CN108054121B - 一种改善隧穿氧化层生长工艺中晶圆抖动的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改善隧穿氧化层生长工艺中晶圆抖动的方法，包括以下步骤：先对一半导体衬底进行隧穿氧化层生长工艺；再对进行了隧穿氧化层生长工艺的所述半导体衬底进行退火工艺：对反应腔加温，同时通入氢气和氧气，使反应腔内气压保持不变；退火反应一定时间；停止对所述反应腔加温，使反应腔内温度降低；关闭氢气，减少氧气通气量，并同时通入氮气，使反应腔内气压保持不变；等降温后，完成所述退火工艺。本发明对ISSG退火工艺的改进，通过对晶圆形变的技术分析理解，在找到其缺陷引发原因后，改变工艺流程及参数，解决硅片在高温制程过程中抖动的问题，运用此方法之后，硅片的良率能提高5％以上。

Description

一种改善隧穿氧化层生长工艺中晶圆抖动的方法
技术领域
本发明涉及一种半导体工艺，尤其涉及一种改善隧穿氧化层生长工艺中晶圆抖动的方法。
背景技术
对于浮栅(floating gate)产品，隧穿氧化层(TUNNEL OX，tunnel oxide是整个工艺流程中至关重要的核心制程，而隧穿氧化层(TUNNEL OX)生长过程中温度的均匀性是其关键指标，它决定着后续光刻(Litho)制程中边缘的生长覆盖(overlay)的好坏，也影响着产品硅片边缘的缺陷和产品良率。目前，在业界，制作隧穿氧化层通常采用原位水汽生成(ISSG，in-situ steam generation)退火工艺，晶圆(wafer)形变问题一直是ISSG工艺难解的问题，它决定着后续流程是否能够顺利进行下去，也影响着产品硅片边缘的覆盖(overlay)和良率。制程(Process)中气体的转换，会造成气压的变化，如图1-5所示，高速旋转的晶圆(wafer)产生抖动，进而造成晶圆在高温下变形。
发明内容
本发明为解决现有技术中的上述问题提出了一种能改善隧穿氧化层生长工艺中晶圆的良品率的方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种改善隧穿氧化层生长工艺中晶圆抖动的方法，包括以下步骤：
S1先对一半导体衬底进行隧穿氧化层生长工艺；
S2再对进行了隧穿氧化层生长工艺的所述半导体衬底进行退火工艺：对反应腔加温，同时通入氢气和氧气，使反应腔内气压保持不变；
S3退火反应一定时间；
S4停止对所述反应腔加温，使反应腔内温度降低；
S5关闭氢气，减少氧气通气量，并同时通入氮气，使反应腔内气压保持不变；
S6等降温后，完成所述退火工艺。
为了进一步优化上述技术方案，本发明所采取的技术措施为：
优选的，所述S2步骤中，加温温度为1000-1100摄氏度。
优选的，所述S2步骤中，反应腔内气压为5000-6000pa。
优选的，所述S3步骤中，退火反应时间为60-120s。
优选的，所述S2步骤中，加温温度为1075摄氏度。
优选的，所述S5步骤中，所述氧气通气量减少一半。
优选的，所述S2步骤中，所述反应腔内气压保持在5800pa。
优选的，所述S3步骤中，退火反应时间为80s。
优选的，所述S2步骤中，所述氢气气体流量为2slm(Standard Liter perMinute)。
优选的，所述S2步骤中，所述氧气气体流量为18slm。
优选的，所述S5步骤中，所述氧气气体流量为9slm。
优选的，所述S5步骤中，所述氮气气体流量为11slm。
本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明对ISSG退火工艺的改进，通过对晶圆(wafer)形变的技术分析理解，在找到其缺陷引发原因后，改变工艺流程及参数，解决硅片在高温制程(process)过程中抖动的问题，运用此方法之后，硅片的良率能提高5％以上。
附图说明
图1为现有退火工艺的反应腔压力随时间变化示意图；
图2为现有退火工艺的反应腔温度随时间变化示意图；
图3为现有原位水汽生长工艺的反应前后和退火后的参数表格图；
图4为现有退火工艺完成后的晶圆表面图；
图5为采用本发明退火工艺(左)和现有退火工艺(右)完成后的晶圆表面对比图；
图6为本发明的反应腔示意图；
图7为本发明的退火工艺中的反应腔压力随时间变化示意图；
图8为本发明的改善隧穿氧化层生长工艺中晶圆抖动的方法的流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种改善隧穿氧化层生长工艺中晶圆抖动的方法。
下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。
如图8所示，本发明的一种改善隧穿氧化层生长工艺中晶圆抖动的方法，包括以下步骤：
S1对一半导体衬底进行隧穿氧化层生长工艺；
S2对进行了S1步骤的隧穿氧化层生长工艺的所述半导体衬底进行退火工艺：对反应腔加温，同时通入氢气和氧气，使反应腔内气压保持不变；
S3退火反应一定时间；
S4停止对所述反应腔加温，使反应腔内温度降低；
S5关闭氢气，减少氧气通气量，并同时通入氮气，使反应腔内气压保持不变；
在一种优选的实施例中，所述氧气通气量减少一半；
S6等降温后，完成所述退火工艺。
本发明是在ISSG基础上进行的退火工艺的改进，并不改变ISSG工艺的参数。
进一步的，在一种优选的实施例中，所述S2步骤中，所述加温温度为1075摄氏度。优选的，本发明的工艺温度为800-1200摄氏度，更优选在1000-1100摄氏度之间进行反应。
进一步的，在一种优选的实施例中，所述S2步骤中，所述氢气气体流量为2slm；所述氧气气体流量为18slm。优选的，所述氢气和氧气的气体流量比为1:6-1:20的范围内，优选为1:8、1:9、1:10的气体流量比。
进一步的，在一种优选的实施例中，所述S5步骤中，所述氧气气体流量为9slm；所述S5步骤中，所述氮气气体流量为11slm。优选的，氧气通气量减少一半，所述氧气和氮气气体的流量比为1：2-2:1的范围内，主要的具体气体流量主要看当时反应的气体量，即减少了多少的气体量，使得氮气来填充剩余的气压需要，使整个反应腔的压力在反应前后保持一致。
进一步的，在一种优选的实施例中，所述S2步骤中，所述反应腔内气压保持在5800pa。优选的，在S2步骤中，将反应腔内的气压保持在5500-6500pa之间，最优选的，为5700pa、5600pa、5800pa、5900pa。
进一步的，在一种优选的实施例中，所述S3步骤中，退火反应时间为80s。优选的，在S3步骤中，退火反应时间为60-140s，更优选的为60s、70s、80s、90s。
本发明的反应腔如图6所示，氢气、氧气和氮气经由反应腔一侧往反应腔另一侧流动，并经过晶圆上表面进行退火工艺的反应，在高温下，生成二氧化硅薄膜，以进行厚度补偿，实现二氧化硅薄膜表面的平坦化，优选的，反应腔设置有压力表以便随时查看反应腔内的气体压力变化，并优选的可采用智能压力表，在压力低于或高于设定值时进行报警，以提示压力异常。所述氢气、氧气和氮气进气口分别为单独的进气口，彼此不混合进气，只是在需要单种气体时打开相应的气体进口以进行反应。本发明的晶圆表面平整图如图5的左侧图像所示，比按现有的工艺制造的晶圆表面(图5右侧图)更为平坦，大大减少晶圆表面缺陷，使良品率由81.56％提高到90.32％。如图7所示，本发明的退火工艺中的反应腔压力随时间变化的图表中所显示的那样，在反应完成后，反应腔内的压力并没有显著的变化，使得晶圆并不会因为压力的突然改变而抖动，影响良品率。
综上所述，本发明通过对晶圆(wafer)形变的技术分析理解，在找到其缺陷引发原因后，改变工艺流程及参数，解决硅片在高温制程(process)过程中抖动的问题，运用此方法之后，硅片的良率能提高5％以上。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种改善隧穿氧化层生长工艺中晶圆抖动的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1对一半导体衬底进行隧穿氧化层生长工艺；
S2对进行了隧穿氧化层生长工艺的所述半导体衬底进行退火工艺：对反应腔加温，同时通入氢气和氧气，使反应腔内气压保持不变；
S3退火反应一定时间；
S4停止对所述反应腔加温，使反应腔内温度降低；
S5关闭氢气，减少氧气通气量，并同时通入氮气，使反应腔内气压保持不变；
S6等降温后，完成所述退火工艺。
2.根据权利要求1所述的改善隧穿氧化层生长工艺中晶圆抖动的方法，其特征在于：所述S2步骤中，加温温度为1000-1100摄氏度。
3.根据权利要求1所述的改善隧穿氧化层生长工艺中晶圆抖动的方法，其特征在于：所述S2步骤中，反应腔内气压为5000-6000pa。
4.根据权利要求1所述的改善隧穿氧化层生长工艺中晶圆抖动的方法，其特征在于：所述S3步骤中，退火反应时间为60-120s。
5.根据权利要求1所述的改善隧穿氧化层生长工艺中晶圆抖动的方法，其特征在于：所述S2步骤中，加温温度为1075摄氏度。
6.根据权利要求1所述的改善隧穿氧化层生长工艺中晶圆抖动的方法，其特征在于：所述S5步骤中，所述氧气通气量减少一半。
7.根据权利要求1所述的改善隧穿氧化层生长工艺中晶圆抖动的方法，其特征在于：所述S2步骤中，所述反应腔内气压保持在5800pa。
8.根据权利要求1所述的改善隧穿氧化层生长工艺中晶圆抖动的方法，其特征在于：所述S3步骤中，退火反应时间为80s。
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