CN112652532A - 半导体结构的形成方法 - Google Patents
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Abstract
一种半导体结构的形成方法，将若干待退火晶圆放置于晶舟中相应的晶圆卡槽内，且两相邻待退火晶圆之间空隔至少一个晶圆卡槽；对所述放置在晶圆卡槽中的待退火晶圆进行退火。采用前述特定的方式在晶舟中放置晶圆，使得两相邻待退火晶圆之间的距离变大，在后续进行退火时，使得炉管腔室中气体的分布均匀，从而使得待退火晶圆表面的温度差会减小，进而减小待退火晶圆中产生的热应力的大小，因而防止热应力带来的待退火晶圆的翘动或跳动，从而防止或减小待退火晶圆背面与晶舟的晶圆卡槽接触位置由于摩擦带来的损伤或划伤，从而防止或减少硅晶格滑移缺陷的产生。
Description
技术领域
本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种半导体结构的形成方法。
背景技术
现有半导体技术中，很多工艺流程中都需要进行高温退火工艺，例如：阱区退火工艺、浅沟槽隔离线性氧化层退火工艺和外围电路的输入、输出、轻掺杂源漏退火工艺等。比如，现有进行阱区工艺一般包括：首先，采用高能量的离子注入工艺将所需的半导体杂质注入到衬底需要形成阱区的区域中，然后通过高温退火工艺修复离子注入对衬底带来的损伤，同时激活掺入到阱区中的杂质原子，从而形成N型阱区或N型阱区。
现有的高温退火工艺包括高温退火炉管工艺，高温退火炉管工艺在炉管设备中进行，通常的工艺温度为700℃-1100℃，并且使用纯氮气作为高温退火的工艺气体。在进行退火前，先将晶圆放置于炉管设备的晶舟上的卡槽上，然后将晶舟置于炉管设备的退火腔中进行退火。但是现有在采用炉管设备进行高温退火时，在晶圆上容易产生硅晶格滑移缺陷(Si Slip Defect)。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是怎样防止炉管退火时产生的硅晶格滑移缺陷。
本发明提供了一种半导体结构的形成方法，包括：
提供晶舟，所述晶舟中具有若干平行设置的晶圆卡槽；
提供若干待退火晶圆；
将所述若干待退火晶圆放置于晶舟中相应的晶圆卡槽内，且两相邻待退火晶圆之间空隔至少一个晶圆卡槽；
对所述放置在晶圆卡槽中的待退火晶圆进行退火。
可选的，将所述若干待退火晶圆放置于晶舟中相应的晶圆卡槽内时，两相邻待退火晶圆之间空隔相同数量的晶圆卡槽。
可选的，将所述若干待退火晶圆放置于晶舟中相应的晶圆卡槽内时，
两相邻待退火晶圆之间空隔不同数量的晶圆卡槽。
可选的，所述若干晶圆卡槽中，每一个晶圆卡槽的高度是相同的。
可选的，相邻两个晶圆卡槽之间的距离为6mm-10mm。
可选的，所述两相邻待退火晶圆之间空隔一个晶圆卡槽的距离至少为12mm-20mm。
可选的，所述每一个卡槽的高度是相同的。
可选的，所述若干晶圆卡槽的高度是不同的。
可选的，所述若干晶圆卡槽的高度依次呈阶梯增大或减小。如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述进行退火时，所述晶舟垂直置于炉管设备中，若干待退火晶圆水平置于晶舟中。
可选的，所述若干晶圆卡槽的高度可调整，还包括步骤：实时监控炉管设备中的温度以及气体分布，实时调整各个晶圆卡槽的高度差。
可选的，所述进行退火时的温度为1000摄氏度-1200摄氏度。
可选的，所述退火包括升温过程、恒温过程和降温过程。
可选的，所述退火的整个过程中通入有氮气，所述氮气的流量为10slm-20slm。
可选的，所述退火的升温过程中通入有氧气。
可选的，所述氧气的流量为0.2slm-1slm。
与现有技术相比，本发明技术方案具有以下优点：
本发明半导体结构的形成方法，将若干待退火晶圆放置于晶舟中相应的晶圆卡槽内，且两相邻待退火晶圆之间空隔至少一个晶圆卡槽；对所述放置在晶圆卡槽中的待退火晶圆进行退火。采用前述特定的方式在晶舟中放置晶圆，使得两相邻待退火晶圆之间的距离变大，在后续进行退火时，使得炉管腔室中气体的分布均匀，从而使得待退火晶圆表面的温度差会减小，进而减小待退火晶圆中产生的热应力的大小，因而防止热应力带来的待退火晶圆的翘动或跳动，从而防止或减小待退火晶圆背面与晶舟的晶圆卡槽接触位置由于摩擦带来的损伤或划伤，从而防止或减少硅晶格滑移缺陷的产生。
进一步，所述两相邻待退火晶圆之间空隔一个晶圆卡槽的距离至少为12mm-20mm，在后续进行退火时，使得炉管腔室中气体的分布更为均匀，从而使得待退火晶圆表面的温度差会进一步减小，进而进一步减小待退火晶圆中产生的热应力的大小，因而能更好的防止热应力带来的待退火晶圆的翘动或跳动，从而更好的防止或减小待退火晶圆背面与晶舟的晶圆卡槽接触位置由于摩擦带来的损伤或划伤，从而更好的防止或减少硅晶格滑移缺陷的产生。
进一步，所述退火的升温过程中通入有氧气，所述氧气的流量为0.2slm-1slm，在升温的过程中通入少量氧气，当待退火晶圆的背面与晶舟的晶圆卡槽由于摩擦产生划伤或损伤时，所述氧气能将晶圆背面的划伤或损伤处氧化，从而能进一步防止待退火晶圆表面的硅迁移带来的硅晶格滑移缺陷。
附图说明
图1为本发明一实施例半导体结构的形成方法的流程示意图；
图2-图3为本发明一实施例半导体结构的形成过程的结构示意图。
具体实施方式
如背景技术所言，现有在采用炉管设备进行高温退火时，在晶圆上容易产生硅晶格滑移缺陷(Si Slip Defect)。
研究发现，硅晶格滑移缺陷(Si Slip Defect)体现为硅晶圆表面的硅晶格塌陷缺陷，其产生的原因为：晶圆放置在晶舟上进行高温退火时，在升温时，由于晶圆表面附近的会存在较大的温度差，晶圆在热应力的作用下会产生翘动或调动，使得晶圆的背面与卡槽接触的地方产生摩擦而带来划伤或损伤，在进行退火过程中，高温会使得硅晶圆正面的硅原子向划伤的地方迁移，造成晶圆表面的硅晶格塌陷，形成硅晶格滑移缺陷。
进一步研究发现，进行退火时，晶舟上相邻卡槽中均会放置晶圆，使得晶舟上上下两晶圆间距离会过近，而晶舟上上下两晶圆间距离过近会导致腔室中气体分布不均匀，从而使得晶圆表面的温度会分布不均匀，使得晶圆表面的具有较大的温度差，进而更容易产生硅晶格滑移缺陷。
为此，本发明提供了一种半导体结构的形成方法，将若干待退火晶圆放置于晶舟中相应的晶圆卡槽内，且两相邻待退火晶圆之间空隔至少一个晶圆卡槽；对所述放置在晶圆卡槽中的待退火晶圆进行退火。采用前述特定的方式在晶舟中放置晶圆，使得两相邻待退火晶圆之间的距离变大，在后续进行退火时，使得炉管腔室中气体的分布均匀，从而使得待退火晶圆表面的温度差会减小，进而减小待退火晶圆中产生的热应力的大小，因而防止热应力带来的待退火晶圆的翘动或跳动，从而防止或减小待退火晶圆背面与晶舟的晶圆卡槽接触位置由于摩擦带来的损伤或划伤，从而防止或减少硅晶格滑移缺陷的产生。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在详述本发明实施例时，为便于说明，示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明的保护范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
参考图1，本发明一实施例提供了一种半导体结构的形成方法，包括步骤：
S101，提供晶舟，所述晶舟中具有若干平行设置的晶圆卡槽；
S102，提供若干待退火晶圆；
S103，将所述若干待退火晶圆放置于晶舟中相应的晶圆卡槽内，且两相邻待退火晶圆之间空隔至少一个晶圆卡槽；
S104，对所述放置在晶圆卡槽中的待退火晶圆进行退火。
下面结合附图对前述过程进行详细描述。
进行步骤S101，提供晶舟，所述晶舟中具有若干平行设置的晶圆卡槽。
所述晶舟用于放置待退火的晶圆，在进行退火时，将放置有待退火晶圆的晶舟至于炉管设备中。所述晶舟的材料可以为石英(quartz)、碳化硅(SiC)、石墨(graphite)、碳复合材料(carbon composite)以及硅(Si)中的至少一种。参考图2，图2中的晶舟201具有若干平行设置的晶圆卡槽202，每一个晶圆卡槽202中可以放置一片待退火的晶圆。
一个晶舟201中可以具有若干的晶圆卡槽202，若干待退火晶圆卡槽202从晶舟201的底部向顶部依次平行分布。本实施例中，所述晶舟201的若干晶圆卡槽中，每一个晶圆卡槽202的高度是相同的。在一具体的实施例中，相邻两个晶圆卡槽202之间的距离D1(或者一个晶圆卡槽202的高度)为6mm-10mm。
在另一实施例中，所述晶舟的若干晶圆卡槽的高度是不同的，在具体的实施例中，所述晶舟的若干晶圆卡槽的高度从晶舟的底部到顶部方向上依次呈阶梯增大或减小，在后续将若干晶圆置于晶舟中空隔至少一个晶圆卡槽进行退火时，使得晶舟中不同位置的两相邻待退火晶圆之间的距离可以不同，从而更有利于防止或减少硅晶格滑移缺陷的产生。
在另一实施例中，所述晶舟的若干晶圆卡槽的高度可以调整，即所述晶圆卡槽的高度差可以根据工艺的要求进行变化。具体的，后续在若干晶圆置于晶舟中进行退火时，可以通过实时监控炉管设备中的温度、气体分布和/或晶圆表面温度等，将所述监控结果显示在显示单元中，并实时调整各个晶圆卡槽的高度差，从而减小晶圆表面温度差，防止或减少硅晶格滑移缺陷的产生。所述晶圆卡槽的高度差可以由人工进行调节，也可以根据实际监控结果，根据预设算法实时自动调节。
进行步骤S102，提供若干待退火晶圆。
所述待退火晶圆为进行某一半导体工艺后需要进行退火的晶圆。具体的，所述待退火晶圆可以为进行阱区离子注入后需要进行退火的晶圆，所述待退火晶圆也可以为进行源漏区离子注入后需要进行退火的晶圆，所述待退火晶圆还可以为进行其他离子注入后需要进行退火的晶圆，所述晶圆还可以为形成线性氧化层后需要进行退火的晶圆，所述待退火晶圆还可以为形成其他特定材料层后需要进行退火的晶圆。
在一实施例中，所述待退火晶圆的材料可以为硅(Si)、锗(Ge)、或硅锗(GeSi)、碳化硅(SiC)或砷化镓等Ⅲ-Ⅴ族化合物。
进行步骤S103，将所述若干待退火晶圆放置于晶舟中相应的晶圆卡槽内，且两相邻待退火晶圆之间空隔至少一个晶圆卡槽。
将待退火的晶圆放置在晶舟中时，两相邻待退火晶圆之间空隔至少一个晶圆卡槽，即在一个晶圆卡槽(比如第一个晶圆卡槽)中放置一片待退火晶圆(比如第一片待退火晶圆)后，至少空隔一个晶圆卡槽才放置下一片待退火晶圆(比如在第三个晶圆卡槽中放置第二片待退火的晶圆，使得第二片待退火晶圆与第一片待退火晶圆之间至少空格一个晶圆卡槽不放置待退火晶圆)，因而使得两相邻待退火晶圆之间的距离变大，在后续进行退火时，使得炉管腔室中气体的分布均匀，从而使得待退火晶圆表面的温度差会减小，进而减小待退火晶圆中产生的热应力的大小，因而防止热应力带来的待退火晶圆的翘动或跳动，从而防止或减小待退火晶圆背面与晶舟的晶圆卡槽接触位置由于摩擦带来的损伤或划伤，从而防止或减少硅晶格滑移缺陷的产生。
在一实施例中，将所述若干待退火晶圆放置于晶舟中相应的晶圆卡槽内时，两相邻待退火晶圆之间空隔相同数量的晶圆卡槽，比如相邻待退火晶圆之间可以空隔一个晶圆卡槽，两个晶圆卡槽或者更多数量的晶圆卡槽。在一具体的实施例中，参考图2，将所述若干待退火晶圆200放置于晶舟201中相应的晶圆卡槽202内时，两相邻待退火晶圆200之间空隔一个晶圆卡槽202，即晶舟201中放置若干待退火晶圆200时，每两个相邻的待退火晶圆200之间均会空格一个晶圆卡槽202，该空格的晶圆卡槽202中不放置待退火的晶圆，在防止或减少硅晶格滑移缺陷的产生的同时，尽可能的保证炉管设备的产量。在其他实施例中，将所述若干待退火晶圆200放置于晶舟201中相应的晶圆卡槽202内时，两相邻待退火晶圆200之间可以空隔两个或两个以上的晶圆卡槽202。
在一实施例中，所述两相邻待退火晶圆200之间空隔至少一个晶圆卡槽的距离D2至少为12mm-20mm，在后续进行退火时，使得炉管腔室中气体的分布更为均匀，从而使得待退火晶圆表面的温度差会进一步减小，进而进一步减小待退火晶圆中产生的热应力的大小，因而能更好的防止热应力带来的待退火晶圆的翘动或跳动，从而更好的防止或减小待退火晶圆背面与晶舟的晶圆卡槽接触位置由于摩擦带来的损伤或划伤，从而更好的防止或减少硅晶格滑移缺陷的产生。
在另一实施例中，将所述若干待退火晶圆放置于晶舟中相应的晶圆卡槽内时，两相邻待退火晶圆之间空隔不同数量的晶圆卡槽，具体的，晶舟不同位置的两相邻待退火晶圆之间可以空隔不同数量的晶圆卡槽，比如晶舟底部的两相邻待退火晶圆之间可以空隔两个晶圆卡槽，而晶舟中部的两相邻待退火晶圆之间可以空格一个晶圆卡槽。
后续在进行退火时，所述晶舟201垂直置于炉管设备中，若干待退火晶圆200水平置于晶舟201中。
进行步骤S104，对所述放置在晶圆卡槽中的待退火晶圆进行退火。
在一实施例中，所述进行退火时的温度为1000摄氏度-1200摄氏度。
参考图3，在进行退火时，所述退火包括升温过程、恒温过程和降温过程，所述退火的整个过程中通入有氮气，所述氮气的流量为10slm-20slm。氮气能防止晶圆的氧化，并且作为热传导气体，使得晶圆能被更快的加热。
在一实施例中，所述退火的升温过程中通入有氧气，氧气的通入量很少，在具体的实施例中，所述氧气的流量为0.2slm-1slm，在升温的过程中通入氧气，当待退火晶圆的背面与晶舟的晶圆卡槽由于摩擦产生划伤或损伤时，所述氧气能将晶圆背面的划伤或损伤处氧化，因而划伤或损伤处被填平，进一步防止待退火晶圆正面的硅迁移，从而能进一步防止待退火晶圆表面的硅迁移带来的硅晶格滑移缺陷。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：
提供晶舟，所述晶舟中具有若干平行设置的晶圆卡槽；
提供若干待退火晶圆；
将所述若干待退火晶圆放置于晶舟中相应的晶圆卡槽内，且两相邻待退火晶圆之间空隔至少一个晶圆卡槽；
对所述放置在晶圆卡槽中的待退火晶圆进行退火。
2.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，将所述若干待退火晶圆放置于晶舟中相应的晶圆卡槽内时，两相邻待退火晶圆之间空隔相同数量的晶圆卡槽。
3.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，将所述若干待退火晶圆放置于晶舟中相应的晶圆卡槽内时，两相邻待退火晶圆之间空隔不同数量的晶圆卡槽。
4.如权利要求2或3所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述若干晶圆卡槽中，每一个晶圆卡槽的高度是相同的。
5.如权利要求2或3所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述每一个卡槽的高度是相同的。
6.如权利要求2或3所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述若干晶圆卡槽的高度是不同的。
7.如权利要求8所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述若干晶圆卡槽的高度依次呈阶梯增大或减小。
8.如权利要求9所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述若干晶圆卡槽的高度可调整，还包括步骤：实时监控炉管设备中的温度、气体分布和/或晶圆表面温度差，实时调整各个晶圆卡槽的高度差。
9.如权利要求11所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述退火包括升温过程、恒温过程和降温过程。
10.如权利要求12所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述退火的整个过程中通入有氮气，所述退火的升温过程中通入有氧气。
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