CN101339900A - 半导体层的表面处理方法及半导体装置的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种半导体层的表面处理方法及半导体装置的制造方法。此表面处理方法首先提供半导体层，此半导体层的表面具有多个微粒。接着，利用清洁方法移除这些微粒。于此清洗方法中，依序使半导体层接触有机物移除剂、第一过氧化物混合液以及第二过氧化物混合液。

Description

半导体层的表面处理方法及半导体装置的制造方法
技术领域
本发明涉及一种半导体层的表面处理方法及半导体装置的制造方法，且特别涉及一种通过移除半导体层表面的多个微粒的表面处理方法及半导体装置的制造方法。
背景技术
随着半导体产业的蓬勃发展以及技术的精进，应用半导体技术的各样电子装置充斥于现代人的日常生活中，例如个人计算机中、数字相机以及移动电话等产品，其中均应用到许许多多半导体技术的应用，例如液晶显示面板、存储器或者感测芯片等等。半导体技术的进步已成为带动科技发展的重要推力之一。
一般而言，半导体装置中常见的基本应用即为金属氧化物半导体晶体管(MOS transistor)，其由金属层(metal)、氧化物层(oxide)以及半导体层(semiconductor)三层材料，利用不同的厚度依序堆叠而成。常见的半导体层材料为硅，常见的氧化物层材料为二氧化硅(SiO2)，其中利用氧化物层高介电常数的性质达到绝缘的效果。另外，金属层一般则采用多晶硅(poly-silicon)材料，用以作为晶体管的电极层，并且利用掺杂技术将杂质(dopant)掺入此多晶硅材料中，以增加其导电性。在半导体装置的工艺中，欲将杂质掺入多晶硅材料时，例如可利用同步掺杂多晶硅(in-situ doped polysilicon)层来进行。利用高温扩散掺杂的方式将杂质由同步掺杂多晶硅层驱入电极层的多晶硅材料中，以达到掺杂的目的。
然而，当上述的同步掺杂多晶硅层沉积之后，其表面会因光线、热能或其他因素造成微粒(particle)析出的现象。请同时参照图1A～1D，图1A绘示沉积同步掺杂多晶硅层4小时后微粒分布的示意图；图1B绘示沉积同步掺杂多晶硅层8小时后微粒分布的示意图；图1C绘示沉积同步掺杂多晶硅层24小时后微粒分布的示意图；图1D绘示沉积同步掺杂多晶硅层48小时后微粒分布的示意图。由图1A～1D可知，微粒111的数量会随着时间的增加而增加。由于这些微粒111会造成同步掺杂多晶硅层110的表面品质下降，导致多晶硅材料的电性特性劣化，提高随机单位错误(single-bit error)发生的机会，更会降低MOS晶体管的运作品质以及可靠度(reliability)。更进一步来说，MOS晶体管的成品率亦会受到影响，相对地增加生产成本。
发明内容
本发明涉及一种半导体层的表面处理方法及半导体装置的制造方法，其利用清洁方法，移除半导体层表面析出的微粒，并且使半导体层的表面维持一定时间的清洁状态。应用本发明的半导体层的表面处理方法及半导体装置的制造方法，具有提高产品成品率、降低成本、提高产品可靠性以及方法简单等优点。
根据本发明的一方面，提出一种半导体层的表面处理方法。首先，提供半导体层，此半导体层的表面具有多个微粒。其次，利用清洁方法移除该微粒。此清洁方法首先使半导体层接触有机物移除剂。接着使半导体层接触第一过氧化物混合液。然后，使半导体层接触第二过氧化物混合液。
根据本发明的另一方面，提出一种半导体装置的制造方法。首先，提供基板。接着，依序形成绝缘层覆盖于基板上、形成半导体层于绝缘层上，半导体层的表面具有多个微粒。其次，利用清洁方法移除这些微粒。于此清洁方法中，依序使半导体层接触有机物移除剂、第一过氧化物混合液以及第二过氧化物混合液。
为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1A绘示沉积同步掺杂多晶硅层4小时后微粒分布的示意图；
图1B绘示沉积同步掺杂多晶硅层8小时后微粒分布的示意图；
图1C绘示沉积同步掺杂多晶硅层24小时后微粒分布的示意图；
图1D绘示沉积同步掺杂多晶硅层48小时后微粒分布的示意图；
图2绘示依照本发明优选实施例的半导体装置制造方法的流程图；
图3A绘示依照本发明优选实施例的基板、绝缘层及半导体基材层的示意图；
图3B绘示掺杂层形成于图3A的半导体基材层的表面的示意图；
图3C绘示杂质扩散进入图3B的半导体基材层后的示意图；
图3D绘示图3C的半导体层经过清洁后的示意图；
图3E绘示杂质掺入图3D的基板经过掺杂后的示意图；
图3F绘示图3E的绝缘层图案化后的示意图；
图4A绘示半导体层形成一周后表面微粒分布的示意图；
图4B绘示应用本实施例的表面处理方法后半导体层表面微粒分布的示意图；以及
图5绘示微粒数量及时间的关系图。
附图标记说明
10：基板        11：源极区
12：漏极区      30、30’：绝缘层
40：半导体层    41：半导体基材层
42：掺杂层      51、111：微粒
52：杂质        100：半导体装置
110：同步掺杂多晶硅层
具体实施方式
以下提出一优选实施例作为本发明的详细说明。此实施例是用作范例说明，并不会限缩本发明的欲保护的范围。此外，实施例中的图示亦省略不必要的元件，以清楚显示本发明的技术特点。
请同时参照图2及图3A～3F，图2绘示依照本发明优选实施例的半导体装置制造方法的流程图；图3A绘示依照本发明优选实施例的基板、绝缘层及半导体基材层的示意图；图3B绘示掺杂层形成于图3A的半导体基材层的表面的示意图；图3C绘示杂质扩散进入图3B的半导体基材层后的示意图；图3D绘示图3C的半导体层经过清洁后的示意图；图3E绘示图3D的基板经过掺杂后的示意图；图3F绘示图3E的绝缘层图案化后的示意图。
依照本发明优选实施例的半导体装置的制造方法，首先如步骤101所示，提供基板10。接着进行步骤102，形成绝缘层30覆盖于基板10上。
而后，如步骤103所示，形成半导体层于绝缘层30上。形成半导体层的方式，例如是先于绝缘层30上沉积半导体基材层41，此半导体基材层41仅覆盖部分的绝缘层30，如图3A所示。其次，形成掺杂层42覆盖于半导体基材层41的表面，如图3B所示。在本实施例中，掺杂层42例如是同步掺杂多晶硅层(in-situ doped polysilicon layer)，并且包括高浓度的杂质(dopant)52。形成掺杂层42之后，形成半导体层的方法接着更进行掺杂质52的步骤，如图3C所示。在本实施例中，杂质52例如是由掺杂层42高温扩散掺杂(high temperature diffusion doping)进入半导体基材层41。完成掺杂的步骤后，半导体基材层41及掺杂层42整体形成半导体层40。
当半导体层40形成之后，其表面随时间逐渐析出许多微粒(particles)51。本实施例的制造方法接着进行移除微粒51的步骤。如图2的步骤104所示，利用清洁方法进行半导体层40的表面处理，用以移除这些微粒51，如图3D所示。首先可例如采用由硫酸(H2SO4)及双氧水(H2O2)所组成的有机物移除剂移去半导体层40表面的有机污染物，以降低半导体层40表面的疏水性，增加接下来清洗步骤的效率。接着，可选择性地使半导体层40接触氧化物移除剂，通过移去半导体层40表面的氧化物改善表面品质。氧化物移除剂例如包括氢氟酸(hydrogen fluoride)的去离子水溶液。其次，依序使半导体层40接触第一过氧化物混合液以及第二过氧化物混合液。本实施例中，第一过氧化物混合液包括氨水(NH4OH)、双氧水及去离子水(de-ionized water)，第二过氧化物混合液包括盐酸(HCl)、双氧水及去离子水。通过双氧水将部分的半导体层40进行氧化，并且通过氨水将部分氧化的半导体层40移除，藉的将这些微粒51自半导体层40的表面移除。盐酸移除半导体层40表面的碱金属离子以更进一步改善半导体层40的表面品质。接着，更可利用水清洗半导体层40的表面。经过清洁步骤之后，半导体层40表面的这些微粒51被移除，此时半导体层40处于清洁状态，且此清洁状态可维持至少大约12小时。如此可确保后方工艺步骤中，半导体层40的表面没有这些微粒51存在。
清洁半导体层40的表面后，依照本发明优选实施例的制造方法接着如步骤105及图3E所示，渗入另一杂质于基板10对应半导体层40的两侧处，用以形成源极区11以及漏极区12。基板10与半导体层40优选地为同型掺杂。在本实施例中，绝缘层30的材料例如是二氧化硅(SiO2)，而掺杂基板10的方法，可通过例如是离子注入(ion implantation)以及利用绝缘层30作为缓冲层的方式，将杂质掺入基板10中。
然后，进行步骤106，图案化绝缘层30。图案化后的绝缘层30’实质上与半导体40等宽，如图3F所示。完成上述图案化的步骤后，即完成依照本发明优选实施例的半导体装置100。在本实施例中，半导体装置100是以金属氧化物半导体晶体管为例做说明，而半导体层40是用以作为半导体装置100的栅电极。本实施例中半导体层40例如为掺杂多晶硅层，然半导体层亦可仅为多晶硅层。其余为本发明所属的技术领域中所常用的材料，例如硅、锗或其组合，均可应用于此。绝缘层30’的材料优选地是二氧化硅，用以作为半导体装置100的栅极氧化层。
请同时参照图4A及4B，图4A绘示半导体层形成一周后表面微粒分布的示意图；图4B绘示应用本实施例的表面处理方法后半导体层表面微粒分布的示意图。本实施例中，半导体层40的表面是利用有机物移除剂、第一过氧化物混合液以及第二过氧化物混合液来进行清洁。形成半导体层40后经过一周的时间，利用检测机台检测半导体层40表面的微粒51数量，在检测机台尚可检测的容量(capacity)内，微粒51已布满半导体层40的表面，如图4A中圆形区域内所示。接着请参照图4B，应用依照本发明优选实施例的表面处理方法后，半导体层40表面的微粒51数量大幅减少。
另外一方面，可由不同时间的微粒51数量变化来了解依照本发明优选实施例的表面处理方法的效果。请参照图5，其绘示微粒数量及时间的关系图。检测点A表示半导体层40形成后微粒51的数量；检测点B表示形成半导体层40后经过12小时的微粒51数量；检测点C表示依照本实施例的表面处理方法清洁半导体层40后，其表面的微粒51数量；检测点D、检测点E及检测点F分别表示清洁后经过12小时、24小时及36小时的微粒51数量。如图5所示，依照本实施例的表面处理方法清洁半导体层40后，微粒51的数量大幅降低，并且再经过12小时(检测点D)后，微粒51的数量才又开使向上攀升。也就是说，依照本发明优选实施例的半导体层的表面处理方法，可大幅降低半导体层40表面的微粒51数量，并且可维持清洁状态至少大约12小时。因此，当半导体装置进行后续的工艺步骤时，半导体层40表面为清洁状态，避免了因表面微粒51生成导致半导体装置成品率及品质下降的问题。
上述依照本发明优选实施例的半导体层的表面处理方法及半导体装置的制造方法，是利用有机物移除剂、第一过氧化物混合液以及第二过氧化物混合液，在半导体装置的工艺中清洁半导体层的表面，其具有方法简单与成效明显的优点。不论半导体层是利用何种方式形成，依照本实施例的表面处理方法可有效地移除半导体层表面所析出的微粒。因此，半导体装置进行后续的工艺步骤时，例如形成硅化金属层或金属化(metallization)工艺时，能够维持良好的电性表现。也就是说，本发明优选实施例的表面处理方法可有效避免因微粒散布导致半导体装置品质下降的问题，例如金属氧化物半导体晶体管或是存储器中栅极泄漏电流所引发的品质问题，使半导体装置具有稳定的阈值电压值。整体而言不但可提高产品的成品率、相对地降低生产成本，更进一步增进产品的可靠性。
综上所述，虽然本发明已以一优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定的为准。

Claims (9)

1.一种半导体层的表面处理方法，包括：
提供半导体层，该半导体层的表面具有多个微粒；以及
利用清洁方法移除该微粒，包括：
使该半导体层接触有机物移除剂；
使该半导体层接触第一过氧化物混合液；及
使该半导体层接触第二过氧化物混合液。
2.如权利要求1所述的半导体层的表面处理方法，其中该半导体层为多晶硅层或掺杂多晶硅层。
3.如权利要求1所述的半导体层的表面处理方法，其中该半导体层的材料为硅、锗或其组合。
4.如权利要求1所述的半导体层的表面处理方法，其中该第一过氧化物混合液包括氨水、双氧水及去离子水。
5.如权利要求3所述的半导体层的表面处理方法，其中该第二过氧化物混合液包括盐酸、双氧水及去离子水。
6.如权利要求1所述的半导体层的表面处理方法，其中于该半导体层接触该第二过氧化物混合液的步骤后，还包括：
以水清洗该半导体层。
7.如权利要求6所述的半导体层的表面处理方法，其中该有机物移除剂包括硫酸及双氧水。
8.如权利要求1所述的半导体层的表面处理方法，其中于该半导体层接触该有机物移除剂的步骤后，还包括：
使该半导体层接触氧化物移除剂。
9.如权利要求8所述的半导体层的表面处理方法，其中该氧化物移除剂包括氢氟酸的去离子水溶液。
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