一種深阱退火方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種深阱退火方法，通過將少量氧氣和大量惰性氣體比如氧氣和純氮?dú)獾幕旌蠚怏w通入工藝腔來對(duì)硅襯底的有源區(qū)進(jìn)行退火處理，解決了傳統(tǒng)深阱熱退火工藝中用純氮?dú)庾鳛榉磻?yīng)氣體而在硅襯底的晶格損傷處易形成Si3N4粒子缺陷的問題，從而消除了硅襯底由于深阱工藝造成的晶格損傷缺陷；同時(shí)還消除了傳統(tǒng)深阱熱退火工藝中形成氣態(tài)氧化硅所造成的有源區(qū)缺陷；此外，少量氧氣的加入還可以使硅襯底表面生成SiO2薄膜而釋放一些應(yīng)力，從而有效減小硅襯底在熱處理中翹曲的程度，由此，采用本發(fā)明的深阱退火方法，可以消除有源區(qū)的缺陷，提高產(chǎn)品良率。
【專利說明】一種深阱退火方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種針對(duì)有源區(qū)的深阱退火方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在CMOS半導(dǎo)體器件制造流程中，硅襯底上做有源器件的區(qū)域叫做有源區(qū)，也即是有些阱區(qū)，采用STI等隔離技術(shù)，隔離開的區(qū)域。有源區(qū)主要針對(duì)MOS電路而言，不同摻雜可形成N或P型有源區(qū)。
[0003]以P型有源區(qū)為例，請(qǐng)參閱圖1-3。圖1為傳統(tǒng)的深阱熱退火工藝采用的反應(yīng)腔的結(jié)構(gòu)示意圖，其中箭頭表示氣體流向，圖2為傳統(tǒng)的深N阱離子注入工藝所采用的硅襯底截面結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為傳統(tǒng)的深N阱離子注入工藝完成后所對(duì)應(yīng)的硅襯底截面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2中，I表不深N講,fif頭表不注入尚子方向。圖3中，I表不深N講,2表不P型講。為了隔離P型阱和硅襯底，抑制部分P型阱的漏電和防止硅襯底噪聲對(duì)器件的影響，深N型阱工藝被引入進(jìn)來，也就是在P型阱的外圍的更深處通過超高能量的摻雜形成更深的一個(gè)N型阱，稱為深N型阱。由于深N型阱工藝需要高能量的離子注入，在P型有源區(qū)會(huì)形成特別多的晶格損傷。同理，對(duì)于N型有源區(qū)也存在相同的問題。
[0004]為了消除這些晶格損傷并激活阱區(qū)摻雜的元素，通常在干法和濕法去膠之后，會(huì)立即進(jìn)行深阱退火工藝，請(qǐng)參閱圖4，圖4為傳統(tǒng)的深N阱退火工藝所對(duì)應(yīng)的硅襯底的截面結(jié)構(gòu)示意圖。傳統(tǒng)的深 阱退火工藝為純氮?dú)饪焖贌嵬嘶鸹蚣兊獨(dú)鉅t管熱退火。經(jīng)過后續(xù)一系列的工藝過程之后，在雙柵(Dual Gate)蝕刻之后，在有源區(qū)會(huì)產(chǎn)生一些損傷缺陷。
[0005]這是由于如果在傳統(tǒng)的深阱退火工藝中只有氮?dú)?，而深阱退火工藝又必須為高溫工藝，由于晶格損傷的地方晶向多樣，所以Si原子的密度也有大有小，這樣在Si原子密度較大的地方N2和Si就容易在有損傷的局部反應(yīng)生成Si3N4，成為粒子狀缺陷，附著在襯底的表面，且不易清除。在后續(xù)工藝中在這種缺陷存在的地方就生長(zhǎng)不成連續(xù)的膜，最終在雙柵蝕刻后見到這種被放大的缺陷，即所說的有源區(qū)的損傷缺陷。請(qǐng)參閱圖5和圖6，圖5為傳統(tǒng)的深阱退火工藝后柵極結(jié)構(gòu)被蝕刻后的硅襯底的截面結(jié)構(gòu)示意圖，圖6為Si3N4粒子缺陷在后續(xù)制程中形成的帶有損傷缺陷的形貌的掃描電鏡圖片，圖6中，虛線框內(nèi)表示缺陷區(qū)域，可看到在缺陷區(qū)域沒有形成連續(xù)的膜。在圖5中，所形成的有源區(qū)中的黑色斑區(qū)為損傷缺陷，這里的黑色斑區(qū)位于有源區(qū)表面，位于黑色斑區(qū)上方的氧化膜形成凹陷。
[0006]傳統(tǒng)深阱退火工藝中，高溫條件下，Si3N4顆粒形成的反應(yīng)式為:
[0007]
3Si +2N2』^Si3N4 (顆粒)
[0008]另一方面，在高溫條件下，Si與硅襯底本身的SiO2也會(huì)發(fā)生反應(yīng)生成氣態(tài)的氧化硅，造成有源區(qū)的缺陷。反應(yīng)式如下:
[0009]
Si+SiO2 I 2SiO (氣態(tài))[0010]此外，由于深阱工藝中離子注入過程不可避免地會(huì)在硅襯底中產(chǎn)生應(yīng)力，在高溫?zé)嵬嘶疬^程中，這些應(yīng)力將導(dǎo)致硅襯底發(fā)生翹曲。
[0011]傳統(tǒng)深阱退火工藝造成上述有源區(qū)的缺陷將直接影響到器件的工作性能，甚至導(dǎo)致器件不能正常工作。隨著器件尺寸進(jìn)一步縮小，有源區(qū)的缺陷對(duì)良率的影響越來越明顯。因此，急需改進(jìn)現(xiàn)有深阱退火工藝，從而減小有源區(qū)的缺陷，提高器件的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]為了克服上述問題，本發(fā)明旨在提供一種針對(duì)有源區(qū)的深阱退火方法，從而減小有源區(qū)的缺陷，提高器件性能。
[0013]本發(fā)明提供一種深阱退火方法，包括向工藝腔中通入反應(yīng)氣體和加熱硅襯底，其所述反應(yīng)氣體由氧氣和惰性氣體組成，其中，所述氧氣與所述惰性氣體的比例不大于20%。
[0014]優(yōu)選地，所述氧氣與所述惰性氣體的比例不大于13%。
[0015]優(yōu)選地，所述氧氣的流量為1-2.6SLM。
[0016]優(yōu)選地,所述惰性氣體為純氮?dú)狻?br> [0017]優(yōu)選地，所述惰性氣體為氮?dú)夂蜌鍤獾幕旌蠚怏w。
[0018]優(yōu)選地，所采用的升溫速率為75_220°C /sec。
[0019]優(yōu)選地，所采用的反應(yīng)溫度為1000-1200°C。
[0020]優(yōu)選地，所采用的反應(yīng)時(shí)間為5_60sec。
[0021]優(yōu)選地，所述工藝腔為快速熱退火工藝腔或爐管退火工藝腔。
[0022]優(yōu)選地，采用所述快速熱退火工藝腔進(jìn)行所述深阱退火方法包括:采用脈沖激光快速退火、離子束快速退火、連續(xù)波激光快速退火或非相干寬帶光源快速退火。
[0023]本發(fā)明的深阱退火方法，通過將少量氧氣和大量惰性氣體比如純氮?dú)?、或氮?dú)馀c氬氣的混合氣體通入工藝腔來對(duì)硅襯底進(jìn)行退火處理，解決了傳統(tǒng)深阱熱退火工藝中用純氮?dú)庾鳛榉磻?yīng)氣體而在硅襯底的晶格損傷處易形成Si3N4粒子缺陷的問題，從而消除了硅襯底由于深阱工藝造成的晶格損傷；同時(shí)，少量氧氣可以抑制硅襯底和二氧化硅形成氣態(tài)氧化硅的反應(yīng)，從而消除了傳統(tǒng)深阱熱退火工藝中形成氣態(tài)氧化硅所造成的有源區(qū)缺陷；此外，少量氧氣的加入還可以使硅襯底表面生成SiO2薄膜而釋放一些應(yīng)力，從而有效減小硅襯底在熱處理中翹曲的程度，由此，采用本發(fā)明的深阱退火方法，可以消除有源區(qū)的缺陷，提聞廣品良率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為傳統(tǒng)的深阱熱退火工藝采用的反應(yīng)腔的結(jié)構(gòu)示意圖，其中箭頭表示氣體流向
[0025]圖2為傳統(tǒng)的深N阱離子注入工藝所采用的硅襯底截面結(jié)構(gòu)示意圖
[0026]圖3為傳統(tǒng)的深N阱離子注入工藝完成后所對(duì)應(yīng)的硅襯底截面結(jié)構(gòu)示意圖
[0027]圖4為傳統(tǒng)的深N阱退火工藝所對(duì)應(yīng)的硅襯底的截面結(jié)構(gòu)示意圖
[0028]圖5為傳統(tǒng)的深阱退火工藝后雙柵結(jié)構(gòu)被蝕刻后的硅襯底的結(jié)構(gòu)示意圖
[0029]圖6為Si3N4粒子缺陷在后續(xù)制程中形成的帶有損傷缺陷的形貌的掃描電鏡圖片
[0030]圖7為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的深阱退火方法的流程示意圖【具體實(shí)施方式】
[0031]為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說明書附圖，對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0032]如前所述，在傳統(tǒng)的深阱退火工藝中，采用純氮?dú)庠诟邷貤l件下對(duì)硅襯底進(jìn)行退火處理，容易在硅襯底中形成的晶格損傷的部位反應(yīng)生成Si3N4，成為粒子狀缺陷，附著在襯底的表面，且不易清除。在后續(xù)工藝中在這種缺陷存在的地方就生長(zhǎng)不成連續(xù)的膜，從而造成有源區(qū)的損傷缺陷；而且，在高溫環(huán)境中，硅原子與硅襯底中的二氧化硅容易形成氣態(tài)氧化硅，從而進(jìn)一步造成有源區(qū)缺陷。因此，本發(fā)明對(duì)傳統(tǒng)深阱退火工藝進(jìn)行了改進(jìn)，將原有采用純氮?dú)庾鳛榉磻?yīng)氣體改為少量氧氣與大量惰性氣體的混合氣體，比如，可以采用氧氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，還可以采用氧氣、氮?dú)夂推渌栊詺怏w的混合氣體，比如氧氣、氮?dú)夂蜌鍤獾取?br> [0033]傳統(tǒng)的深阱退火工藝采用快速熱退火工藝或爐管熱退火工藝分別在其對(duì)應(yīng)的工藝腔中進(jìn)行，本發(fā)明的深阱退火方法亦可以在傳統(tǒng)深阱退火工藝的工藝腔中進(jìn)行，比如在快速熱退火工藝腔中或爐管熱退火工藝腔中進(jìn)行。
[0034]在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，在爐管熱退火工藝腔中進(jìn)行，因爐管熱退火時(shí)間較長(zhǎng)，可以更完全地消除晶格損傷缺陷，從而降低有源區(qū)缺陷。
[0035]在本發(fā)明的另一個(gè)較佳實(shí)施例中，采用快速熱退火工藝腔進(jìn)行的深阱退火方法包括:采用脈沖激光快速退火、離子束快速退火、連續(xù)波激光快速退火或非相干寬帶光源快速退火。
[0036]當(dāng)然，為配合本發(fā)明采用氧氣和惰性氣體的混合氣體，所采用的工藝腔可以有多個(gè)進(jìn)氣管路，用來連接不同的氣體；工藝腔本身也可以有一個(gè)進(jìn)氣管路，將不同氣體混合后通入該進(jìn)氣管路中等，本發(fā)明對(duì)此不作限制。
[0037]以下結(jié)合具體實(shí)施例和附圖6對(duì)本發(fā)明的深阱退火方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖6為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的深阱退火方法的流程示意圖。
[0038]請(qǐng)參閱圖6，本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的深阱退火方法，包括:向工藝腔中通入反應(yīng)氣體和加熱硅襯底；本發(fā)明中，反應(yīng)氣體由氧氣和惰性氣體組成。在本實(shí)施例中,采用的惰性氣體為純氮?dú)狻Ｔ诒景l(fā)明的另一個(gè)較佳實(shí)施例中，采用的惰性氣體可以為氮?dú)夂蜌鍤獾幕旌蠚怏w。當(dāng)然，本發(fā)明中，采用的惰性氣體還可以為氮?dú)狻鍤夂推渌栊詺怏w。
[0039]具體的，在本實(shí)施例中，采用爐管熱退火工藝腔，深阱退火方法包括以下步驟:
[0040]步驟SOl:在對(duì)硅襯底進(jìn)行深阱工藝之后，向工藝腔中通入氧氣和氮?dú)猓?br> [0041]這里，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以得知對(duì)硅襯底進(jìn)行深阱工藝的具體過程，這里不再贅述；在通入氧氣和氮?dú)庵?，亦可包括抽真空等確保深阱退火工藝氣氛的工藝步驟，這也為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以知曉的，在這里不再贅述；在本發(fā)明中，氧氣與惰性氣體的比例不大于20%，在本實(shí)施例中，氧氣與惰性氣體的比例不大于13%。這也是本發(fā)明對(duì)少量氧氣的定義，氧氣不宜過多，否則會(huì)違背深阱退火工藝的要求，在將硅襯底大量氧化而降低硅襯底及所形成器件的質(zhì)量。由于本實(shí)施例采用氧氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，因此，氧氣和氮?dú)獾谋壤淮笥?3%。[0042]需要說明的是，之所以在氮?dú)庵屑尤肷倭垦鯕?，是由于氮?dú)馀c硅的反應(yīng)溫度高，氧氣與硅的反應(yīng)溫度低，所以，由于前述深阱工藝中離子注入導(dǎo)致的晶格損傷處的硅原子在相同條件下將優(yōu)先地與氧氣發(fā)生反應(yīng)生成二氧化硅薄膜，具體反應(yīng)式為:
【權(quán)利要求】
1.一種深阱退火方法，包括向工藝腔中通入反應(yīng)氣體和加熱硅襯底，其特征在于，所述反應(yīng)氣體由氧氣和惰性氣體組成，其中，所述氧氣與所述惰性氣體的比例不大于20%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧氣與所述惰性氣體的比例不大于13%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧氣的流量為1-2.6SLM。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述惰性氣體為純氮?dú)狻?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述惰性氣體為氮?dú)夂蜌鍤獾幕旌蠚怏w。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所采用的升溫速率為75-220°C/sec。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所采用的反應(yīng)溫度為1000-1200°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所采用的反應(yīng)時(shí)間為5-60sec。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述工藝腔為快速熱退火工藝腔或爐管退火工藝腔。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，采用所述快速熱退火工藝腔進(jìn)行所述深阱退火方 法包括:采用脈沖激光快速退火、離子束快速退火、連續(xù)波激光快速退火或非相干寬帶光源快速退火。
【文檔編號(hào)】H01L21/324GK103903981SQ201410161259
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月22日
【發(fā)明者】溫振平 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司