DE102016115524A1 - Method for forming wafer - Google Patents
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Abstract
Diese Erfindung stellt ein Verfahren zur Bildung eines Wafers bereit, Folgendes umfassend: Bilden eines Siliziumsubstrats und anschließende Durchführung einer schnellen thermischen Ausheilung am Substrat zur Bildung einer Passivierungsschicht. Die Passivierungsschicht verringert die Oberflächenrauigkeit des Siliziumsubstrats. Während der Bildung einer Gate-Oxidschicht oder einer Grenzfläche kann Deuterium aus dem Substrat ausdiffundieren und sich mit nicht abgesättigten Bindungen der Grenzfläche verbinden, um eine stabile Struktur zu bilden, wodurch eine Ladungsträgerpenetration verhindert werden kann und Bauteileigenschaften verbessert werden können.
Description
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- 1. Gebiet der Erfindung
- Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf die Halbleiterherstellung und im Besonderen auf ein Verfahren zur Bildung eines Wafers.
- 2. Beschreibung der verwandten Technik
- Das Ausgangsmaterial in der Halbleiterherstellung ist monokristallines Silizium, welches üblicherweise durch das Czochralski-(CZ-)Verfahren gebildet wird.
- Die Herausforderungen in Bezug auf die Qualität des Siliziumsubstrats nehmen mit der Tendenz der Größenreduzierung von mikroelektronischen Bauteilen mehr und mehr zu. Die Qualität des Siliziumsubstrats hängt von der Größe und Verteilung von darin gewachsenen Mikrodefekten ab. Während der Bildung des Siliziumsubstrats durch das CZ-Verfahren oder das Zonenschmelzverfahren sammelt sich ein Großteil der Mikrodefekte an Siliziumleerstellen an oder besetzt Lücken.
- Die Wasserstoffpassivierung ist zu einer hinlänglich bekannten und etablierten Praxis bei der Fabrikation von Halbleiterbauteilen geworden. Beim Wasserstoffpassivierungsprozess werden Defekte entfernt, die den Betrieb der Halbleiterbauteile beeinträchtigen. Solche Defekte sind zum Beispiel als Rekombinations-/Entstehungsausgangspunkte an aktiven Komponenten von Halbleiterbauteilen beschrieben worden. Man geht davon aus, dass diese Ausgangspunkte durch nicht abgesättigte Bindungen verursacht werden, die Zustände in die Energielücke einbringen, bei denen geladene Ladungsträger entfernt oder unerwünschte Ladungsträger im Bauelement hinzugefügt werden, was zum Teil von der angelegten Vorspannung abhängt. Während nicht abgesättigte Bindungen in erster Linie an Oberflächen oder Grenzflächen im Bauteil auftreten, geht man aber auch davon aus, dass sie an Leerstellen, Mikroporen und Versetzungen auftreten und außerdem von Verunreinigungen begleitet sind.
- Ein weiteres Problem, das in der Halbleiterindustrie aufgetaucht ist, ist die Verschlechterung der Leistungsfähigkeit von Bauteilen durch Hot-Carrier-Effekte. Dies ist insbesondere in Bezug auf kleinere Bauteile von Belang, bei denen proportional größere Spannungen verwendet werden. Wenn solche hohe Spannungen verwendet werden, können Kanalladungsträger ausreichend energetisch sein, um in eine Isolierschicht einzutreten und das Bauteilverhalten zu verschlechtern.
- Da die Wasserstoffpassivierung nicht stabil genug ist, bricht deren Verbindung mit nicht abgesättigten Bindungen leicht auf. Folglich ist die nicht abgesättigte Bindung wieder frei, um die Eigenschaften des Bauteils nachteilig zu beeinflussen.
- ZUSAMMENFASSUNG
- Die vorliegende Anmeldung soll ein Verfahren zur Bildung eines Wafers bereitstellen, wobei mit dem Verfahren die Oberflächenrauigkeit des Wafers verringert werden kann, die nicht abgesättigten Bindungen der Grenzflächen im Bauteil reduziert und die Bauteileigenschaften verbessert werden können.
- In Bezug auf das soeben Gesagte stellt die vorliegende Anmeldung ein Verfahren zur Bildung eines Wafers bereit, welches umfasst, ein Siliziumsubstrat bereitzustellen, und eine schnelle thermische Ausheilung am Siliziumsubstrat durchzuführen, um eine Passivierungsschicht zu bilden, wobei die schnelle thermische Ausheilung die Verwendung eines deuteriumhaltigen Gases beinhaltet.
- Des Weiteren wird im obigen Verfahren die schnelle thermische Ausheilung bei einer Temperatur von 1.200°C–1.380°C durchgeführt.
- Darüber hinaus ist im vorstehenden Verfahren das bei der schnellen thermischen Ausheilung verwendete Gas ein Gemisch aus Deuterium und Wasserstoff.
- Des Weiteren macht im vorstehenden Verfahren das Deuterium 1% bis 100% des Gases aus.
- Des Weiteren ist im vorstehenden Verfahren das bei der schnellen thermischen Ausheilung verwendete Gas ein Gemisch aus Deuterium und Wasserstoff.
- Des Weiteren macht im obigen Verfahren das Deuterium 1% bis 100% des Gases aus.
- Des Weiteren handelt es sich im obigen Verfahren bei dem bei der schnellen thermischen Ausheilung verwendeten Gas um Deuterium.
- Des Weiteren wird im obigen Verfahren das Siliziumsubstrat durch die Schritte gebildet, die Folgendes umfassen: Bilden eines Siliziumblocks, Schneiden, Oberflächenschleifen, Polieren, Kantenprofilierung und Reinigen des Siliziumblocks, und Bilden des Siliziumsubstrats.
- Des Weiteren handelt es sich im obigen Verfahren bei dem Siliziumsubstrat um monokristallines Silizium.
- Des Weiteren wird im obigen Verfahren das Siliziumsubstrat durch das Czochralski-(CZ-)Verfahren gebildet.
- Das Verfahren der vorliegenden Anmeldung ist vorteilhaft gegenüber dem Stand der Technik. Nach Bildung des Siliziumsubstrats wird die schnelle thermische Ausheilung am Substrat durchgeführt, um die Passivierungsschicht zu bilden. Durch die Passivierungsschicht kann die Oberflächenrauigkeit des Siliziumsubstrats verringert werden. Darüber hinaus kann während der Bildung einer Gate-Oxidschicht oder einer Grenzfläche Deuterium aus dem Substrat ausdiffundieren und sich mit nicht abgesättigten Bindungen der Grenzfläche verbinden, um eine stabile Struktur zu bilden, wodurch eine Ladungsträgerpenetration verhindert werden kann und die Bauteileigenschaften verbessert werden können.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
-
1 zeigt eine Ausführungsform des Verfahrens zur Bildung des Wafers. - AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM
- Obwohl nachstehend eine nähere Erläuterung mit Bezug auf die begleitende Zeichnung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung geliefert wird, ist eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Durchschnittsfachleute auf diesem Gebiet können die hier beschriebene Erfindung modifizieren und dennoch die vorteilhaften Wirkungen der vorliegenden Erfindung erzielen. Folglich sollten diese Ausführungsformen als breite Lehre für den Fachmann und nicht als Einschränkung der vorliegenden Erfindung verstanden werden.
- Zum Zwecke der Deutlichkeit sind nicht alle Merkmale einer realen Ausführungsform beschrieben. Um eine durch unnötige Details verursachte Unübersichtlichkeit zu vermeiden, sind hinlänglich bekannte Funktionen sowie Strukturen möglicherweise nicht im Detail beschrieben. Es wäre zu beachten, dass bei der Entwicklung einer jeweiligen Ausführungsform eine große Anzahl von praktischen Details durchgeführt werden muss, um die spezifischen Ziele des Entwicklers zu erreichen, und beispielsweise gemäß den Erfordernissen oder Zwangsbedingungen des Systems oder der wirtschaftlichen Umstände eine Ausführungsform auf eine andere abgeändert wird. Zusätzlich sollte beachtet werden, dass derartige Entwicklungsbestrebungen komplex und zeitraubend sein können, für den Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet jedoch reine Routinearbeiten darstellen.
- In den folgenden Absätzen wird auf die begleitende Zeichnung Bezug genommen, um die vorliegende Erfindung anhand eines Beispiels genauer zu beschreiben. Die Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen deutlicher hervor. Es wäre anzumerken, dass die Zeichnung in vereinfachter Form mit nicht präzisen Größenverhältnissen vorliegt, um eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zweckmäßig und deutlich zu erklären.
- In einer Ausführungsform umfasst mit Bezugnahme auf
1 das Verfahren zur Bildung eines Wafers die folgenden Schritte: - S100: Bereitstellen eines Siliziumsubstrats,
- S200: Durchführen einer schnellen thermischen Ausheilung am Siliziumsubstrat zur Bildung einer Passivierungsschicht, wobei die Schnellglühung umfasst, ein deuteriumhaltiges Gas zu verwenden.
- In einer Ausführungsform kann das Siliziumsubstrat durch die folgenden Schritte gebildet werden. Zuerst wird ein Siliziumblock gebildet und dann auf eine gewünschte Größe wie z. B. die Größe eines Wafers poliert. Dann werden zur Bildung des Siliziumsubstrats die Schritte ausgeführt, die Schneiden, Oberflächenschleifen, Polieren, Kantenprofilierung und Reinigen umfassen. In der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich bei dem Siliziumsubstrat um monokristallines Silizium, das durch das Czochralski-(CZ-)Verfahren gebildet wird.
- In S200 wird die schnelle thermische Ausheilung am Siliziumsubstrat ausgeführt, um eine Passivierungsschicht zu bilden. Durch die Bildung der Passivierungsschicht kann die Oberflächenrauigkeit des Siliziumsubstrats verringert werden, und die Eigenschaften des Siliziumsubstrats können verbessert werden.
- In einer Ausführungsform kann die Temperatur der schnellen thermischen Ausheilung zwischen 1.200°C und 1.380°C liegen und zum Beispiel 1.300°C betragen.
- In einer Ausführungsform ist das bei der schnellen thermischen Ausheilung verwendete Gas ein Gemisch aus Deuterium und Wasserstoff. Das Deuterium macht 1% bis 100% des Gasgemischs aus, was je nach den unterschiedlichen Prozesserfordernissen eingestellt werden kann.
- In einer Ausführungsform kann ein Gemisch aus Deuterium und Sauerstoff zur Anwendung kommen. Das Deuterium macht 1% bis 100% des Gasgemischs aus, was je nach den unterschiedlichen Prozesserfordernissen eingestellt werden kann.
- In einer Ausführungsform kann bei der schnellen thermischen Ausheilung reines Deuterium zur Anwendung kommen.
- Wenn bei der schnellen thermischen Ausheilung Deuterium verwendet wird, kann sich dieses Gas wegen der kleinen Größe der Deuteriumatome temporär in den Lücken des Siliziumsubstrats einlagern. In dem sich anschließenden Prozess zur Bildung der Gate-Oxidschicht können sich die eingelagerten Deuteriumatome mit nicht abgesättigten Bindungen der Gate-Oxidschicht verbinden, um stabile chemische Bindungen zu bilden. Demzufolge können die überreichlich vorhandenen nicht abgesättigten Bindungen beseitigt werden, wodurch die Eigenschaften der Gate-Oxidschicht verbessert werden können. Des Weiteren können sich die Deuteriumatome nicht nur mit nicht abgesättigten Bindungen der Gate-Oxidschicht verbinden, sondern auch mit den nicht abgesättigten Bindungen anderer Schichten des Halbleiterbauteils. Eine aus Deuterium gebildete chemische Bindung ist stabiler als eine aus anderen Elementen, wie zum Beispiel aus Wasserstoffatomen, gebildete Bindung.
- Gemäß dem vorstehend Gesagten wird in den Beispielen des Verfahrens der vorliegenden Anmeldung eine schnelle thermische Ausheilung am Siliziumsubstrat durchgeführt, um nach Bildung des Siliziumsubstrats eine Passivierungsschicht zu bilden. Durch die Passivierungsschicht kann die Oberflächenrauigkeit des Siliziumsubstrats verringert werden. Während der Bildung einer Gate-Oxidschicht oder einer Grenzfläche kann Deuterium aus dem Substrat ausdiffundieren und sich mit nicht abgesättigten Bindungen der Grenzfläche verbinden, um eine stabile Struktur zu bilden, wodurch die Ladungsträgerpenetration verhindert und die Bauteileigenschaften verbessert werden können.
- Realisierungsmöglichkeiten des vorstehenden Verfahrens wurden im Kontext bestimmter Ausführungsformen beschrieben. Diese Ausführungsformen sollen darstellend und nicht einschränkend sein. Es sind viele Variationen, Modifikationen, Ergänzungen und Verbesserungen möglich. Diese und weitere Variationen, Modifikationen, Ergänzungen und Verbesserungen sollen in den Umfang der Erfindung fallen, wie er durch die nun folgenden Ansprüche definiert ist.
Claims (10)
- Verfahren zur Bildung eines Wafers, umfassend: Bereitstellen eines Siliziumsubstrats, Durchführen einer schnellen thermischen Ausheilung am Siliziumsubstrat zur Bildung einer Passivierungsschicht, wobei die schnelle thermische Ausheilung umfasst, ein deuteriumhaltiges Gas zu verwenden.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei die schnelle thermische Ausheilung bei einer Temperatur von 1.200°C bis 1.380°C durchgeführt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei das bei der schnellen thermischen Ausheilung verwendete Gas ein Gemisch aus Deuterium und Wasserstoff ist.
- Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Deuterium 1% bis 100% des Gases ausmacht.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei das bei der schnellen thermischen Ausheilung verwendete Gas ein Gemisch aus Deuterium und Sauerstoff ist.
- Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Deuterium 1% bis 100% des Gases ausmacht.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem bei der schnellen thermischen Ausheilung verwendeten Gas um Deuterium handelt.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Siliziumsubstrat durch die Schritte gebildet wird, die Folgendes umfassen: Bilden eines Siliziumblocks, Durchführen der Vorgänge Schneiden, Oberflächenschleifen, Polieren, Kantenprofilierung und Reinigen am Siliziumblock, und Bilden des Siliziumsubstrats.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Siliziumsubstrat um monokristallines Silizium handelt.
- Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Siliziumsubstrat durch das Czochralski-(CZ-)Verfahren gebildet wird.
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