專利名稱：消除晶片上缺陷的影響的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于消除晶片上缺陷的影響的方法，所述缺陷由與硅晶片表面相鄰的空腔引起。
在制造單晶硅時，在從熔液中拉出單晶和隨后的冷卻時會出現(xiàn)晶格空位過飽和。在這種情況下，晶格空位聚集成空腔，這些空腔根據(jù)拉晶過程特性、速度和冷卻速率而具有大約100nm的平均大小和取決于半徑的密度分布。即使只有相對小部分的晶體受干擾，這一晶體構(gòu)造缺陷也能對晶體的各種特性施加重要的影響。
這樣的偏差例如可以是在晶體中通過空位累積形成的八面體空腔、即所謂的“晶體的原生粒子缺陷(Crystal Originated Pits)”(簡稱COP)。一些這樣的空腔在單晶硅的鋸開和拋光過程之后隨機(jī)地存在于晶片表面上。
在MOS結(jié)構(gòu)中，SiO2被用作電絕緣的柵氧化層。因此，對于電子器件的可靠性，柵氧化層的可靠性至關(guān)重要。在把單晶鋸成單個的晶片之后隨機(jī)地由晶片表面平切的、在內(nèi)生成的(eingewachsen)空腔能夠局部減小被涂敷在整個晶片表面上的柵氧化層的絕緣特性。這是因?yàn)樵谖挥诳涨粌?nèi)部的角和/或棱上的氧化物具有薄的位置。由于這些薄的位置，局部出現(xiàn)擊穿電壓的降低。于是，在芯片的持續(xù)運(yùn)行中首先會在這些薄的位置出現(xiàn)柵氧化層擊穿，因?yàn)樵谶@些位置的場強(qiáng)較高。位于該位置的部件由此會喪失其功能。
這樣的缺陷在具有10cm-2的平均密度的硅結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)，并導(dǎo)致故障率升高。通用的半導(dǎo)體芯片根據(jù)其平均為1mm2的有效柵氧化層面積受該故障機(jī)制的影響10％的數(shù)量級。因此必須應(yīng)用具有較小缺陷密度的基礎(chǔ)材料。硅晶片的表面特性的這樣的改善例如利用花費(fèi)大的拉晶過程(無瑕硅)和/或后處理(高溫退火)來實(shí)現(xiàn)。通過外延生長薄的單晶硅層可以封閉這樣的空腔并從而消除其影響。但是，所有這些措施都導(dǎo)致不希望的成本升高和/或?qū)A(chǔ)材料制造商的依賴性。
因此，本發(fā)明所基于的任務(wù)在于，提供一種用于消除晶片上缺陷的影響的方法，利用該方法實(shí)現(xiàn)防止薄的位置處的柵氧化層擊穿和制造時的成本降低。
根據(jù)本發(fā)明，在用于消除上述類型的晶片上的缺陷的影響的方法中，該任務(wù)由此來解決，即在第一工藝步驟中，在硅晶片的表面上和在與該表面相鄰的空腔中涂敷第一絕緣層；在第二工藝步驟中，用犧牲層(Opferschicht)覆蓋所涂敷的第一絕緣層；在第三工藝步驟中，這樣進(jìn)行選擇性回蝕該犧牲層，使得與該表面相鄰的空腔被該犧牲層填充；在第四工藝步驟中，直接在第一絕緣層上涂敷第二絕緣層；以及在隨后的工藝步驟中，在第二絕緣層上涂敷導(dǎo)電層。
根據(jù)本發(fā)明，在用于消除上述類型的晶片上的缺陷的影響的方法中，該任務(wù)還由此來解決，即在第一工藝步驟中，在硅晶片的表面上和在與該表面相鄰的空腔中涂敷第一絕緣層；在第二工藝步驟中，用犧牲層覆蓋所涂敷的第一絕緣層；在第三工藝步驟中，這樣進(jìn)行選擇性回蝕犧牲層，使得與該表面相鄰的空腔被犧牲層填充；在第四工藝步驟中，第一絕緣層在其高度上至少部分被去除并隨后在利用前述工藝步驟所改變的表面上涂敷第二絕緣層；以及在隨后的工藝步驟中，在第二絕緣層上涂敷導(dǎo)電層。
為了避免例如可由八面體空腔(COP)在硅晶片的表面上所形成的薄的位置，在涂敷確定功能的絕緣層(也被稱為柵氧化層)之前涂敷第一絕緣層。該層的涂敷這樣進(jìn)行，使得通過該第一絕緣層既覆蓋硅晶片的通過拋光過程變平的表面又覆蓋所有朝向硅晶片表面打開的空腔的內(nèi)表面。
在第二工藝步驟中，用犧牲層覆蓋第一絕緣層。在該工藝步驟中，也用犧牲層的材料灌滿打開的/所平切的空腔。針對犧牲層，例如應(yīng)用多晶硅、氮化硅或者其他半導(dǎo)體兼容材料。
在隨后的選擇性腐蝕步驟中進(jìn)行犧牲層的回蝕。這樣實(shí)施回蝕，使得犧牲層的材料被保留在所有被填充的空腔中，但除去其余的第一絕緣層。
在隨后的第四工藝步驟中，直接在以這種方式準(zhǔn)備的半導(dǎo)體表面上生成第二絕緣層，或者首先部分或者全部去除第一絕緣層而隨后生成第二絕緣層。在這兩種情況下都利用該工藝步驟產(chǎn)生確定功能的絕緣層。
在跟隨第四工藝步驟的步驟中，直接在第二絕緣層上涂敷導(dǎo)電層。
在本發(fā)明的實(shí)施形式中規(guī)定，全部去除第一絕緣層。
除了在第一絕緣層上構(gòu)造第二絕緣層的可能性之外，還存在全部去除第一絕緣層并然后涂敷第二絕緣層作為確定功能的絕緣層的可能性。
在本發(fā)明的改進(jìn)方案中規(guī)定，第一和/或第二絕緣層是氧化層。
為了產(chǎn)生按照本方法的絕緣層，例如針對一個或者兩個絕緣層應(yīng)用氧化硅層SiO2。
在本發(fā)明的其他改進(jìn)方案中規(guī)定，犧牲層由多晶硅組成。
在本發(fā)明的特別的實(shí)施形式中規(guī)定，犧牲層由氮化硅組成。
按照本方法的犧牲層例如可以由多晶硅、氮化硅或者另一種半導(dǎo)體兼容材料組成。
在本發(fā)明的改進(jìn)方案中規(guī)定，導(dǎo)電層由多晶硅組成。
在本發(fā)明的實(shí)施形式中規(guī)定，導(dǎo)電層由金屬組成。
對于要涂敷在第二絕緣層上的導(dǎo)電層可以應(yīng)用如多晶硅或者金屬的材料。
下面根據(jù)一實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。在所屬的附圖中

圖1示出部分涂敷有根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的硅晶片的剖面，圖2示出在回蝕過程之后部分涂敷有根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的硅晶片的剖面，和圖3示出全部涂敷有根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的硅晶片的剖面。
圖1示出在單晶硅的鋸開和拋光過程之后的硅晶片1。在該晶片的表面上存在多個通過先前的工藝步驟暴露的、朝向晶片表面打開的空腔2。
為了避免柵氧化層中出現(xiàn)薄的位置，在第一工藝步驟中涂敷由氧化硅組成的第一絕緣層3。該層的涂敷這樣來進(jìn)行，使得無論是硅晶片1的通過拋光過程變平的表面還是所有朝向硅晶片1的表面打開的空腔2的內(nèi)表面都通過該第一絕緣層3來覆蓋。
在隨后的第二工藝步驟中，涂敷例如由多晶硅或者氮化硅組成的犧牲層4。該犧牲層4的涂敷這樣來進(jìn)行，使得空腔2也用犧牲層4的材料來填滿，如圖1中所示。針對犧牲層4優(yōu)選地應(yīng)用無摻雜的、無定形的或者多晶硅。在用犧牲層的材料來填滿該空腔時發(fā)生，只密封該空腔而不進(jìn)行完全填充。該遺留的剩余空腔在根據(jù)本發(fā)明的方法中是允許的，因?yàn)檫@些剩余空腔對隨后的無薄位置地構(gòu)造第二絕緣層無任何影響。
在第三工藝步驟中回蝕犧牲層4。該回蝕優(yōu)選地通過小心的和高度選擇性的濕腐蝕步驟進(jìn)行。如此調(diào)整該回蝕過程，以致犧牲層4的材料還只作為空腔2中的填充物保留，而在其余的表面不保留，如圖2中所示。
在第四工藝步驟中，直接在第一絕緣層和所灌滿的空腔2上涂敷第二絕緣層5，如圖3中所示。另一變型在于，除了空腔區(qū)域2之外用濕化學(xué)方法去除該晶片表面上的第一絕緣層3，并隨后涂敷第二絕緣層5。第二絕緣層5也可以由氧化硅組成。
因此，要么把第一絕緣層3、例如柵氧化層氧化到目標(biāo)厚度，要么產(chǎn)生完全新的柵氧化層。在這一過程中，也氧化例如用多晶硅填充物灌滿的空腔2。由于多晶硅填充物上的氧化速率比第一絕緣層3上的氧化速率高，所以能夠平衡濕化學(xué)腐蝕過程中的小的過腐蝕。通過該第四工藝步驟中的這兩種替換方案形成對不同制造工藝的更好的匹配。
跟隨該工藝步驟，在第二絕緣層5上涂敷導(dǎo)電層6。該導(dǎo)電層6例如可以由多晶硅或者金屬來構(gòu)造。
隨著按照本方法構(gòu)造確定功能的柵氧化層，該柵氧化層要么由第一絕緣層3和第二絕緣層5組成，要么只由第二絕緣層5組成，可以避免在空腔2的區(qū)域中的薄的位置的有害影響，和減小柵氧化層擊穿的可能性。
參考符號列表1硅晶片2空腔3第一絕緣層4犧牲層5第二絕緣層6導(dǎo)電層
權(quán)利要求
1.用于消除晶片上的缺陷的影響的方法，所述缺陷由與硅晶片的表面相鄰的空腔引起，其特征在于，在第一工藝步驟中，在硅晶片(1)的表面上和在與該表面相鄰的空腔(2)中涂敷第一絕緣層(3)；在第二工藝步驟中，用犧牲層(4)覆蓋所涂敷的第一絕緣層(3)；在第三工藝步驟中，這樣進(jìn)行選擇性回蝕該犧牲層(4)，使得與該表面相鄰的空腔(2)被該犧牲層(4)填充；在第四工藝步驟中，直接在該第一絕緣層(3)上涂敷第二絕緣層(5)；以及在隨后的工藝步驟中，在該第二絕緣層(5)上涂敷導(dǎo)電層(6)。
2.用于消除晶片上的缺陷的影響的方法，所述缺陷由與硅晶片的表面相鄰的空腔引起，其特征在于，在第一工藝步驟中，在硅晶片(1)的表面上和在與該表面相鄰的空腔(2)中涂敷第一絕緣層(3)；在第二工藝步驟中，用犧牲層(4)覆蓋所涂敷的第一絕緣層(3)；在第三工藝步驟中，這樣進(jìn)行選擇性回蝕犧牲層(4)，使得與該表面相鄰的空腔(2)被該犧牲層(4)填充；在第四工藝步驟中，該第一絕緣層(3)在其高度上至少部分被去除并隨后在利用前述工藝步驟所改變的表面上涂敷第二絕緣層(5)；以及在隨后的工藝步驟中，在該第二絕緣層(5)上涂敷導(dǎo)電層(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，全部去除所述第一絕緣層(3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一和/或第二絕緣層(3和/或5)是氧化層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述犧牲層(4)由多晶硅組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述犧牲層(4)由氮化硅組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)電層(6)由多晶硅組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)電層(6)由金屬組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于消除晶片上缺陷的影響的方法，所述缺陷由與硅晶片的表面相鄰的空腔引起，本發(fā)明所基于的任務(wù)在于，提供一種用于消除晶片上缺陷的影響的方法，利用該方法可實(shí)現(xiàn)防止薄的位置處的柵氧化層擊穿和制造時的成本降低。根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)由此來解決，即在第一工藝步驟中，在硅晶片的表面上和在與該表面相鄰的空腔中涂敷第一絕緣層；在第二工藝步驟中，用犧牲層覆蓋所涂敷的第一絕緣層；在第三工藝步驟中，這樣進(jìn)行選擇性回蝕犧牲層，使得與表面相鄰的空腔被犧牲層填充；在第四工藝步驟中，直接在第一絕緣層上涂敷第二絕緣層；以及在隨后的工藝步驟中，在第二絕緣層上涂敷導(dǎo)電層。
文檔編號H01L21/02GK1856867SQ200480027618
公開日2006年11月1日 申請日期2004年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月25日
發(fā)明者M·克爾伯, N·哈特佐普洛斯 申請人:英飛凌科技股份公司