CN105336577A - 半导体基片表面钝化层的形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体基片表面钝化层的形成方法。对于刚出炉的半导体基片，直接向微处理腔内通入臭氧气体2-10min。对于有自然氧化层的半导体基片，一种是向微处理腔内通入含HF的气体或液体；向微处理腔内通入超纯水；干燥；向微处理腔内通入臭氧气体2-10min。另一种是向微处理腔内通入含HF的气体或液体；向微处理腔内通入臭氧水2-10min；干燥。本发明使用氧化能力强的臭氧作为氧化剂，采用微处理腔作为反应容器，能大幅度节省反应物用量，减少钝化时间，降低处理成本，提高生产效率。

Description

半导体基片表面钝化层的形成方法

技术领域

本发明涉及半导体材料的制作工艺，具体地说是一种半导体基片表面钝化层的形成方法。

背景技术

在半导体基片上生长一层氧化层，即氧化工艺，是半导体制造技术的基础之一。该工艺中形成的氧化层用途广泛，可做表面钝化层、掺杂阻挡层、表面绝缘层、栅氧电介质、金属层间的介质层等。氧化层可以通过热生长、外延生长、湿法化学等方法产生。例如，硅外延片的质量检测便涉及到氧化层作为表面钝化的用途。

硅外延技术是一种通过气相外延、液相外延等方法在硅单晶衬底上沿其原晶向再生长一层硅单晶薄膜的半导体工艺，已广泛应用于半导体器件和集成电路中。硅外延层的电阻率直接影响器件的性能，是衡量硅外延片质量的一个重要参数。目前，检测硅外延层电阻率的最常用方法为汞探针C-V法。

汞探针C-V法是利用肖特基势垒电容的C-V特性来测试硅外延层掺杂浓度即电阻率。为获得肖特基势垒，测试前要形成一个MOS结构(Hg-SiO2-Si)。所以，需要在检测晶圆表面形成一层氧化层，与汞探针接触形成MOS结构。由于在外延制程中，硅片是处于氢气氛围中，外延层形成后的表面是富氢表面。出炉后的外延片经过一定时间的放置后，其表面吸附的氢原子逐渐为环境中的氧所代替，缓慢生成一层自然氧化层，但是该自然氧化层的厚度、密度及污染程度都会因放置环境、时间及所经历的搬运、装卸等处理过程不一样而不同，而这些因素都会影响电阻率值的测量结果。因此，硅外延片在检测前需要去除自然形成的氧化层，进行钝化处理。

现有技术中，硅外延片钝化处理有采用湿法处理工艺和干法处理工艺。湿法处理工艺的基本步骤为：第一步、用氢氟酸去除自然氧化层；第二步、用钝化液生成氧化层；第三步、冲洗与干燥。干法处理工艺是利用特殊光照，在有氧气存在的条件下，通过发生氧化反应，生成氧化层。

上述湿法处理工艺在半导体行业内通用的清洗机上均可完成。该工艺存在以下几个问题：(1)采用传统的浸泡工艺，在用氢氟酸去除自然氧化层的过程中，用于保护外延片产品的背封(氧化硅)，也会被破坏或去除掉。(2)现有技术中常用的钝化液是含有过氧化氢的溶液，如采用SC-1溶液清洗氧化和双氧水水煮氧化。这两种钝化方法常需要20分钟以上的钝化时间，同时由于过氧化氢的易分解性会影响钝化溶液的氧化能力，直接影响钝化结果稳定性的控制。

过长的表面钝化时间导致电阻率信息的滞后，影响外延工艺的质量控制，降低了生产效率。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种半导体基片表面钝化层的形成方法，该方法可降低钝化时间及钝化成本，提高生产效率。

本发明采用的一种技术方案如下：

一种半导体基片表面钝化层的形成方法，用于对刚出炉的半导体基片进行钝化处理，包括以下步骤：

(1)将出炉的半导体基片装入微处理腔；

(2)密闭微处理腔；

(3)向微处理腔内通入臭氧气体2-10min；

(4)打开微处理腔，取出半导体基片。

本发明采用的另一种技术方案如下：

一种半导体基片表面钝化层的形成方法，用于对有自然氧化层的半导体基片进行钝化处理，包括以下步骤：

(1)将半导体基片装入微处理腔；

(2)密闭微处理腔；

(3)向微处理腔内通入含HF的气体或液体；

(4)向微处理腔内通入超纯水；

(5)干燥微处理腔；

(6)向微处理腔内通入臭氧气体2-10min；

(7)打开微处理腔，取出半导体基片。

本发明采用的再一种技术方案如下：

一种半导体基片表面钝化层的形成方法，用于对有自然氧化层的半导体基片进行钝化处理，包括以下步骤：

(1)将半导体基片装入微处理腔；

(2)密闭微处理腔；

(3)向微处理腔内通入含HF的气体或液体；

(4)向微处理腔内通入臭氧水2-10min，所述臭氧水是利用气流混合装置将臭氧和水混合而制得；

(5)干燥微处理腔；

(6)打开微处理腔，取出半导体基片。

本发明的技术效果在于：本发明使用氧化能力强的臭氧作为反应气体，使用微处理腔作为反应容器，处理时间为2-10min，钝化时间短，生产效率高。

附图说明

图1为测试本发明制得的半导体基片钝化层的电阻率和膜厚的位置示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明使用臭氧作为反应气体，使用微处理腔作为反应容器。微处理腔采用现有湿法处理技术中的晶圆清洗装置，其核心结构是一个紧密接收并处理半导体晶圆的微腔室，该微腔室可处于打开状态以供装载与移除半导体晶圆，也可处于关闭状态以用于半导体晶圆的处理，其中处理过程中可将化学制剂及其他流体引入所述微腔室。该微腔室作为一个小型的密闭容器，大大降低臭氧的使用量，使用过的臭氧通过微处理腔的可供排气排液口排放到远离操作人员的安全指定地方。

对于刚出炉的半导体基片进行表面钝化处理，本发明采用以下方法，包括以下步骤：

(1)将半导体基片装入微处理腔；

(2)密闭微处理腔；

(3)向微处理腔内通入臭氧气体2-10min；

(4)打开微处理腔，取出半导体基片。

此法钝化前不做HF处理，钝化后无需干燥，大大简化钝化处理过程和时间。下表表一为采用上述方法的一个具体实施案例，是对刚出炉的半导体基片进行10min钝化处理。

按照图1所示位置与序号测试半导体基片钝化层的电阻率和膜厚。

表一为上述实施例的电阻率测试和膜厚测试数据(9点)

表一

从表一中可看出，该半导体基片表面钝化层的电阻率分布均匀，该半导体基片质量较好；除了最中间进气口的膜厚数值较大外，其余均在

对于已生成有自然氧化层的半导体基片进行钝化处理，本发明采用以下两种方法：

第一种方法，包括以下步骤：

(1)将半导体基片装入微处理腔；

(2)密闭微处理腔；

(3)向微处理腔内通入含HF的气体或液体；

(4)向微处理腔内通入超纯水；

(5)干燥微处理腔；

(6)向微处理腔内通入臭氧气体2-10min；

(7)打开微处理腔，取出半导体基片。

下表表二为采用上述方法的一个具体实施案例，是对已生成有自然氧化层的半导体基片预先用HF液体处理1min，再通入臭氧气体2min进行钝化处理。

按照图1所示位置与序号测试半导体基片钝化层的电阻率和膜厚。

表二为上述实施例的电阻率测试和膜厚测试数据(9点)

表二

从表二中可看出，该半导体基片表面钝化层的电阻率分布均匀，膜厚均匀，该半导体基片质量较好。

第二种方法，包括以下步骤：

(1)将半导体基片装入微处理腔；

(2)密闭微处理腔；

(3)向微处理腔内通入含HF的气体或液体；

(4)向微处理腔内通入臭氧水2-10min，所述臭氧水是利用气流混合装置射流器将臭氧与水混合制得；气流混合装置一般采用射流器、气液混合泵等。

(5)干燥微处理腔；

(6)打开微处理腔，取出半导体基片。

下表表三为采用上述方法的一个具体实施案例，是对已生成有自然氧化层的半导体基片预先用HF液体处理1min，再通入臭氧水溶液2min进行钝化处理。

按照图1所示位置与序号测试半导体基片钝化层的电阻率和膜厚。

表三为上述实施例的电阻率测试和膜厚测试数据(9点)

表三

从表三中可看出，该半导体基片表面钝化层的电阻率分布均匀，膜厚均匀，该半导体基片质量较好。

本发明中，臭氧现场由臭氧发生器制得，按照臭氧产生方式来分，有电晕式或者电解式两种臭氧发生器。

上文对本发明进行了足够详细的具有一定特殊性的描述。所属领域内的普通技术人员应该理解，实施例中的描述仅仅是示例性的，在不偏离本发明的真实精神和范围的前提下做出所有改变都应该属于本发明的保护范围。本发明所要求保护的范围是由所述的权利要求书进行限定的，而不是由实施例中的上述描述来限定的。

Claims (3)

1.一种半导体基片表面钝化层的形成方法，用于对刚出炉的半导体基片进行钝化处理，其特征是，包括以下步骤：

(1)将出炉的半导体基片装入微处理腔；

(2)密闭微处理腔；

(3)直接向微处理腔内通入臭氧气体2-10min；

(4)打开微处理腔，取出半导体基片。

2.一种半导体基片表面钝化层的形成方法，用于对有自然氧化层的半导体基片进行钝化处理，其特征是，包括以下步骤：

(1)将半导体基片装入微处理腔；

(2)密闭微处理腔；

(3)向微处理腔内通入含HF的气体或液体；

(4)向微处理腔内通入超纯水；

(5)干燥微处理腔；

(6)向微处理腔内通入臭氧气体2-10min；

(7)打开微处理腔，取出半导体基片。

3.一种半导体基片表面钝化层的形成方法，用于对有自然氧化层的半导体基片进行钝化处理，其特征是，包括以下步骤：

(1)将半导体基片装入微处理腔；

(2)密闭微处理腔；

(3)向微处理腔内通入含HF的气体或液体；

(4)向微处理腔内通入臭氧水2-10min，所述臭氧水是利用气流混合装置将臭氧和水混合而制得；

(5)干燥微处理腔；

(6)打开微处理腔，取出半导体基片。