TW442832B - Method for manufacturing a semiconductor surface coated with fluorine - Google Patents

Description

U2 B 渗正 A7 B7 i.-^d 片 v 一一一灼本， 1實哲；!;-;容是否准予修正 nvo 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明 ( r ) Ί I 本 發 明 關 傜 一 種 用 氟 塗 佈 於 半 導 體 表 面 之 製 造 方 法 > 1 1 I 尤 其 關 俱 一 種 能 夠 在 隨 後 所 稱 厂 閛 氣 化 物 J 或 厂 通 路 氣 1 1 化 物 J 上 産 生 一 種 用 氟 塗 佈 之 半 導 體 表 面 之 製 造 方 法 0 請 先 1 ] 為 求 保 有 或 増 進 競 爭 能 力 i 必 須 對 實 現 —- 定 的 電 子 功 閱 讀 1 背 ! 能 所 需 之 成 本 持 續 降 低 同 時 使 生 産 力 繼 績 提 昇 0 生 産 之 1 I 力 之 提 昇 自 來 以 往 首 重 獲 得 電 子 功 能 的 加 強 整 合 t 電 子 意 拳 功 能 的 加 強 整 合 又 以 使 値 別 構 件 獲 得 結 構 的 進 -- 步 微 小 項 再 1 填 1 化 為 前 提 0 所 幸 就 評 估 所 得 事 實 3 對 於 快 速 連 接 以 及 消 寫 本 減 電 能 損 耗 之 要 求 曰 增 » 同 時 不 斷 的 結 構 微 小 化 > 由 於 頁 、_-· 1 1 能 夠 全 力 以 赴 而 得 實 現 0 1 I 如 前 所 述 此 項 巨 的 之 發 展 須 有 新 的 方 法 ί 使 更 小 的 1 1 結 構 以 合 於 成 本 原 則 之 方 式 製 造 $ 製 造 方 法 必 須 滿 足 一 1 訂 条 列 之 條 件 〇 所 以 有 —* 需 要 t 其 為 選 擇 付 合 所 求 電 子 功 1 I 能 之 各 構 件 之 因 數 〇 另 一 需 要 ί 則 為 在 構 件 壽期 内 保 證 1 1 此 等 因 數 的 充 份 穩 定 性 0 可 惜 有 一 連 串 的 退 化 機 轉 對 各 1 I DD 早 — 構 件 的 電 性 因 數 産 生 負 面 影 饗 1 線 探 究 退 化 機 轉 的 取 佳 方 法 日 疋 所 m 厂 HE 退 化 J (HE = Η 0 t i e lectron (熱電子））。 在Η 0S 電 晶 體 (金屬氣化物半導體 1 1 電 晶 體 )的蓮作中， 在泛 Ϊ側通道邊緣發生場強尖峰， 其 1 I 為 能 夠 使 通 道 電 子 加 速 以 至 接 近 速 度 極 限 〇 有 所 謂 厂 1 1 熱 電 子 J 能 夠 越 過 閛 氧 化 物 一 界 面 上 的 電 位 阻 隔 而 逹 到 i 1 閛 氧 化 物 中 0 在 其 間 電 子 可 以 在 另 一 個 Si 鍵 下 突 破 i 1 ί 並 因 而 産 生 界 面 狀 態 〇 在 η - 通 路 上 M0 S電晶體在泛 ί電流 1 1 的 退 化 現 象 中 主 要 表 現 出 厂 3 熱 電 子 效 rrflr R^. J 0 在 ρ - 通 路 中 1 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（> ) MOS電晶體主要在有效通路長度的縮短作用中表現出「熱 電子效應」。 除了因「熱電子」引起的電晶體參數退化之外，因在 升高之溫度（「偏溫度暱力」BTS-Bias Temperature S t r e s s )長時間處於閘電壓狀況所引起的電晶體參數退 化，是為一項重要角色，尤其是對於類比或類比/數位 混合的電路功能。 在類比或類H： /數位混合的電路功能中，有些MOS電 晶體常常在一工作點上蓮作，對電晶體輸入電壓的變動 非常敏感。這哇工作點具有閛電壓待性，只有少數繫於 Μ 0 S電晶體之輸入電壓。如上所述，在Μ 0 S電晶體的輸入 電壓的小變動也會導致在Μ 0 S電晶體工作點上流動電流 的大變動。因為通常在類比電路功能之蓮用上盡量利 用良好界定之電流，通過每一 MOS電晶體，通常不能忍 受MOS電晶體輸入電壓的此種變動。可惜因「偏溫度應 力」（BTS)所致的退化恰恰導致輸入電壓的變動而有上 述在類比電路功能上的負面作用。 對於可擦拭可程式化之唯讀儲存器（EPROM, EEPROM), 電因數的長效穩定性也是一項重要角色。在此唯讀儲存 器是一可程式化元件M0S電晶體，常常增設一値電絶緣 的多晶矽閛（「浮置閘」），此種多晶矽閘是用通過一薄 _氧化物（通路介電體）而流動之通路電流而行程式化。 然而通路上的電荷載體又再産生界面現象，升高氧化物 的導電性，或隨之降低突破電壓。如此可以重複發生， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規柊（210 X 297公釐） -------------------1!訂·-------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 42832 a? B7五、發明説明（4 ) 使儲存器元在蓮作中故障。 為了避免此種退化機轉並提高長效性而提倡一条列之 措施。對付「熱電子退化」之實際因_方法，現在通常 雕一種所謂「LDD摻雜」（LDD =銲麼椽雜之汲搐）應用於 MOS電晶體之源極/汲極區域。這種「LDD摻雜」卻需要 増加製作步驟，對製造成本有所影_。 為了解決由於「偏溫度應力」所引起類比電路中漂移 的問題，迄至於今一般只渉及純電路技術之方式。以此 等電路技術之方法防止在Μ 0 S -電晶體閛上長時間施加電 壓。然而此種所謂電路技術方法使電路之設計複雜，而 特別增加之晶片表面不能利用於其他電子電路功能而增 加成本。 此外所倡議者，如加入少量之氟或氯於氧化物層中以 提高長效穩定性（P.J.Wright, K,C, Saraswat所撰： 「氟在二氧化矽閘介雷質中之效」，IEEE電子裝置會 報，第36卷，第5號，1989年五月；或I.C,陳等人所撰 :「由於在閘氣化物中摻入氟，對C V D <化學蒸鍍1筠多 晶矽（Tunest. Rn polyciriPd)之CMOS(互補金屬氣化物半 導體）電晶體之功能與可靠度之提昇」，IEEE電子裝置 通訊，第15卷，第9號，1394年，九月）。 在迄今所用各種方法中，在氣化物層中加入氟，而在 氣化物層中將氟擴散至半導體界面。然而氟之擴散使氣 化物層之結構因而受損害，摻雜物質透過氣化物層繼續 擴散將不再受到阻止。如此所造成的結果，使一般所求 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 崠！ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明 (4 ) 1 1 I 例 如 減 少 熱 電 子 退 化 之 百 的 * 由 於 難 以 判 斷 在 閘 氣 1 I 1 化 物 中 所 必 需 加 入 之 氟 或 氣 9 因 而 無 從 逹 成 Ο 此 外 t 在 1 1 氟 所 透 過 氧 化 物 層 而 取 後 m 積 於 半 導 p ttJJ- 界 面 上 之 氟 含 量 請 I 1 > 只 能 朴 常 粗 略 決 定 Ο 此 種 方 法 在 習 常 的 大 量 生 産 中 閱 ik 1 背 1 不 能 適 用 0 面 之 1 注 I 現 在 * 此 項 問 題 9 本 發 明 已 備 有 種 方 法 > 避 免 或 減 意 奉 1 輕 上 述 技 術 狀 況 之 缺 點 〇 本 發 明 之 -- 項 任 務 待 别 是 在 提 項 ! 填 f 供 種 用 於 製 造 具 有 塗 氟 表 面 之 方 法 i 能 夠 在 連 接 於 氧 寫 本 化 物 層 上 産 生 較 '好 的 品 質 使 技 術 上 之 途 徑 對 氣 化 钧 層 頁 ·· 1 1 退 化 的 問 題 得 以 解 決 9 或 是 實 質 上 予 以 減 輕 〇 1 I 此 項 問 題 是 用 依 據 Φ 請 專 利 範 圍 第 1 項 之 方 法 予 以 ipj m 1 1 決 本 發 明 之 其 他 較 佳 實 施 例 形 態 和 觀 點 將 於 下 所 記 1 訂 載 之 申 明 專 利 範 圍 和 附 圖 予 以 說 明 0 1 I 根 據 本 發 明 9 __· 種 製 造 具 有 氟 塗 層 之 表 面 之 方 法 己 經 1 1 備 妥 〇 根 據 本 發 明 之 方 法 包 括 如 下 之 步 驟 - 1 1 a ) 備 妥 一 半 導 體 基 質 於 * 反 應 室 中 » 1 彼 b)用 水 及 / 或 醇 將 基 質 表 面 打 濕 > c)將 含 氟 化 合 物 敷 於 基 質 表 面 使 産 生 一 個 潔 淨 而. 1 有 氟 塗 層 之 半 m 體 表 面 > 1 | d)將 含 氟 化 合 物 從 反 應 室 移 去 9 及 1 ί e ) 經 淨 化 而 有 氟 塗 層 之 半 導 體 表 面 被 用 含 至 少 1 〇容 積％ 1 I 之 水 和 至 少 1 0容 積 % 之 酒 精 之 温 合 物 打 濕 9 使 産 生 一 種 1 1 有 預 定 氟 含 量 之 塗 1 之 半 導 體 表 面 〇 1 1 藉 由 根 據 本 發 明 之 方 法 7 6 可 以 獲 得 種 經 過 淨 化 而 有 1 1 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（2〖〇x297公釐） A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明 (r ) 1 1 I 氯 化 物 殘 餘 之 半 導 體 表 面 > 此 種 氣 化 物 殘 餘 可 以 經 由 例 1 ί 1 如 半 導 體 表 面 的 a 然 氣 化 而 形 成 > 或 經 由 先 •厂 刖 施 工 步 驟 [ I 之 氣 化 餘 物 所 産 生 〇 Μ 由 根 據 本 發 明 之 淨 化 工 作 可 以 得 請 先 1 1 閲 | 到 一 種 半 導 p 表 面 在 其 上 可 以 再 加 上 其 他 較 高 品 質 之 讀 I 1 各 層 〇 P] 面 之 I 1 注 1 藉 由 根 據 本 發 明 之 方 法 能 夠 獲 得 可 以 白 由 選 擇 氟 含 意 事 毚 之 寬 廣 範 圍 而 塗 於 半 導 體 表 面 0 在 氣 化 物 層 的 後 壤 生 項 再 tk 1 産 時 > 曰 取 好 經 由 熱 活 化 的 氣 化 作 用 以 獲 得 有 利 之 效 果 t 寫 ΐ 頁 1 使 氣 得 以 建 構 於 氣 化 物 内 以 及 半 導 體 表 面 之 中 因 而 在 、» 1 根 據 本 發 明 方 法 7X1 成 之 時 氟 之 痕 度 得 以 準 確 定 位 而 合 1 I 適 其 用 途 » 在 此 定 位 中 為 使 其 作 用 穩 定 化 之 所 必 需 者 » 1 ( 迄 今 仍 未 見 有 負 面 之 副 作 用 〇 藉 由 依 據 欲 産 生 之 構 件 级 1 訂 別 » 得 以 白 由 選 擇 氟 m 度 之 可 能 性 » 將 可 避 免 構 入 欲 飽 1 1 和 不 飽 和 鍵 之 氟 過 少 9 或 致 被 構 入 之 氟 過 多 而 損 及 氧 化 1 物 之 結 構 〇 1 1 然 而 根 據 本 發 明 之 方 法 並 非 限 於 氧 化 物 層 的 産 生 在 1 線 用 氣 塗 佈 之 表 面 上 也 可 以 加 上 半 導 體 磊 晶 層 〇 經 過 淨 化 而 且 用 氟 調 配 之 表 面 將 保 證 磊 晶 層 均 句 生 長 於 其 間 〇 i i 作 為 醇 褚 以 甲 醇 或 乙 醇 為 佳 〇 另 所 用 含 氟 化 合 物 以 HF 1 I (氟化氫丨氣 體 為 優 Ο 1 1 根 據 — 較 佳 之 實 施 模 式 基 質 表 面 之 濕 潤 其 中 之 水 1 [ 和 醇 是 以 水 或 醇 等 以 蒸 汽 導 入 於 基 質 表 面 〇 1 1 在 步 驟 b) 之 後 較 佳 為 降 低 反 應 室 中 之 壓 力 » 使 僅 有 1 1 薄 的 潤 滑 層 » 約 為 至 7 値 DI3 早 層 層 次 存 留 於 基 質 表 面 1 1 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0/2们公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 442832 A7 B7 五、發明說明（k ) 上，使後續之淨化反應得有良好之一定條件。 另為較佳者，當含氟化合物經由減壓而從反應室離去 之時，最好也用水及/或醇，如同基質表面之淨化，將 基質表面所形成之反應生成物除去。 如果在已淨化之半導體表而需要高或甚高之氟濃度， 刖最好從H F氣體之後導入臭氧及/或氣至已淨化而塗 _之半導體表商。 本發明將以附圖詳細説明如後。第1圖表示示意之所 謂「叢集機具」，用於實施本發明方法。 第1圖所示為一叢集機具10,含有四値加工室11至14 ,在其中可以分別於矽晶圓上進行各項加工步驟。為了 矽晶圓的送入或退出，叢集機具設有所謂裝載鎮閘 (LoadlockUS和16。叢集機具内部用一機械臂17依所訂 條件將矽晶圓送至各値加工室1 1.至1 4。 在上列之情形中，加工室11提供根據本發明方法之實 施，為此，加工室11維持大約40 °C之溫度，此可用例如 一種經整合而可控溫之水循環（未示 > 而達成。或可在加 工室11所存在之石英窗以合適的空氣流以保持溫度。 矽晶圓是用機槭臂U送入加工室11,並在加工室11内 被塗佈。在其間矽晶圓被用I R (紅外線）燈加熱，同樣約 於 4CTC。 在上列實施例中，根據本發明之方法，須先準備閛氧 化物之製備。習常於矽基質之中或之上先予絶緣，例如 LOCOS絶緣（局部矽氣化絶綠）或STI絶緣（ST1=淺溝絶緣） —8 一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

--------^ ---------I A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明 ( 1 ) 1 1 I C 若 在 此 等 前 置 之 加 工 步 驟 中 一 般 尚 有 氣 化物殘餘 留 在 1 1 I 砂 表 面 上 9 有 礙 於 後 續 對 薄 的 氣 化 物 之 産 生。 1 1 1 對 於 砂 表 面 之 淨 化 和 調 整 因 而 用 2 s 1 ΙΏ (每分鐘標準公 ，·~·ν 讀 先 1 1 升 數 )之甲醇Μ汽和水蒸汽之混合物， 在氤氣中，以5 0 0 閱 讀 1 背 1 毫 巴 之 壓 力 導 致 砂 表 面 > 歷 時 6 0秒 〇 其 間甲醇蒸 汽 或 之 1 注 | 水 蒸 汽 通 過 兩 個 所 謂 厂 氮 氣 »ΞίΤ m 泡 器 J 9 大 約各保持 3 0 °C 意 ψ i 而 被 導 入 於 加 工 室 1 1 之 中 〇 在 圓 Η 表 面 適 當形成一 薄 的 項 -S- 1 填 1 液 膜 » 潤 濕 圓 Η 表 面 〇 寫 本 然 後 將 室 内 壓 力 降 低 至 約 1 0 〇毫巴， 最後經由加熱至 頁 S_<· 1 1 4 0°C 之 氣 體 管 路 以 1 0 0 s C C IB (每 分 鐘 標 準 C C 數）導入 HF 氣 1 I 體 至 加 工 室 1 1 之 中 〇 其 間 壓 力 保 持 在 10 0毫巴。30至6 0 1 1 秒 後 盡 可 能 以 蝕 刻 法 將 存 在 之 氣 化 物 殘 餘 或天然之 氧 化 1 訂 物 近 乎 完 全 除 去 C 其 間 之 反 曄 如 下 1 I S i 〇 ; ( 固 )+ 4Η F( 氣 )—S i F 4 (氣） + 2 Η 2 〇 1 1 其 中 以 醇 之 0Η 基 與 水 之 存 在 予 以 催 化 〇 1 I 蝕 刻 之 後 * 加 工 室 内 壓 力 降 至 小 於 0 . 5毫巴之值， 使 1 吹 HF 氣 體 從 加 工 室 離 去 〇 最 後 以 2 s 1和 之 水 蒸 汽和醇蒸 汽 混 1 合 物 » 在 氮 氣 中 t 以 5 0 〇毫巴壓力導致已淨化之矽表面 1 | 上 〇 此 中 之 重 量 者 9 所 選 水 之 成 份 愈 高 (最高90 % ) > 在 1 矽 表 面 上 所 留 存 之 氟 濃 度 愈 少 0 因 此 獲 得 近於完美 之 淨 1 1 潔 砂 表 面 其 最 上 層 被 塗 上 < 1 %至3 0 %之氟。 1 I 然 後 將 加 工 室 11 内 之 壓 力 再 降 至 小 於 0 , 5毫巴之值， 1 1 使 水 和 醇 m •«X 由 蒸 發 而 從 矽 表 面 被 除 去 〇 1 1 於 是 在 本 發 明 方 法 結 束 時 9 > 在 依 各 別 用 途所適當 選 擇 1 1 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 44283? A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 B7五、發明説明（/ ) 之含氟濃度精準定位而合於穩定作用之所需。依此可能 性，氟濃度可以依擬生産之構件级別作自由選擇，避免 在矽/氣化矽界面上之不飽和鍵構入太少的氟予以飽和 ,或是構入太多的氟以致損及後續擬予産生之氧化物。 倘若在矽表面須以特別高的氟濃度以供應用，則可藉 由隨後之處理步驟加入一種含氟化合物。 對此，較佳之方法是以一種由臭氧和氣之混合物（在 混合物中臭氣成份在0.5%與15%之間）以及HF氣體在約 為4Gec至7GiTC之溫度和約為1〇〇{]毫巴之壓力導入於加 工室之中，藉此産生具有高氣濃度之極薄氣化物層。 作為另項選擇者，亦可用氣和HF氣體在高於7Q(TC之 溫度導入於加工室U之中，藉此得以同樣産生具有高氟 濃度之極薄氣化物層。 在矽表面之淨化和調整結束之後，機械臂17上之矽晶 圑從加工室移出，例如被送至加工室12,在其間經過熱 氣化作用或經過C V 1)鍍層而産生一種薄的閛氣化物層β 符號之說明 1 〇......叢塗機具 11,12,13,14......加工室 15,16......裝載鎖閘 17......機械臂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -10- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS Μ4規格（2!OX297公釐）

Claims (1)

1. ί42832 $年月7日修正/更正/補充 六、申請專利範圍 第88 104677號「一種以氟塗佈之半導體表面之製造方法」 專利案 （89年12月修正） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A申請專利範圍： 1. 一種製作用氟塗複之表面之方法，其特徵爲其包括以下 步驟： a) 在一反應室中備妥一半導體基質； b) 用水及/或醇潤濕基質表面； c) —種含氟化合物被引導至基質表面，使產生潔淨而有 氟塗複之半導體表面； d) 含氟化合物從反應室被除去；和 e) 已淨化而塗氟之半導體表面被濕以一混合物，含有至 少10容積％之水和至少10容積％之醇，使產生潔淨 而塗有預定量之氟之半導體表面。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在於以甲醇或乙 醇作爲醇。 3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在於以HF(氟化 氫）氣體作爲含氟化合物。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4. 如申請專利範圍第1至3項中之任一項之方法，其中在 於水和醇是以水蒸汽或醇蒸汽形態被引導至基質表 面。 5. 如申請專利範圍第1至3項中之任一項之方法，其中在 於步驟b)之後降低反應室內之壓力，使僅有一薄的潤 濕層留存於基質表面上。 6. 如申請專利範圍前第1至3項中之任一項之方法，其中 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 442832 的年q月9曰嗲正/更正/衅充 力、申請專利範圍 在於含氟化合物藉由壓力之降低而從反應室被除去， 其間最好將水及/或醇以及在基質表面淨化所形成的 反應生成物從基質表面除去 7.如申請專利範圍第1至3項中任一項之方法，其中在 於最後以HF氣體以及臭氧/或氧引導至已潔淨而有氣 塗複之半導體表面。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ---------訂---------線I 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公复）