CN104952726A - 一种用于无源器件的半导体衬底的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于无源器件的半导体衬底的制作方法，包括以下步骤：1）提供半导体衬底，于第一温度下对所述半导体衬底进行第一退火处理，使半导体衬底中的间隙氧往外扩散；2）于第二温度下对所述半导体衬底进行第二退火处理，使半导体衬底中的间隙氧成核形成第一氧沉淀；3）于第三温度下对所述半导体衬底进行第三退火处理，使所述第一氧沉淀吸收间隙氧形成第二氧沉淀。本发明通过对半导体衬底进行一种高温-低温-高温的热处理方法，使大量的间隙氧变为氧沉淀，从而有效地避免在后续的多步热处理过程中形成氧热施主，从而达到使衬底电阻率在整个工艺过程中都保持稳定的效果，使器件能稳定的实现其性能。
Description
技术领域
本发明属于半导体制造领域，特别是涉及一种用于无源器件的半导体衬底的制作方法。
背景技术
在过去很长一段时间，分立无源器件一直被应用在无线通信设备中，并采用SMT(表面贴装技术)贴装在各类电路板和基板上。然而，随着无线通信设备性能要求的不断增加，设备尺寸的不断减小，分立无源器件很难达到所有的设计要求。
最近几年，集成无源器件IPD（Integrated Passive Device）技术得到快速发展，这些集成无源器件有的直接在衬底上制作，有的结合有源器件(例如晶体管)进行制作。为了优化性能，集成无源器件一般是在高阻衬底上进行制作的，例如砷化镓，玻璃，石英，蓝宝石，而普通硅的电阻率比较低，所以在无线通信领域里集成无源器件通常不在普通硅衬底上实现。而诸如砷化镓，玻璃，石英，蓝宝石这些高阻衬底的成本要比硅衬底高很多。
目前，在适当的衬底上使用集成无源器件，包括电感，电容，电阻，传输线，来制作集成无源器件网络的优势已经得到广泛关注。然而，就像在集成有源器件技术中，衬底的材料和特性是成功的关键因素一样，在集成无源器件的制作过程中，由于集成无源器件是在衬底上直接制作而成的，衬底的材料和特性同样是成功的重要因素。
在无源器件制造中，出于对其特殊性能的考虑，对衬底的要求需电阻率大于2KΩ/cm-1且一般要求P型衬底，即掺入一定量的硼作为受主去达到电阻率要求，并且该衬底中含有较高的间隙氧浓度；在IPD整个制造过程中，会经历很多温度在300～450℃的工艺步骤且累计时间较长；在此温度区间内，浓度较高的间隙氧会扩散形成氧热施主，氧热施主的形成补偿了衬底中的硼受主，使硅衬底的电阻率发生很大的变化，甚至使p型变为n型，尤其是受主浓度较低的衬底（电阻率较高的衬底）；器件工艺的温度不能改变，衬底的电阻率较高，从而导致了IPD器件完成后衬底的电阻率明显的改变，有些硅片已经反型，严重的影响了器件的正常工作。
总的来说，由于目前半导体器件制造大都是采用直拉单晶硅，生长直拉晶体硅的坩埚为石英材料，所以硅晶体中不可避免会存在一定浓度的间隙氧，以常见的掺硼的p型半导体为例，受主浓度约为0.7*1013cm-3，而衬底硅中间隙氧浓度一般在1016～1018cm-3；大量的间隙氧在300～500℃区间热处理会形成大量的氧热施主，而氧热施主的生成与初始的间隙氧浓度有密切的关系；生成的氧热施主会导致n型硅衬底的电阻率明显下降，p型硅衬底的电阻率上升；当氧热施主严重时，甚至能使p型晶体硅转化为n型晶体硅，从而影响IPD器件的电学性能；所以一般情况下我们需要尽量去避免氧热施主的产生。
鉴于现有技术中的以上缺点，本发明提出了一种抑制IPD制造过程中氧热施主生成的方法，从而避免了氧热施主对电阻率较大的p型硅衬底电阻率的影响，从而保证了IPD器件某些性能正常运行。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于无源器件的半导体衬底的制作方法，用于解决现有技术中氧热施主会对电阻率较大的p型硅衬底电阻率造成较大影响的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于无源器件的半导体衬底的制作方法，包括以下步骤：
步骤1），提供半导体衬底，于第一温度下对所述半导体衬底进行第一退火处理，使半导体衬底中的间隙氧往外扩散；
步骤2），于第二温度下对所述半导体衬底进行第二退火处理，使半导体衬底中的间隙氧成核形成第一氧沉淀；
步骤3），于第三温度下对所述半导体衬底进行第三退火处理，使所述第一氧沉淀吸收间隙氧形成第二氧沉淀；
其中，所述第一温度及第三温度大于所述第二温度，所述第二氧沉淀的体积大于所述第一氧沉淀的体积。
作为本发明的半导体衬底的制作方法的一种优选方案，所述第一温度的范围为900～1150℃。
作为本发明的半导体衬底的制作方法的一种优选方案，所述第一退火处理的时间范围为1～240min。
作为本发明的半导体衬底的制作方法的一种优选方案，所述第二温度范围为600～800℃。
作为本发明的半导体衬底的制作方法的一种优选方案，所述第二退火处理的时间范围为1～1500min。
作为本发明的半导体衬底的制作方法的一种优选方案，所述第三温度的范围为900～1150℃。
作为本发明的半导体衬底的制作方法的一种优选方案，所述第三退火处理的时间范围为1～240min。
作为本发明的半导体衬底的制作方法的一种优选方案，所述第一退火处理、第二退火处理及第三退火处理的气氛为氮气及氩气中的一种。
作为本发明的半导体衬底的制作方法的一种优选方案，所述半导体衬底为直拉单晶硅衬底。
进一步地，所述直拉单晶硅衬底在热处理前的间隙氧浓度为1016～1018cm-3。
如上所述，本发明提供一种用于无源器件的半导体衬底的制作方法，包括以下步骤：步骤1），提供半导体衬底，于第一温度下对所述半导体衬底进行第一退火处理，使半导体衬底中的间隙氧往外扩散；步骤2），于第二温度下对所述半导体衬底进行第二退火处理，使半导体衬底中的间隙氧成核形成第一氧沉淀；步骤3），于第三温度下对所述半导体衬底进行第三退火处理，使所述第一氧沉淀吸收间隙氧形成第二氧沉淀；其中，所述第一温度及第三温度大于所述第二温度，所述第二氧沉淀的体积大于所述第一氧沉淀的体积。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过对半导体衬底进行一种高温-低温-高温的热处理方法，使大量的间隙氧变为氧沉淀，从而有效地避免在后续的多步热处理过程中形成氧热施主，从而达到使衬底电阻率在整个工艺过程中都保持稳定的效果，使器件能稳定的实现其性能；
本发明无需对现有的IPD器件制造工艺（尤其是温度）进行改变，只需在制造前进行高温-低温-高温热处理即可；
本发明还有对半导体衬底有一定的内吸杂作用，使半导体衬底近表面区域成为洁净区。
附图说明
图1显示为本发明的用于无源器件的半导体衬底的制作方法步骤流程示意图。
图2显示为的未经过退火处理前的半导体衬底结构示意图，其中，该半导体衬底中具有大量的间隙氧。
图3显示为本发明的用于无源器件的半导体衬底的制作方法步骤1）所呈现的结构示意图，其中，该半导体衬底中的间隙氧浓度有所降低。
图4显示为本发明的用于无源器件的半导体衬底的制作方法步骤2）所呈现的结构示意图，其中，该半导体衬底中形成有体积较小的氧沉淀。
图5显示为本发明的用于无源器件的半导体衬底的制作方法步骤3）所呈现的结构示意图，其中该半导体衬底中形成有体积较大的氧沉淀，同时，间隙氧浓度大大降低。
元件标号说明
101 半导体衬底
102 间隙氧
103 第一氧沉淀
104 第二氧沉淀
S11～S13 步骤1）～步骤3）
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1～图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例1
如图1～图5所示，本实施例提供一种用于无源器件的半导体衬底的制作方法，包括以下步骤：
如图1～图3所示，首先进行步骤1）S11，提供半导体衬底101，于第一温度下对所述半导体衬底101进行第一退火处理，使半导体衬底101中的间隙氧102往外扩散。
作为示例，所述半导体衬底101为直拉单晶硅衬底。由于现有的生长直拉晶体硅的坩埚为石英材料，所以硅晶体中不可避免会存在一定浓度的间隙氧102，一般来说，所述直拉单晶硅衬底在热处理前的间隙氧102浓度为1016～1018cm-3。
作为示例，所述第一温度的范围为900～1150℃，退火处理的时间范围为1～240min。在本实施例中，所述第一温度为1000℃，退火时间为60min。在此温度下进行退火，可以使半导体衬底101中的间隙氧102快速扩散开来，同时，使半导体衬底101中的间隙氧102往外扩散，经过一定的时间退火后，可以有效降低半导体衬底101中的间隙氧102的浓度，如图2～图3所示，图1显示为第一退火处理前的半导体衬底101示意图，其具有浓度很高的间隙氧102，图2显示为第一退火处理后的半导体衬底101示意图，间隙氧102的浓度可以有效的减低。
为了使间隙氧102更高效率地往外扩散，作为示例，所述第一退火处理的气氛为氮气或氩气中的一种，在本实施例中，所采用的气氛为氮气。
经过第一退火处理后，还包括使所述半导体衬底101快速冷却至室温的步骤。
如图1及图4所示，然后进行步骤2）S12，于第二温度下对所述半导体衬底101进行第二退火处理，使半导体衬底101中的间隙氧102成核形成第一氧沉淀103。
作为示例，所述第二温度大于所述第一温度，所述第二温度的范围为600～800℃，该温度区间为氧沉淀的成核温度，退火处理的时间范围为1～1500min。在本实施例中，所述第二温度为700℃，退火时间为60min。在此退火温度下，间隙氧102的过饱和度较大，成核临界半径小，易形成核心较小的第一氧沉淀103，有利于后续退火阶段的进行。
作为示例，所述第二退火处理的气氛为氮气或氩气中的一种，在本实施例中，所采用的气氛为氮气。
如图1及图5所示，最后进行步骤3）S13，于第三温度下对所述半导体衬底101进行第三退火处理，使所述第一氧沉淀103吸收间隙氧102形成第二氧沉淀104，所述第二氧沉淀104的体积大于所述第一氧沉淀103的体积。
作为示例，所述第三温度大于所述第一温度，所述第三温度的范围为900～1150℃，退火处理的时间范围为1～240min。在本实施例中，所述第三温度为1000℃，退火时间为60min。间隙氧102成核后在该温度下热处理，有利于体积较小的第一氧沉淀103不断地吸收间隙氧102而变为体积较大的第二氧沉淀104，同时，半导体衬底101中的间隙氧102浓度大大降低。
作为示例，所述第三退火处理的气氛为氮气或氩气中的一种，在本实施例中，所采用的气氛为氮气。
需要说明的是，与氧热施主不同，体积较大的氧沉淀没有电学性能，在后续器件的制作过程中，对单晶硅中的载流子浓度没有影响，从而达到使衬底电阻率在整个工艺过程中都保持稳定的效果，使器件能稳定的实现其性能。
实施例2
如图1～图5所示，本实施例提供一种用于无源器件的半导体衬底的制作方法，其中：
在所述第一退火处理中，所述第一温度为1150℃，退火时间为1min。
在所述第二退火处理中，所述第二温度为800℃，退火时间为1min。
在所述第三退火处理中，所述第二温度为1150℃，退火时间为1min。
所述第一退火处理、第二退火处理及第三退火处理的气氛为氩气。
实施例3
如图1～图5所示，本实施例提供一种用于无源器件的半导体衬底101的制作方法，其中：
在所述第一退火处理中，所述第一温度为900℃，退火时间为240min。
在所述第二退火处理中，所述第二温度为600℃，退火时间为1500min。
在所述第三退火处理中，所述第二温度为900℃，退火时间为240min。
所述第一退火处理、第二退火处理及第三退火处理的气氛为氮气。
如上所述，本发明提供一种用于无源器件的半导体衬底的制作方法，包括以下步骤：步骤1），提供半导体衬底101，于第一温度下对所述半导体衬底101进行第一退火处理，使半导体衬底101中的间隙氧102往外扩散；步骤2），于第二温度下对所述半导体衬底101进行第二退火处理，使半导体衬底101中的间隙氧102成核形成第一氧沉淀103；步骤3），于第三温度下对所述半导体衬底101进行第三退火处理，使所述第一氧沉淀103吸收间隙氧102形成第二氧沉淀104；其中，所述第一温度及第三温度大于所述第二温度，所述第二氧沉淀104的体积大于所述第一氧沉淀103的体积。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过对半导体衬底101进行一种高温-低温-高温的热处理方法，使大量的间隙氧102变为氧沉淀，从而有效地避免在后续的多步热处理过程中形成氧热施主，从而达到使衬底电阻率在整个工艺过程中都保持稳定的效果，使器件能稳定的实现其性能；
本发明无需对现有的IPD器件制造工艺（尤其是温度）进行改变，只需在制造前进行高温-低温-高温热处理即可；
本发明还有对半导体衬底101有一定的内吸杂作用，使半导体衬底101近表面区域成为
洁净区。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种用于无源器件的半导体衬底的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1），提供半导体衬底，于第一温度下对所述半导体衬底进行第一退火处理，使半导体衬底中的间隙氧往外扩散；
步骤2），于第二温度下对所述半导体衬底进行第二退火处理，使半导体衬底中的间隙氧成核形成第一氧沉淀；
步骤3），于第三温度下对所述半导体衬底进行第三退火处理，使所述第一氧沉淀吸收间隙氧形成第二氧沉淀；
其中，所述第一温度及第三温度大于所述第二温度，所述第二氧沉淀的体积大于所述第一氧沉淀的体积。
2.根据权利要求1所述的用于无源器件的半导体衬底的制作方法，其特征在于：所述第一温度的范围为900～1150℃。
3.根据权利要求1所述的用于无源器件的半导体衬底的制作方法，其特征在于：所述第一退火处理的时间范围为1～240min。
4.根据权利要求1所述的用于无源器件的半导体衬底的制作方法，其特征在于：所述第二温度范围为600～800℃。
5.根据权利要求1所述的用于无源器件的半导体衬底的制作方法，其特征在于：所述第二退火处理的时间范围为1～1500min。
6.根据权利要求1所述的用于无源器件的半导体衬底的制作方法，其特征在于：所述第三温度的范围为900～1150℃。
7.根据权利要求1所述的用于无源器件的半导体衬底的制作方法，其特征在于：所述第三退火处理的时间范围为1～240min。
8.根据权利要求1所述的用于无源器件的半导体衬底的制作方法，其特征在于：所述第一退火处理、第二退火处理及第三退火处理的气氛为氮气及氩气中的一种。
9.根据权利要求1所述的用于无源器件的半导体衬底的制作方法，其特征在于：所述半导体衬底为直拉单晶硅衬底。
10.根据权利要求9所述的用于无源器件的半导体衬底的制作方法，其特征在于：所述直拉单晶硅衬底在热处理前的间隙氧浓度为1016～1018cm-3。
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- 2014-03-26 CN CN201410115034.5A patent/CN104952726A/zh active Pending
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| PB01 | Publication | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150930 |