[发明专利]晶圆热处理的方法

说明书

本发明提出了一种晶圆热处理的方法，将晶圆置于含有一无氧混合气体的环境中，对该晶圆的一表面进行一快速升温处理，接着将该晶圆置于一含有一含氧气体的环境中，对该晶圆的一表面进行一快速降温处理，使得晶圆的表面上形成一无缺陷区，获得在之后工艺中可以释放出以改善半导体器件的界面特性的氘，并控制体微缺陷的位置远离制造半导体器件的有源区。

技术领域

本发明是关于晶圆制造领域，尤其关于一种晶圆热处理的方法。

背景技术

作为制造半导体器件原料之一的单晶硅经由被称之为柴氏长晶法(Czochralskiprocess，简称CZ法)、浮融带长晶法(Floating zone method，简称FZ法)等晶体生长技术生长成圆柱形的单晶硅晶锭(ingot)。以CZ法为例，硅石被放置在坩锅炉中加热融化，再以一根直径约10mm的棒状晶种浸入融熔硅中，晶种被微微的旋转向上提升，此时融熔硅中的硅原子会在接续晶种的单晶体的晶格排列方向继续结晶，并延续其规则的晶格结构。若整个结晶环境稳定，就可以周而复始的形成结晶，最后形成一根圆柱形的原子排列整齐的硅单晶晶体，即硅单晶硅晶锭。硅单晶硅晶锭接着通过诸如切片、研磨、蚀刻、清洗、抛光等一系列晶圆加工工艺而被加工成晶圆。

然而，在硅单晶成长的过程中、晶圆制造及后续形成半导体器件的各种工艺中，或多或少会因结晶不完美、工艺或结构产生的应力、剪力、或受到外界的杂质渗入而产生各种形式的缺陷。举例来说，硅单晶成长过程中产生的空位(vacancy)、自间隙(selfinterstitialcy)等点缺陷、在拉晶时不可避免地渗入来自石英坩锅的氧杂质、在制作半导体器件的结构的过程中受到应力或剪力影响而产生的位错(dislocation)、工艺中引入的金属杂质等。由于这些缺陷附近的硅原子及自间隙硅本身具有未键结的电子，导致容易在半导体器件中的界面或表面上形成悬挂键，且随着偏压的不同，使得载流子在此复合(recombination)而减少或产生(generation)额外的载流子，进一步导致电子迁移率(electron mobility)下降，以致降低半导体器件的效能。类似地，金属杂质对制作出来的半导体器件的电子特性也会造成不利的影响，如：使栅极氧化层崩溃电压降低、漏电流增加等。

另一问题是热载流子效应(Hot carrier effect)，其是由于半导体器件尺度愈趋微小，载流子在高电场中获得足够能量产生撞击，而使少部分载流子注入栅极氧化层。如此会造成半导体器件性能退化及其可靠度不良的问题。

目前常见的改善方法之一是使用氢气钝化处理(Hydrogen passivationtreatment)技术，将制作好半导体器件的晶圆置放在氢气环境中进行退火，使悬挂键与氢结合，从而降低悬挂键的数量及其对半导体器件操作带来的不利影响。又如，专利号5872387的美国专利揭露在半导体器件制作完成时，将之以氘气调理，使得氘与三、四或五族元素以共价键结合，形成较为稳定的结构，从而减缓去钝化(depassivation)现象的发生，避免热载流子的穿透，降低漏电流，提高器件的性能与可靠性。然而，半导体器件中掺杂许多种类的掺杂物，这些掺杂物与高反应的氢气或氘气在高温环境可能会发生不同的反应而影响半导体器件的特性，因此提高钝化处理工艺参数优化的难度。

目前常见的另一改善方法是使用在由晶圆中残留的间隙氧(Interstitialoxygen)在后续热工艺过程中生长成的氧沉淀(Oxygen precipitation)提供内质吸除(Intrinsic gettering)金属杂质的功能，还可以一并防止位错(dislocation)滑移，带来提高机械强度及半导体器件良率的效果。然而，若这些氧沉淀是出现在器件有源区中，会导致栅极氧化物的完整性降低，以及不必要的基板漏电流等问题，不符日趋精密的半导体器件的需求，因此氧沉淀须要是形成于器件有源区之外，如块体区，才不致影响半导体器件的操作。因此，如何使氧沉淀以适宜的深度、密度与大小分布于晶圆中，一直是业界持续精进的目标之一。

发明内容