CN103681243A - 用于改善soi衬底表面损伤的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于改善SOI衬底表面损伤的方法，其特征是，包括以下工艺步骤：（1）在SOI衬底上表面热氧化生成掩蔽氧化层，温度为850±10℃，时间为30±1分钟，掩蔽氧化层的厚度为15±1nm；（2）向掩蔽氧化层注入元素Ar，注入能量为200±2keV，注入剂量为1×1015±0.05×1015；（3）将SOI衬底分别采用常规3#和1#清洗液进行清洗；（4）退火：将SOI衬底在纯氮气气氛下进行退火，退火温度为950±5℃，时间为30±1分钟；（5）重复步骤（2）～步骤（4）的操作10～20次；（6）将SOI衬底在质量百分浓度为0.5%～10%的氢氟酸中漂洗2～10分钟，去除掩蔽氧化层；再在清水中漂洗干净后甩干。本发明能够降低注入对衬底的损伤，改善衬底沾污和损伤问题。

Description

用于改善SOI衬底表面损伤的方法
技术领域
本发明涉及一种用于改善SOI衬底表面损伤的方法，属于硅集成电路制造工艺技术领域。
背景技术
在SOI集成电路中，为了提高电路的抗辐照能力，SOI衬底通常会进行加固工艺。该加固工艺一般采用特殊元素、特殊的注入能量和较大的注入剂量对SOI的埋层氧化层进行注入。经过该种加固工艺后，SOI衬底表面会引入大量注入损伤以及衬底表面沾污，对后期SOI集成电路的可靠性造成较大影响。
常规的降低加固工艺后衬底损伤的方法为采用一次清洗工艺和一次炉管退火工艺。但是实际工艺过程中，采用一次清洗工艺和一次炉管退火工艺并不能很好的降低衬底表面损伤，容易造成电路的阱电阻波动大以及栅氧生长异常，对电路的可靠性造成一定的负面影响。常规加固工艺步骤明细如下：（1）加固注入；（2）加固注入后清洗：采用常规清洗液清洗；（3）加固注入后退火：氧化纯N2退火。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种用于改善SOI衬底表面损伤的方法，能够降低注入对衬底的损伤，改善衬底沾污和损伤问题。
按照本发明提供的技术方案，所述用于改善SOI衬底表面损伤的方法，其特征是，包括以下工艺步骤：
（1）牺牲氧化：在SOI衬底上表面热氧化生成掩蔽氧化层，温度为850±10℃，时间为30±1分钟，掩蔽氧化层的厚度为15±1 nm； 
（2）加固注入：向掩蔽氧化层注入元素Ar，注入能量为200±2 keV，注入剂量为1×1015±0.05×1015；
（3）清洗：将SOI衬底分别采用常规3#和1#清洗液进行清洗，3#清洗液的清洗温度为100±2 ℃，清洗时间为10±1分钟，1#清洗液的清洗温度为70±2℃，清洗时间为10±1分钟；3#清洗液由H2SO4和H2O2按质量比3:1混合得到，1#清洗液由NH3H2O、H2O2和H2O按质量比为1:1:5混合得到； 
（4）退火：将SOI衬底在纯氮气气氛下进行退火，退火温度为950±5℃，时间为30±1分钟； 
（5）重复步骤（2）～步骤（4）的操作10～20次； 
（6）将SOI衬底在质量百分浓度为0.5%～10%的氢氟酸中漂洗2～10分钟，去除掩蔽氧化层；再在清水中漂洗干净后甩干。
本发明所述用于改善SOI衬底表面损伤的方法采用分步多次注入的方法保证了SOI集成电路在加固工艺中的总注入剂量保持不变；采用氧化掩蔽层和分步退火工艺改善了由于注入剂量过大造成的衬底沾污和损伤问题，使得衬底的表面非晶化程度降低，通过增加掩蔽层减少注入过程中引入的杂质沾污，再通过分次退火的方法将衬底损伤恢复。
附图说明
图1为在SOI衬底上得到掩蔽氧化层的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图对本发明作进一步说明。
实施例一：一种用于改善SOI衬底表面损伤的方法，包括以下工艺步骤：
（1）牺牲氧化：如图1所示，在SOI衬底1上表面热氧化生成掩蔽氧化层2，温度为850℃，时间为30分钟，掩蔽氧化层的厚度为15 nm； 
（2）加固注入：向掩蔽氧化层注入元素Ar，注入能量为200 keV，注入剂量为1×1015；
（3）清洗：将SOI衬底分别采用常规3#和1#清洗液进行清洗，3#清洗液的清洗温度为100 ℃，清洗时间为10分钟，1#清洗液的清洗温度为70℃，清洗时间为10分钟；3#清洗液由H2SO4和H2O2按质量比3:1混合得到，1#清洗液由NH3H2O、H2O2和H2O按质量比为1:1:5混合得到； 
（4）退火：将SOI衬底在纯氮气气氛下进行退火，退火温度为950℃，时间为30分钟；经过单次注入和单次退火后衬底表面修复良好；
（5）重复步骤（2）～步骤（4）的操作15次； 
（6）将SOI衬底在质量百分浓度为2%的氢氟酸中漂洗5分钟，去除掩蔽氧化层；再在清水中漂洗干净后甩干，从而得到很好的衬底表面。
实施例二：一种用于改善SOI衬底表面损伤的方法，包括以下工艺步骤：
（1）牺牲氧化：如图1所示，在SOI衬底1上表面热氧化生成掩蔽氧化层2，温度为840℃，时间为31分钟，掩蔽氧化层的厚度为14 nm； 
（2）加固注入：向掩蔽氧化层注入元素Ar，注入能量为198 keV，注入剂量为0.95×1015；
（3）清洗：将SOI衬底分别采用常规3#和1#清洗液进行清洗，3#清洗液的清洗温度为98 ℃，清洗时间为11分钟，1#清洗液的清洗温度为68℃，清洗时间为11分钟；3#清洗液由H2SO4和H2O2按质量比3:1混合得到，1#清洗液由NH3H2O、H2O2和H2O按质量比为1:1:5混合得到； 
（4）退火：将SOI衬底在纯氮气气氛下进行退火，退火温度为945℃，时间为31分钟；经过单次注入和单次退火后衬底表面修复良好；
（5）重复步骤（2）～步骤（4）的操作10次； 
（6）将SOI衬底在质量百分浓度为0.5%的氢氟酸中漂洗10分钟，去除掩蔽氧化层；再在清水中漂洗干净后甩干，从而得到很好的衬底表面。
实施例三：一种用于改善SOI衬底表面损伤的方法，包括以下工艺步骤：
（1）牺牲氧化：如图1所示，在SOI衬底1上表面热氧化生成掩蔽氧化层2，温度为860℃，时间为29分钟，掩蔽氧化层的厚度为16 nm； 
（2）加固注入：向掩蔽氧化层注入元素Ar，注入能量为202 keV，注入剂量为1.05×1015；
（3）清洗：将SOI衬底分别采用常规3#和1#清洗液进行清洗，3#清洗液的清洗温度为102 ℃，清洗时间为9分钟，1#清洗液的清洗温度为72℃，清洗时间为9分钟；3#清洗液由H2SO4和H2O2按质量比3:1混合得到，1#清洗液由NH3H2O、H2O2和H2O按质量比为1:1:5混合得到； 
（4）退火：将SOI衬底在纯氮气气氛下进行退火，退火温度为955℃，时间为29分钟；经过单次注入和单次退火后衬底表面修复良好；
（5）重复步骤（2）～步骤（4）的操作20次； 
（6）将SOI衬底在质量百分浓度为10%的氢氟酸中漂洗2分钟，去除掩蔽氧化层；再在清水中漂洗干净后甩干，从而得到很好的衬底表面。
本发明所述用于改善SOI衬底表面损伤的方法可以有效降低注入对衬底的损伤，修复衬底的非晶化程度，避免沾污，提高电路的可靠性；本发明通过增加掩蔽氧化层避免表面沾污，再通过分步多次退火将衬底损伤修复，提高了电路的可靠性。

Claims (1)

1.一种用于改善SOI衬底表面损伤的方法，其特征是，包括以下工艺步骤：
（1）牺牲氧化：在SOI衬底上表面热氧化生成掩蔽氧化层，温度为850±10℃，时间为30±1分钟，掩蔽氧化层的厚度为15±1 nm； 
（2）加固注入：向掩蔽氧化层注入元素Ar，注入能量为200±2 keV，注入剂量为1×1015±0.05×1015；
（3）清洗：将SOI衬底分别采用常规3#和1#清洗液进行清洗，3#清洗液的清洗温度为100±2 ℃，清洗时间为10±1分钟，1#清洗液的清洗温度为70±2℃，清洗时间为10±1分钟；3#清洗液由H2SO4和H2O2按质量比3:1混合得到，1#清洗液由NH3H2O、H2O2和H2O按质量比为1:1:5混合得到； 
（4）退火：将SOI衬底在纯氮气气氛下进行退火，退火温度为950±5℃，时间为30±1分钟； 
（5）重复步骤（2）～步骤（4）的操作10～20次； 
（6）将SOI衬底在质量百分浓度为0.5%～10%的氢氟酸中漂洗2～10分钟，去除掩蔽氧化层；再在清水中漂洗干净后甩干。
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