火腔室的縱向切割的概括示意圖，●圖2是示意在硅晶片上，通過為本發(fā)明實施的RTA而獲得的粗糙度降低的曲線圖，●圖3是示意在純氬氣氛中進行的RTA的溫度變化的曲線，●圖4是示意根據(jù)本發(fā)明實施例的熱處理的溫度變化的曲線，●圖5a和5b示意了兩個各自晶片上的粗糙度分布，圖5a的晶片在沒有初步處理的情況下經(jīng)受純氬的RTA，圖5b的晶片在純氬的RTA之前還經(jīng)受了初步處理。
具體實施例方式
圖1示意性地示出了可以用于實現(xiàn)本發(fā)明的退火腔室1的非限定例子。
該腔室將用于在100％純氬氣氛中進行的RTA熱處理。
腔室1包括由壁2限定的內(nèi)部空間。它還包括反應(yīng)器4、用于承載要被退火的晶片的載體6、鹵素?zé)?halogen lamps)的兩個網(wǎng)絡(luò)8、10和兩對側(cè)燈(未示出)。
壁2尤其包括下壁12、上壁14和在內(nèi)部空間的相對縱向端部的兩個側(cè)壁16、18。
這兩個側(cè)壁的其中一個16包括用于將晶片引入反應(yīng)器中/從反應(yīng)器取回晶片的門20。
反應(yīng)器4由在側(cè)壁16、18之間縱向延伸的石英管制成。它分別在這些側(cè)壁16、18的每一處提供有氣體入口21和氣體出口22。氣體出口22位于包括門20的側(cè)壁18的一側(cè)。
鹵素?zé)?、10的每個網(wǎng)絡(luò)分別位于反應(yīng)器4的上面和下面，在所述反應(yīng)器和上下壁12以及14之間。
在該實施例中，鹵素?zé)?、10的每個網(wǎng)絡(luò)包括垂直于反應(yīng)器4的縱軸集體設(shè)置的17個燈26。
兩對側(cè)燈(圖1中未示出)平行于反應(yīng)器4的縱軸設(shè)置，每個燈在所述反應(yīng)器的一側(cè)。這些側(cè)燈的每一個位于網(wǎng)絡(luò)8、10的縱向端部的附近。
載體6支撐著要在純氬氣氛中經(jīng)受RTA的晶片50。該載體可以滑到反應(yīng)器4中，由此允許將晶片引入到反應(yīng)器中和從反應(yīng)器取出晶片。
由此理解的是，本發(fā)明的RTA是單個晶片加熱處理，晶片一次處理一個。
可以用作這種類型退火腔室的裝置的非限定例子是例如由STEAG出售的“SHS AST 2800”裝置，或者Applied Materials的“Radiance”裝置。
可以提醒的是，晶片50可以是任何類型的晶片，可以是單層或者多層，至少包括在半導(dǎo)體材料(例如硅或者硅鍺)中的表面層。
本發(fā)明可以用于改善任何來源的晶片50的表面粗糙度。
尤其是，本發(fā)明用于改善SOI(絕緣體上硅)或者SGOI(絕緣體上硅鍺)類型的晶片的表面粗糙度。
例如，通過Smart-Cut型工藝可以獲得處理的晶片。
實際上，結(jié)合這種Smart-Cut型工藝，可以使用本發(fā)明改善在脆性區(qū)通過劈開步驟所產(chǎn)生的一個或者另一個(或者兩個)自由面的表面粗糙度。
另外，可以通過共同注入兩種(或者更多種)不同的種類而完成這種Smart-Cut型工藝的注入。在以申請人的名義的申請FR 0309304中給出了這種結(jié)合Smart-Cut型工藝的共同注入的例子。
本發(fā)明的不同實施例可以應(yīng)用到晶片50，該晶片50包括在半導(dǎo)體材料(例如硅或者硅鍺)中制成的工作表面層52，所述層具有自由表面54。
層52被稱作“工作”層，因為它然后將被用于制造晶片50上的電子、光學(xué)或者光電元件。
如上所述，通過Smart-Cut型工藝的劈開步驟可以已經(jīng)產(chǎn)生了表面54。
在這種情況中，晶片50包括在工作層52下面的隱埋氧化物層，其本身覆蓋了支撐襯底。
在圖1中，為了示出層52而夸大了晶片50的厚度。
如上所述，本發(fā)明包含對晶片50的單個熱處理，包括在純氬氣氛中進行的RTA。
這種RTA包括下述的一般操作●在腔室1中引入晶片50，此時所述腔室是“冷的”(即低于400℃)，●在腔室中建立等于或者接近于大氣壓力的純氬退火氣氛。還可以將壓力設(shè)置為較低的值，從幾mTorr到大氣壓力，●通過選擇性地給鹵素?zé)?6供電，以大約50℃/s的速度將腔室中的溫度增加到RTA溫度，●在RTA期間(從大約一秒到幾十秒)，維持腔室中晶片50為恒定的溫度，●關(guān)閉燈26并通過空氣循環(huán)而冷卻晶片50，以每秒鐘幾十℃的速度并根據(jù)任何所需的冷卻定律。
在這個方面中，尤其重要的是，使用的氬應(yīng)當(dāng)是盡可能最純的，因為申請人已經(jīng)確定，在退火氣氛中其它元素(例如尤其是氧)的存在(甚至低含量)可在RTA過程中產(chǎn)生對工作層的材料的侵蝕。
因此“純”氬在本文中被理解為含有少于1ppm的其它元素(污染物、其它氣體......)的氬。
為此目的，必須處理使用的氬，以便在它被引入到退火腔室之前被凈化。市場上買得到的氬實際上不存在本發(fā)明所需要的高純度。
通過在將氬引入腔室的供給線上的凈化器和/或過濾器可以實現(xiàn)凈化處理。
在經(jīng)受包含少量氧的退火氣氛的Si工作層的情況中，如上所述的“侵蝕”可例如對應(yīng)于SiO(非常易揮發(fā))的形成。
申請人已經(jīng)確定，在純氬氣氛中進行的RTA的形式下的這種單個熱處理顯著改善了晶片的表面粗糙度。
尤其是，這種RTA改善了粗糙度，遠(yuǎn)勝過通過已知熱處理，例如犧牲氧化所獲得的。
另外，工作層的均勻性遠(yuǎn)勝于用CMP處理的。
RTA可以包括具有1-30s的持續(xù)時間的恒定溫度水平，例如溫度為1100到1250℃。
圖2描述了通過這種RTA獲得的平均粗糙度分布。
在該圖中，水平軸描述不同的晶片，在這種RTA之前(在圖的較高部分中的點)和在這種RTA之后(在圖的較低部分中的點)已經(jīng)測量每個晶片的霧度(haze)。
在圖2中，較高的曲線由此對應(yīng)于在分裂的(劈開之后即刻)SOI晶片的表面上測量的霧度，而較低曲線對應(yīng)于同類的測量，在相同的晶片已經(jīng)在1230℃的恒定溫度下經(jīng)受了30s的純氬氣氛下的RTA之后。
要說明的是，術(shù)語“霧度”指的是響應(yīng)于激發(fā)光，由晶片50的光所擴散的光信號。該霧度表示表面粗糙度。
在圖2的情況中，使用KLA TencorSurfscan 6220測量該霧度因此該霧度在此被稱為“霧度6220”。
所觀察到的霧度的減少至少可以與通過其它RTA技術(shù)能獲得的結(jié)果可比，例如在包括混合有氬的氫的氣氛下的RTA。
更精確地，霧度被除以了系數(shù)6到10。
在本發(fā)明的RTA的情況中，獲得了這些有利的結(jié)果，而沒有在本文介紹中提及這些已知RTAs時的缺點。
還應(yīng)當(dāng)注意的是，氬具有良好的導(dǎo)熱特性。
這有助于促進退火腔室中熱的均勻再分配，并因此
●更均勻的粗糙度分布，和●滑移線的危險減少。
在本發(fā)明中使用的特殊RTA允許對晶片自由面的非常良好的平滑。應(yīng)當(dāng)注意的是，實際上沒有侵蝕晶片50的材料，而是通過表面的重新構(gòu)造而獲得這種平滑。
本發(fā)明還包含在上述的特殊RTA之前對晶片表面的初步處理。
申請人實際上已經(jīng)觀察到，如果這種特殊RTA(如通常在WO03/005434中公開的)非常有利，則仍然可在粗糙度均勻性方面進一步改善晶片的表面粗糙度。
在沒有這種初步處理的情況下，實際上可獲得一些區(qū)域具有稍微高于其它區(qū)域的粗糙度(這種“較粗糙”區(qū)域通常位于晶片表面的中心)的晶片表面。
表面粗糙度的這種可能差異是由于在進行純氬RTA之前，晶片表面上污染物的存在。
實際上，提醒的是，本發(fā)明的RTA退火是逐個晶片(wafer-by-wafer)的退火。
在這種退火的工業(yè)開發(fā)中，連續(xù)的晶片將在同一腔室中一個接一個地經(jīng)受RTA。
因此，當(dāng)將晶片引入到腔室內(nèi)經(jīng)受RTA時，理想的是，腔室的氣氛應(yīng)當(dāng)盡可能不含當(dāng)引入要被處理的下一晶片時通過打開腔室的門所產(chǎn)生的元素(例如殘留氣體)。
在打開腔室門之后腔室的氣氛實際上可包括例如O2、CO2等的氣體以及H2O蒸汽。在腔室中這些殘余氣體對于要進行的下一RTA是不期望的。
在打開腔室并在引入要處理的晶片后再次關(guān)閉之后，由此必須在對另一晶片進行下一RTA之前吹洗腔室的氣氛。
圖3全面描述了實施為純氬RTA的單個退火(這構(gòu)成了本發(fā)明所提出的改善的基礎(chǔ))。
該退火包括熱處理的初始階段3.1，其對應(yīng)于腔室氣氛的吹洗以及從腔室的“冷”溫度(也就是低于400℃——實際上要說明的是，用于創(chuàng)建圖3和4的曲線的溫度傳感器對于實際上低于400℃的溫度顯示出400℃的固定值，而僅僅對于高于400℃的溫度顯示溫度的實際值)的溫度斜坡上升。
初始階段之后接著●在1150-1230℃，1到30s(階段3.2)的RTA，●冷卻(階段3.3)，在初始階段3.1，用兩個主要步驟進行斜坡上升●第一個步驟，從400℃上升到大約750℃的預(yù)穩(wěn)定溫度，●第二個步驟，從預(yù)穩(wěn)定溫度到RTA溫度(在1150和1230℃之間)。
在該初始階段中，已經(jīng)進行了腔室氣氛的吹洗，其目的是排出不想要的氣體。
該吹洗是傳統(tǒng)的吹洗，排出與晶片一起引入到腔室內(nèi)的氣氛，并建立純氬氣氛。
在圖3和4的底部的表格顯示出處理步驟，以及在退火腔室內(nèi)的氣體組成。
在圖3的情況中，因此在整個處理過程中氣氛由純氬構(gòu)成。
并且初步凈化已經(jīng)允許從退火氣氛排出污染物，該污染物在純氬RTA之后可在表面粗糙度中產(chǎn)生差異。
然而，申請人已經(jīng)判斷出，在純氬RTA之后可在表面粗糙度中產(chǎn)生差異的污染物可不僅僅是存在于退火腔室初步氣氛中的元素，而且還可是甚至在將晶片引入退火腔室之前存在于晶片之上的元素。
實際上，申請人已經(jīng)觀察到，即使在純氬RTA之前初步吹洗退火腔室，仍然能在處理的晶片上觀察到粗糙度的一些差異。
為了清楚的目的，存在于晶片表面上并且在純氬RTA之后可在表面粗糙度中產(chǎn)生差異的這些元素在這里被稱為“初步污染物”。
這些初步污染物尤其可以是在晶片表面上的固有氧化物，或者其它污染物，例如碳?xì)浠衔铩?br> 因此，本發(fā)明提供了在純氬RTA之前的初步處理，其目的是消除與初步污染物相關(guān)的不想要的影響，并甚至比純氬RTA更加改善表面粗糙度(尤其是關(guān)于均勻性)。
提出了這種初步處理的兩個主要實施例。
這兩個實施例的每一個對應(yīng)于實施為純氬RTA的單個退火。這些實施例提出了要與這種單個退火相關(guān)而實施的兩個分別的初步處理。
這兩個實施例可以作為替換而實現(xiàn)。它們還可以組合在一起。
根據(jù)初步處理的第一個實施例，退火腔室的初步吹洗和退火腔室內(nèi)氣氛的可控富集(enrichment)結(jié)合在一起。
該實施例描述在圖4中。
在該第一個實施例中，在退火的初始階段(圖4的階段4.1)中，不僅吹洗腔室，而且還用包括氬和可控比例的第二氣體的可控氣氛填充該腔室。
第二氣體尤其可以是氫、HCl或者兩者的混合。
在圖4中，第二氣體是氫(參見曲線下面的表格)。
“可控比例”通常在0.5和30％之間。
更精確地，如果第二氣體是氫，則“可控比例”應(yīng)當(dāng)在0.5和30％之間。
如果第二氣體是HCl，則“可控比例”應(yīng)當(dāng)在0.5和5％之間。
如果第二氣體是氫和HCl的混合，則“可控比例”應(yīng)當(dāng)在0.5％和5至30％的百分比之間，依賴于第二氣體的比率(氫/HCl)。
應(yīng)當(dāng)注意的是，注入有第二氣體，則“初始”階段4.1在時間上被限制在吹洗和溫度初始升高——到大約750℃的預(yù)穩(wěn)定溫度(該溫度對于發(fā)生平滑而言太低)。
該初始階段4.1允許消除(或者至少明顯減少)初步污染物。
在該實施例中，在RTA本身的相同一般操作中進行初步處理。
然而，應(yīng)當(dāng)注意的是，該初始階段4.1不對應(yīng)于預(yù)退火，因為溫度非常低(低于400℃——并且有時甚至極其低，因為可在通常100和400℃之間的溫度下進行該初始階段)。階段4.1是可控的吹洗階段。
一旦已經(jīng)到達了該預(yù)穩(wěn)定溫度，則改變腔室的氣氛，以便于消除所有的第二氣體，并具有用于斜坡上升到RTA溫度(階段4.2)和RTA本身(階段4.3)的純氬氣氛。
RTA基本上與上面參考圖3(階段3.2)所述的相同。
最后，冷卻階段4.4結(jié)束該工藝，它類似于參考圖3描述的階段3.3。
在該實施例中，在初始階段4.1中注入的第二氣體有助于在初始階段4.1中從晶片表面消除初步污染物(尤其是固有氧化物)。
已經(jīng)經(jīng)受這種初步處理的晶片然后可以經(jīng)受純氬RTA不僅晶片表面的粗糙度顯著降低，而且此外在晶片表面上該粗糙度將是均勻的。
通過下述的表格描述這一點，其顯示出了對于兩個SOI晶片(晶片1和晶片2)在純氬RTA之后的表面粗糙度，并且是對于三種模式的粗糙度測量——從2×2μm2的掃描表面到40×40μm2的掃描表面。

在該表格中，晶片1在純氬RTA之前沒有經(jīng)歷任何初步處理。
該晶片1的表面顯示出兩種不同的區(qū)●“標(biāo)準(zhǔn)粗糙度區(qū)”，具有保持在低水平的表面粗糙度，●“高粗糙度區(qū)”，具有基本上較高的粗糙度。
圖5a描述了在純氬RTA之后在晶片表面上的粗糙度分布。圖的上部分示出了晶片表面上的霧度的重新分配。
在圖5a中描述的晶片50表示上述的“晶片1”，因為在純氬RTA之前，它沒有經(jīng)受任何初步處理。
在圖5a的下部分，柱狀圖概括了霧度值的分布(直接與粗糙度值有關(guān))。
該圖示出了粗糙度值廣泛分布(從5到120ppm——參見柱狀圖)。
并且圖的上部分顯示出較高粗糙度區(qū)52，該區(qū)位于晶片的下中心部分。相反，區(qū)51在較低粗糙度區(qū)。
在圖5a中描述的晶片由此與粗糙度的廣泛分布相關(guān)，并與明顯較高的粗糙度區(qū)相關(guān)。
上面表格的晶片2已經(jīng)經(jīng)歷初步處理(根據(jù)上述的第一個實施例)。
該晶片描述在圖5b中，其類似于圖5a對于晶片1的描述。
可以看出的是，該晶片2不顯示任何的“高粗糙度區(qū)”——在純氬RTA之后，低表面粗糙度實際上均勻地分布在晶片上(特別參見圖5b的下部分中的柱狀圖)。
因此初步處理是有利的，因為它顯著增強了粗糙度的均勻性。
另外它還是方便的，因為它利用了在RTA之前必要的吹洗階段。因此不需要附加的步驟。
根據(jù)初步處理的第二個實施例，在純氬RTA之前，使晶片經(jīng)受在化學(xué)清洗晶片表面的形式下進行的初步處理。
這里再一次，晶片尤其可以是(盡管這不是本發(fā)明范圍的限制)SOI或者SGOI晶片。并且這可以通過Smart-Cut型工藝獲得。
在將晶片引入退火腔室之前即刻進行清洗。
該清洗允許消除初始污染物。這改善了純氬RTA之后所觀察到的粗糙度——尤其是關(guān)于均勻性。
該清洗優(yōu)選是RCA清洗，或者HF清洗。
RCA清洗包括兩個連續(xù)的化學(xué)浴(chemical bathes)。
第一個浴在SC1溶液中(NH4OH和H2O2的水溶液)。
申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，NH4OH和H2O2的濃度必須在1％和5％之間(分子量)。
更精確地，對于具有硅表面層的晶片(例如SOI)的初步處理，優(yōu)選的濃度對于NH4OH是1％以及對于H2O2是2％。
然后第二個浴在SC2溶液中(HCl和H2O2的水溶液)。
申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，HCl和H2O2的濃度必須在0.1％和5％之間(分子量)。
更精確地，對于具有硅表面層的晶片(例如SOI)的初步處理，優(yōu)選的濃度對于HCl是1％以及對于H2O2是1％。
SC1和SC2浴的溫度應(yīng)當(dāng)優(yōu)選在20和80℃之間，對于具有硅表面層的晶片更優(yōu)選70℃。
HF清洗將特別蝕刻可存在于晶片表面上的固有氧化物SiO2。
申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，HF的濃度必須在0.1％和49％之間(分子量)。很好適合的HF濃度是20％。
HF浴優(yōu)選應(yīng)當(dāng)在室溫下(大約20℃)進行。在兩種情況中(RCA和HF清洗)，清洗可以和沖洗步驟結(jié)合。然而，在HF清洗的情況中，在清洗之后優(yōu)選不應(yīng)進行沖洗。
如上所述，在該第二個主要實施例中，要被處理的晶片仍然尤其可以是SOI或者SGOI晶片。
應(yīng)當(dāng)注意的是，在具有SiGe中的表面層的晶片的情況中，在所述層中Ge的濃度優(yōu)選應(yīng)當(dāng)不大于20％。
而且，一般來說(無論對于RCA還是對于HF清洗，或者對于其它可能類型的化學(xué)清洗)，將設(shè)置在化學(xué)清洗形式下的初步處理的參數(shù)，以便于使得對于SGOI晶片比對于SOI晶片具有較小侵蝕性的清洗。
尤其通過下面而獲得對于SGOI晶片的清洗的這種適應(yīng)●采用更稀釋的清洗試劑，和/或●對于清洗，將溫度設(shè)置為較低值。
上述的兩個實施例允許對在WO 03/005434中公開的一般工藝進一步改善。
尤其是，通過這些實施例的其中一個所處理的晶片的表面粗糙度是●甚至進一步降低，以及●更均勻地分布(尤其是，在晶片的中心區(qū)中觀察不到較高粗糙度區(qū))。
權(quán)利要求
1.一種用于降低半導(dǎo)體晶片自由面的粗糙度的工藝，所述工藝包括用于平滑所述自由面的單個退火步驟，所述單個退火步驟實施為純氬氣氛下的RTA，其特征在于，在RTA之前，以可控模式吹洗退火環(huán)境的氣氛，以便于建立允許減少晶片上初步污染物的可控吹洗氣氛。
2.根據(jù)前述權(quán)利要求的工藝，其特征在于，在所述可控吹洗中溫度保持在750℃以下。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求的工藝，其特征在于，在所述可控吹洗中溫度保持在400℃以下。
4.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求的工藝，其特征在于，所述可控吹洗氣氛是由混合有至少一種第二氣體的氬構(gòu)成。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求的工藝，其特征在于，所述第二氣體包括氫和/或HCl。
6.根據(jù)前述兩項權(quán)利要求的其中之一的工藝，其特征在于，第二氣體是氫，并以0.5和30％之間的可控比例引入。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或者5的工藝，其特征在于，第二氣體是氫，并以0.5和5％之間的可控比例引入。
8.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求的工藝，其特征在于，在可控吹洗和RTA之間，該工藝包括從預(yù)穩(wěn)定溫度到RTA溫度的溫度斜坡上升，在純氬氣氛中進行所述斜坡上升。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求的工藝，其特征在于，所述預(yù)穩(wěn)定溫度具有大約750℃的值。
10.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求的工藝，其特征在于，在RTA之前，進行晶片表面的化學(xué)清洗，以便于進一步降低晶片上初步污染物的量。
11.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求的工藝，其特征在于，在1150到1230℃的溫度下進行在純氬氣氛中的所述RTA。
12.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求的工藝，其特征在于，在1到30秒的時間中進行在純氬氣氛中的所述RTA。
13.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求的工藝，其特征在于，在通過Smart-Cut型工藝獲得的晶片上進行該工藝。
14.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求的工藝，其特征在于，在SOI或者SGOI晶片上進行該工藝。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種降低半導(dǎo)體晶片自由面的粗糙度的工藝，所述工藝包括用于平滑所述自由面的單個退火步驟，所述單個退火步驟實施為純氬氣氛下的RTA，其特征在于，在RTA之前，以可控模式吹洗退火環(huán)境的氣氛，以便于建立允許減少晶片上初步污染物的可控吹洗氣氛。
文檔編號H01L21/302GK1879204SQ200380110781
公開日2006年12月13日 申請日期2003年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月3日
發(fā)明者E·內(nèi)雷, E·阿雷納, L·?？栔Z 申請人:S.O.I.Tec絕緣體上硅技術(shù)公司