CN108666215A - 一种晶片吸杂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种晶片吸杂方法，通过对待处理晶片进行第一退火，第一退火包括在氧气氛围和第一温度条件下，持续第一时间；于待处理晶片的表面沉积多晶硅层；对待处理晶片进行第二退火，第二退火包括在惰性气体氛围和第二温度条件下，持续第二时间；其中，第二温度大于或等于第一温度。在上述步骤中，多晶硅层能够有效吸附空位中的氧原子，从而去除晶片缺陷；两次退火的工艺能够促进原子的重新排列，进一步消除待处理晶片中的缺陷；而且，通过第二退火通过微波退火的方式，能在很短的时间内均匀加热待处理晶片，提高原子运动的活性，进而提高退火效率；另外，两次退火在较低的温度下进行，还能够避免退火高温所引起的晶片翘曲，提高晶片质量。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种晶片吸杂方法。
背景技术
晶片，尤其是硅晶片，是制造半导体集成电路的基础。硅晶片通常利用直拉法(英文：Czochral-ski method，简称：CZ)从多晶硅熔体中提拉制备单晶硅，然后将单晶硅切割成硅晶片。
然而，目前使用CZ法制备的硅晶片中通常存在包括自间隙原子和空位的本征缺陷。根据Voronkov的晶体生长理论，上述本征缺陷受到拉晶速率和固液界面的轴向温度梯度的影响，由于相同构造的CZ生长炉轴向温度梯度的分布基本固定，因此拉晶速率直接决定着本征缺陷的浓度。如果拉晶速度较高，则制备出的硅单晶直径方向区域内会存在较高浓度的空位缺陷，这种区域被称为空位富集区。如果减少拉晶速度，则于硅单晶结晶周边产生氧化诱生层错缺陷(英文：Oxidation-Induced Stacking Faults，简称：OSF)，该区域称为OSF区。如果进一步减少拉晶速度，则会出现空位或自间隙原子平衡的中性区域，该区域中的本征缺陷均在饱和浓度以下，因此不会成为缺陷；而且，此中性区域可以被区分为空位较多的空位中性区(英文：Neutral region of Vacancy dominant，简称Nv)和自间隙原子较多的自间隙原子中性区(英文：Neutral region of Interstitial dominant，简称Ni)。如果拉晶速度很低，则自间隙原子达到过饱和，此区域被称为自间隙原子富集区。由于硅晶片中存在缺陷，当半导体集成电路的尺寸逐渐缩小、集成度不断提高时，这些缺陷很容易导致集成电路的性能下降，严重影响其质量。
因此，如何减少硅晶片的缺陷，提高硅晶片质量，进而保证集成电路的性能是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
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晶片吸杂方法，用于解决现有技术中晶片质量差的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种晶片吸杂方法，该方法至少包括以下步骤：
提供一待处理晶片；
对所述待处理晶片进行第一退火，所述第一退火包括在氧气氛围和第一温度条件下，持续第一时间；
于所述待处理晶片的表面沉积多晶硅层；
对所述待处理晶片进行第二退火，所述第二退火包括在惰性气体氛围和第二温度条件下，持续第二时间；其中，所述第二温度大于或等于第一温度。
可选地，所述多晶硅层为α多晶硅，所述于所述待处理晶片的表面沉积多晶硅层包括：
通入Si2H6与Ar的混合气体，在压强介于0.1Torr至0.5Torr，以及温度介于450℃至560℃的条件下，形成多晶硅层。
可选地，所述多晶硅层的厚度介于100nm至300nm。
可选地，对所述待处理晶片进行第一退火，包括使用红外灯和/或氙灯加热所述待处理晶片，并在氧气氛围和第一温度条件下持续第一时间；
对所述待处理晶片进行第二退火，包括使用红外灯和/或氙灯，以及微波发生器同时加热所述待处理晶片，并在惰性气体氛围和第二温度条件下持续第二时间。
可选地，包括多个微波发生器，且所述多个微波发生器均匀分布于待处理晶片的上方，用于对待处理晶片进行微波辐射。
可选地，所述多个微波发生器的工作电压为脉冲电压，且所述多个微波发生器的脉冲电压时间不相互重叠。
可选地，所述微波发生器的微波频率介于300MHz至500GHz，功率介于4kW/cm2至10kW/cm2。
可选地，该方法还包括去除多晶硅层，以及于所述待处理晶片表面形成的氧化层。
可选地，所述待处理晶片至少包括空位中性区，或者空位中性区和氧化诱生层错区。
可选地，所述第一温度介于1000℃至1200℃，所述第二温度介于1030℃至1230℃；所述第一时间和所述第二时间均介于10s至30s。
可选地，进行第一退火的氧气氛围为纯氧气氛；进行第二退火的惰性气体氛围包括纯氩气气氛，或氩气与氨气的混合气体气氛
如上所述，本发明的晶片吸杂方法，具有以下有益效果：通过提供一待处理晶片；对所述待处理晶片进行第一退火，所述第一退火包括在氧气氛围和第一温度条件下，持续第一时间；于所述待处理晶片的表面沉积多晶硅层；对所述待处理晶片进行第二退火，所述第二退火包括在惰性气体氛围和第二温度条件下，持续第二时间；其中，所述第二温度大于或等于第一温度。在上述步骤中，多晶硅层能够有效吸附空位中的氧原子，从而去除晶片缺陷；两次退火的工艺能够促进原子的重新排列，进一步消除待处理晶片中的缺陷；而且，通过第二退火通过微波退火的方式，能在很短的时间内均匀加热待处理晶片，提高原子运动的活性，进而提高退火效率；另外，两次退火在较低的温度下进行，还能够避免退火高温所引起的晶片翘曲，提高晶片质量。
附图说明
图1显示为本发明实施例提供的一种晶片吸杂方法的流程示意图。
图2显示为本发明实施例提供的一种晶片吸杂方法的原理示意图。
元件标号说明
1 待处理晶片
2 氧化层
3 多晶硅层
S1～S4 步骤
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至图2。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，遂图示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。
参见图1，为本发明实施例提供的一种晶片吸杂方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括以下步骤：
步骤S1：提供一待处理晶片；
步骤S2：对所述待处理晶片进行第一退火，所述第一退火包括在氧气氛围和第一温度条件下，持续第一时间；
步骤S3：于所述待处理晶片的表面沉积多晶硅层；
步骤S4：对所述待处理晶片进行第二退火，所述第二退火包括在惰性气体氛围和第二温度条件下，持续第二时间；其中，所述第二温度大于第一温度。
下面结合具体实施例详细描述本发明的晶片吸杂方法。
在步骤S1中，所述待处理晶片至少包括空位中性区，或者空位中性区和氧化诱生层错区。在所述空位中性区中，通常吸附有氧原子等杂质原子。将待处理晶片送入处理设备中，所述处理设备可以理解为具有石英腔等。
在步骤S2中，对所述待处理晶片进行第一退火，第一退火在氧气氛围中进行，其中，所述氧气氛围可以为纯氧气氛，因此第一退火可以理解为快速热氧化退火(英文：RapidThermal Oxidation，简称：RTO)。在实施第一退火的过程中，可以使用红外灯和氙灯中的任一种或这种的组合方式，对待处理晶片进行加热。为了保证加热的均匀性，在第一种实施情况下，所述红外灯可以均匀设置在所述处理设备的顶面外侧，以及均匀设置在所述处理设备的底面外侧；处于处理设备顶面外侧的红外灯以固定间距均匀布设，处于处理设备底面外侧的红外灯同样以固定间距均匀布设；而且，处于处理设备顶面外侧的红外灯，与处于处理设备底面外侧的红外灯相互对称设置；通过上述的红外灯的设置方式，红外灯能够对待处理晶片进行均匀加热。在第二种实施情况下，所述处理设备外侧可以同时设置红外灯和氙灯，所述氙灯设置于所述处理设备的顶面和底面外侧，且所述氙灯分布于相应的红外灯之间；另外，位于所述处理设备顶面外侧的氙灯，与位于所述处理设备底面外侧的氙灯之间存在角度；在一示例性实施例中，该角度可以为90°，这样可以通过红外灯与氙灯相结合的方式对待处理晶片进行加热。
所述第一退火的退火温度介于1000℃至1200℃，所述第一退火的退火时间介于10s至30s。在一示例性实施例中，第一退火的温度可以为1180℃或者1200℃，第一退火的时间为10s。经过第一退火，在待处理晶片的表面能够形成一层氧化层。
在步骤S2中，于所述待处理晶片上继续形成多晶硅层，即所述多晶硅层沉积于所述氧化层上。在本发明实施例中，所述多晶硅层为α多晶硅，所述α多晶硅通过以下方法形成：通入Si2H6与Ar的混合气体，在压强介于0.1Torr至0.5Torr，以及温度介于450℃至560℃的条件下，形成多晶硅层。在一示例性实施例中，所述压强可以为0.2Torr。所述多晶硅层的厚度介于100nm至300nm。
在步骤S3中，对所述待处理晶片进行第二退火，第二退火为快速热退火(英文：Rapid Thermal Annealing，简称：RTA)。所述第二退火在惰性气体氛围中进行，所述惰性气体氛围包括氩气气氛，或氩气与氨气的混合气体气氛。在本发明实施例中，所述第二退火使用微波发生器与红外灯和/或氙灯相结合的方式，对待处理晶片进行微波辅助加热；在具体实施时，可以使用红外灯与微波发生器相结合，氙灯与微波发生器相结合，以及红外灯、氙灯和微波发生器相结合的任一方式对待处理晶片进行加热。
其中，为了保证微波辅助加热的均匀性，使用多个微波发生器，且所述多个微波发生器均匀分布于待处理晶片的上方，用于对待处理晶片进行微波辐射。在具体实施时，所述处理设备上均匀设置有多个微波口，且所述多个微波口与多个微波发生器一一对应连接。
在一示例性实施例中，所述处理设备为方形处理设备，所述处理设备截面为正方形；在每个所述方形处理设备的边角上设置至少一个微波口，且每个所述边角上的微波口的数量相等，例如，所述方形处理设备包括4个边角，每个边角上可以设置个微波口；在本发明实施例中，所述方形处理设备上每个边角位置均设置1个微波口，形成4个均匀分布的微波口，即第一微波口、第二微波口、第三微波口和第四微波口；第一微波发生器通过第一微波口与所述处理设备相连通，第二微波发生器通过第二微波口与所述处理设备相连通，第三微波发生器通过第三微波口与所述处理设备相连通，第四微波发生器通过第四微波口与所述处理设备相连通。
在另一示例性实施例中，所述第一微波口、所述第二微波口、所述第三微波口和所述第四微波口中的任意多个可以连接到相同的微波发生器。在第一种实施情况下，该设备可以包括1个微波发生器，所述1个微波发生器可以通过磁控管腔和波导等装置连接到第一微波口、第二微波口、第三微波口和第四微波口。在第二种实施情况下，该设备可以包括2个微波发生器，例如第一微波发生器和第二微波发生器，第一微波发生器通过磁控管腔和波导等装置与第一微波口和第三微波口相连通，第二微波发生器通过磁控管腔和波导装置与第二微波口和第四微波口相连通。
当然，需要说明的是，所述处理设备的形状可以为任意其他形状，而并不局限于方形腔体；而且，所述微波口的设置方式也并不局限于设置于边角，同样可以设置于侧壁上；设置于每个边角上的微波口的个数可以为2个、3个或者其他任意多个；与微波口对应连接的微波发生器的个数也可以为任意多个，在本发明实施例中也不做限定。本发明实施例与实施例一相同之处，可参见实施例一，在此不再赘述
在工作过程中，所述微波发生器的微波频率介于300MHz至500GHz，功率介于4kW/cm2至10kW/cm2，一示例性实施例中，所述微波频率可以为100GHz，所述功率可以为7kW/cm2。
而且，在执行第二退火过程中，在第一种实施情况下，所述所述多个微波发生器可以以上述微波频率和功率，同时作用在待处理晶片上，这样可以提高加热速度，将待处理晶片快速提高到退火温度。在第二种实施情况下，所述多个微波发生器的工作电压可以为脉冲电压，并且所述多个微波发生器的脉冲电压时间不相互重叠，这样在一个时间段内，只有一个微波发生器辐射加热待处理晶片，多个微波处理器依次交替加热待处理晶片，这样能够提高加热的均匀性，提高退火效果。
第二退火使得待处理晶片在第二温度中持续第二时间；所述第二温度大于或等于所述第一温度，所述第二温度可以介于1030℃至1230℃，所述第二时间可以介于10s至30s；一示例性实施例中，所述第二温度可以为1200℃或者1190℃，所述第二时间可以为10s。
参见图2，为本发明实施例提供的一种晶片吸杂方法的原理示意图，如图2所示，经过步骤S2，在待处理晶片1的表面上形成了氧化层2；经过步骤S3，在氧化层2上又进一步沉积了多晶硅层3。在执行步骤S4时，微波辅助加热退火使得空位中性区中的氧原子析出到氧化层2，氧原子进一步经过氧化层2与多晶硅层3中的氢原子反应形成水H2O，多晶硅层3中的H原子也析出成氢气。经过上述过程，待处理晶片1中的缺陷逐渐被清除，从而有效提高了晶片质量。
在执行完步骤S4后，本发明实施例还可以包括步骤S5，在步骤S5中，去除多晶硅层3以及于所述待处理晶片1表面形成的氧化层2，这样得到去除缺陷后的高质量晶片，为后续的集成电路制备提供基础。
本发明实施例还对第一退火和第二退火不同条件的组合进行了对比，详细对比结果如表一所示
表一：
如表一所示，与时间相关电介质击穿(英文：Time Dependent DielectricBreakdown，简称：TDDB)结果用于衡量晶片的质量。在第一示例中，第一退火为RTO，在纯氧氛围中使用包括红外灯和/或氙灯加热待处理晶片，退火温度为1200℃，退火时间为10s；第二退火为RTA，在氩气和氨气混合气氛中，使用红外灯和/或氙灯加热待处理晶片，退火温度为1250℃，退火时间为10s；第一示例得到的晶片的TDDB结果为100％。
在第二示例中，第一退火为RTO，在纯氧氛围中使用包括红外灯和/或氙灯加热待处理晶片，退火温度为1180℃，退火时间为10s；第二退火为RTA，在氩气和氨气混合气氛中，使用红外灯和/或氙灯，以及微波发生器微波辅助加热待处理晶片，退火温度为1200℃，退火时间为10s；第二示例得到的晶片的TDDB结果为100％。
在第三示例中，在第一示例中，第一退火为RTO，在纯氧氛围中使用包括红外灯和/或氙灯加热待处理晶片，退火温度为1180℃，退火时间为10s；第二退火为RTA，在氩气和氨气混合气氛中，使用红外灯和/或氙灯，以及微波发生器微波辅助加热待处理晶片，退火温度为1190℃，退火时间为10s；第三示例得到的晶片的TDDB结果为100％。
通过表一所示的结果，上述三个示例均能够得到质量较高的晶片；第二示例与第一示例的区别是通过使用微波辅助加热的方式，降低了第一退火和第二退火的温度；第三示例与第二示例的区别是，进一步降低第二退火的温度的。由上述第二示例与第一示例，以及第三示例与第二示例的比较结果可见，在沉积多晶硅层的基础上，使用微波辅助加热的退火方式，能够将第一退火的第一温度降低到1180℃，以及将第二退火的第二温度降低到1200℃甚至1190℃。而通过降低退火温度，能够防止晶片出现翘曲，进一步提高晶片质量。
由上述实施例的描述可见，本发明实施例提供的一种晶片吸杂方法，通过提供一待处理晶片；对所述待处理晶片进行第一退火，所述第一退火包括在氧气氛围和第一温度条件下，持续第一时间；于所述待处理晶片的表面沉积多晶硅层；对所述待处理晶片进行第二退火，所述第二退火包括在惰性气体氛围和第二温度条件下，持续第二时间；其中，所述第二温度大于或等于第一温度。在上述步骤中，多晶硅层能够有效吸附空位中的氧原子，从而去除晶片缺陷；两次退火的工艺能够促进原子的重新排列，进一步消除待处理晶片中的缺陷；而且，通过第二退火通过微波退火的方式，能在很短的时间内均匀加热待处理晶片，提高原子运动的活性，进而提高退火效率；另外，两次退火在较低的温度下进行，还能够避免退火高温所引起的晶片翘曲，提高晶片质量。
综上所述，本发明实施例提供的晶片吸杂方法，多晶硅层能够有效促进待处理晶片中杂质的析出；两次退火相结合在有效去除晶片中缺陷的同时，通过微波辅助退火的方式，能够降低退火温度，防止出现翘曲，进一步保证晶片质量。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 (11)
1.一种晶片吸杂方法，其特征在于，所述方法至少包括以下步骤：
提供一待处理晶片；
对所述待处理晶片进行第一退火，所述第一退火包括在氧气氛围和第一温度条件下，持续第一时间；
于所述待处理晶片的表面沉积多晶硅层；
对所述待处理晶片进行第二退火，所述第二退火包括在惰性气体氛围和第二温度条件下，持续第二时间；其中，所述第二温度大于或等于第一温度。
2.根据权利要求1所述的晶片吸杂方法，其特征在于，所述多晶硅层为α多晶硅，所述于所述待处理晶片的表面沉积多晶硅层包括：
通入Si2H6与Ar的混合气体，在压强介于0.1Torr至0.5Torr，以及温度介于450℃至560℃的条件下，形成多晶硅层。
3.根据权利要求1或2所述的晶片吸杂方法，其特征在于，所述多晶硅层的厚度介于100nm至300nm。
4.根据权利要求1所述的晶片吸杂方法，其特征在于，
对所述待处理晶片进行第一退火，包括使用红外灯和/或氙灯加热所述待处理晶片，并在氧气氛围和第一温度条件下持续第一时间；
对所述待处理晶片进行第二退火，包括使用红外灯和/或氙灯，以及微波发生器同时加热所述待处理晶片，并在惰性气体氛围和第二温度条件下持续第二时间。
5.根据权利要求4所述的晶片吸杂方法，其特征在于，包括多个微波发生器，且所述多个微波发生器均匀分布于待处理晶片的上方，用于对待处理晶片进行微波辐射。
6.根据权利要求5所述的晶片吸杂方法，其特征在于，所述多个微波发生器的工作电压为脉冲电压，且所述多个微波发生器的脉冲电压时间不相互重叠。
7.根据权利要求4至6任一所述的晶片吸杂方法，其特征在于，所述微波发生器的微波频率介于300MHz至500GHz，功率介于4kW/cm2至10kW/cm2。
8.根据权利要求1所述的晶片吸杂方法，其特征在于，还包括去除多晶硅层，以及于所述待处理晶片表面形成的氧化层。
9.根据权利要求1所述的晶片吸杂方法，其特征在于，所述待处理晶片至少包括空位中性区，或者空位中性区和氧化诱生层错区。
10.根据权利要求10所述的晶片吸杂方法，其特征在于，所述第一温度介于1000℃至1200℃，所述第二温度介于1030℃至1230℃；所述第一时间和所述第二时间均介于10s至30s。
11.根据权利要求1所述的晶片吸杂方法，其特征在于，进行第一退火的氧气氛围为纯氧气氛；进行第二退火的惰性气体氛围包括纯氩气气氛，或氩气与氨气的混合气体气氛。
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