[发明专利]用于保持热预算稳定的加热方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件制造方法，特别是涉及一种用于保持热预算稳定的加热方法。

背景技术

在摩尔定律的推动下，过去十多年来半导体工业发展非常迅速。随着更多复杂工艺技术的开发，对半导体制造而言，工艺热预算的良好控制变得越来越重要。例如，集成电路进入深亚微米以及纳米级之后，特征尺寸持续缩小，而离子注入或扩散形成的掺杂区内的杂质离子可能在多次热处理过程中累积获得足够的能量脱离衬底材质的束缚而扩散到相隔距离已减小的相邻区域内，这往往会导致器件失效。

在半导体制造工序期间，最多的热能来源于加热步骤，例如热氧化、热退火、热扩散、真空蒸发、CVD等等，因为所有的加热步骤通常是高温长时间的加热处理。但是对于加热工序而言，有时需要调整主工艺时间以确保目标物上一定的薄膜厚度。例如对于热氧化而言，对于Si的(100)晶面，在800℃温度下进行干氧氧化时，当氧化剂气氛中水汽含量小于1ppm时，氧化700分钟得到的氧化层厚度为要得到更厚的氧化层则需要更长的时间，大体上呈线性关系，因此一定程度上也意味着更多的热预算。

重要的是，主工艺几乎总是温度最高的处理步骤。例如对于制备氧化硅而言，主工艺例如是氧化，温度从800至1300℃不等，加热处理时间通常是十几分钟、小时或十数小时的量级。而热退火时间通常是分钟或秒量级，对于注入Si中Sb+的低剂量损伤，300℃退火即可基本消除缺陷。CVD时间通常是分钟量级，温度从300至750℃不等。此外，在炉内加热的各个步骤工序中，主工艺耗时较长。由此可见，热氧化最能代表高温长时间的主工艺，很大程度上决定了半导体工艺的热预算。因此，改变主工艺的处理时间将最终显著导致器件热预算的变化。

进一步地，热预算变化较大时，后续对于晶片的进一步处理可能使得晶片总体承受的热能超出保持器件稳定性的需要，也即热预算突增时，若后续处理未能依照热预算流出足够冗余，则可能造成器件因超过总热预算而使得扩散失控最终导致器件失效。

总而言之，需要一种能保持热预算稳定的加热工序优化方法，以便降低制造成本、节省工艺时间。

发明内容

由上所述，本发明的目的在于提供一种保持热预算稳定的加热工序优化方法。

本发明提供了一种用于保持热预算稳定的加热方法，包括：

升温，将反应炉内的温度从第一温度上升至第二温度；

主工序步骤，用于对晶片处理形成薄膜，占用第一时间T1；

虚拟工艺步骤，占用第二时间T2；

降温，将反应炉内的温度从第二温度下降至第一温度；

其特征在于，所述第一时间和第二时间之和为一固定常数。

其中，所述主工序为热氧化形成氧化膜。其中，所述固定常数依据主工序成膜厚度控制而确定。其中，能够调整所述第一时间T1和第二时间T2。其中，T1+T2＝(1+α)×T0，T0为不同批次的主工序耗时的算术平均值，α为不同批次的主工序耗时变化最大值与T0的比率。其中，α小于等于10％。其中，所述虚拟工艺步骤为在N₂氛围下退火。

依照本发明的加热工序优化方法，通过在主工序后插入一个虚拟工序，使得整个加热工艺的总时间保持不变，有利于保持热预算稳定，进一步有利于器件性能维持稳定。

本发明所述目的，以及在此未列出的其他目的，在本申请独立权利要求的范围内得以满足。本发明的实施例限定在独立权利要求中，具体特征限定在其从属权利要求中。

附图说明

以下参照附图来详细说明本发明的技术方案，其中：

图1为现有的加热各个工序示意图；以及

图2A及图2B为依照本发明的优化前后的加热工序的主工序时间-温度关系示意图。

具体实施方式

以下参照附图并结合示意性的实施例来详细说明本发明技术方案的特征及其技术效果，公开了保持热预算稳定的加热工序优化方法。需要指出的是，类似的附图标记表示类似的结构，本申请中所用的术语“第一”、“第二”、“上”、“下”等等可用于修饰各种制造工序。这些修饰除非特别说明并非暗示所修饰制造工序的空间、次序或层级关系。

图1为现有的加热工序实例示意图。其中，横轴表示时间，具体而言代表整个加热工序各个步骤所耗费的时间，纵轴表示反应炉内温度，单位为℃。需要说明的是，图1仅为示意图，各个步骤所占时间并未严格按照比例显示，具体的各步骤开始以及结束时间可参照表1。

通常的整个加热工序包括以下若干步骤。