TWI278936B - Rapid annealing process for wafers in semiconductor material - Google Patents

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Description

1278936 A7 B7 五、發明說明() 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於意欲供微電子、光學與光電應用使用之 材料晶圓之表面處理。 特別要載明的是關於本發明之晶圓係由半導體材料所 構成。 於本文中所說明之特別例子從而關於一種SOI (絕緣 層上有矽)型式之晶圓。 本發明更正確地是關於一種選自於半導體材料之材料 晶圓之表面處理製程,此晶圓係經由轉移技術而獲得’而 包含快速退火階段之製程依序包含: •意欲開始加熱之溫升之第一斜坡(ramp), •思欲穩定溫度之第一穩定保持, •溫升之第二斜坡。 特別要載明的是關於本發明之半導體材料之晶圓係為 經由轉移技術而獲得之晶圓,其意指半導體材料之晶圓之 一層(對應於全部或部分晶圓)已從來源基板被轉移至一支 撑之上。 又特別要載明的是,,快速退火”係為在非常短的時間(幾 十秒)内使晶圓到達报高溫度(大約110(rc或更高)之退火。 這種型式之退火通常被稱為RTA (快速熱退火)。 其允终晶圓之表面被平坦化。 【先前技術】 在目前技藝水準中實施之RTA係概略顯示於圖i 中’其顯示出依據時間t之溫度τ之演變。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21〇 χ297公爱) 訂 1278936 A7 B7 五、發明說明(2 ) -— 這張圖顯示出RTA包含溫升之斜坡,以使晶圓受到 RTA以在非常短的時間内從室溫rt到達高的退火 溫度T2。 牛例而5 ’ RT之範圍會在大約2〇°c與500°C之 5間,而T2可以是大約12〇〇。〇。 廷張圖顯示出RTA實際上包含兩條直線斜坡: 第一斜坡’使晶圓從大約75〇。〇之溫度T1開始, 接著於此/皿度下保持大約1〇秒。這個第一斜坡與接著它 而來的保持可允許: 1〇 開始加熱, 啟動受到RTA之晶圓之溫度追蹤(這種追蹤係由決定 曰曰圓溫度的咼溫計所確保,但是晶圓只從取決於晶圓材料 之某個溫度始可由高溫計”讀取” _在矽晶圓的情況下,這 個溫度大約為400。〇, 15 穩定溫度(這尤其是保持之任務)。 •第二斜坡,具有大約每秒5〇〇c之斜率,接著保持溫 度大約30秒。這個第二斜坡構成RTA之重要作用階段。 吾人已注意到關於這種習知之rTA,缺陷會出現在 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 晶圓中’尤其在由矽所製成之晶圓的情況下(譬如3〇1)更 20 是如此。 這些已知為滑線(slip Hne)之缺陷起因於晶圓在RTA 期間遭受到的重要熱約束(thermal c〇nstraint)。 這些熱約束尤其係由於溫升之非常陡峭的斜坡所導 致,以及由於最後保持於非常高溫下所導致。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公爱) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1278936 五、發明說明(3) 因此’依據施加至晶圓之熱預算(thermal budget),將 在受到習知之RTA之晶圓上觀察到更少或更多滑線。 這些滑線可能出現遍及晶圓之整個表面,尤其出現在 將晶圓支撐在退火爐内部之元件。顯然,這種滑線構成不 5 便。 【發明内容】 本發明之目的係用以減少這種不便。 為了達成這個目的,本發明提出一種供選自於半導體 材料之材料晶圓之表面處理製程,此晶圓已經由轉移技術 10 獲得’而包含快速退火階段之製程依序包含: •忍欲開始加熱之溫升之第一斜坡, •意欲穩定溫度之第一穩定保持, •溫升之第二斜坡,其特徵為在第二斜坡期間,溫升 之平均斜率具有已知為低溫之第一範圍内之第一值,然 15 後’在已知為南溫範圍内增加。 以下為依據本發明之製程之某些較佳但非限制的樣 態: •晶圓係為一種由石夕所製成之晶圓, •晶圓係為一種SOI晶圓, 20 •第一保持發生於大約750°C之溫度, •低溫祀圍係從大約800延伸至大約11〇〇。〇, •在高溫範圍内,該溫度以連續方式增加, •在低溫範圍内,該溫度增加過程中係將溫度保持一 段時間,
1278936 A7 發明說明(4) •快速退爐段仙簡於大約⑽至12 度來結束, 夂 •第二斜坡以每秒大約25至50°c之斜率結束。 本發明之其他樣態、目的與優點在讀取參考附圖所接 供之本發明之下述說明時將變得更清楚。 【實施方式】 現在參考® 2a與2b’它們顯示依據目前技藝水準之 知識(圖2a)以及依據本發明(圖2b)而實現之兩個各自的 ET A階段之兩個溫升期間的溫度之演變。 、 10 特別要載明的是這些圖係參考由沿著脆化區分離之轉 移製程(SMARTCUT®型製程)形成之观晶圓之rta退火 而予以說明。 然而,本發明亦應用於經由任何型式之轉移製程(譬 如eltran@或其他製成)而獲得之晶圓,而且並不需要具 15有SOI型式之構造。 本發明進而應用於以矽製作的晶圓,或應用於由其他 半導體材料所構成之晶圓。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖2a與2b中之溫升如已經陳述地代表兩個RTA階 段,其中一個(圖2b)係依據本發明而實現。 20 這兩個溫升大致上以相同方式開始,其第一斜坡R1 使溫度達到大約750°C之數值。 第悝溫保持(於大約750°C之數值)係接著這個第一 斜坡而來。 兩個退火階段間之差異在於接著第一保持而來之溫升
1278936 五、發明說明(Ο 之第二斜坡。 的確,吾人已注意到依據已經知道的圖2a之斜坡實 質上是直的。這個第二斜坡因此具有每秒大約5代 定斜率。 5 又,這種習知之退火係將溫度保持1至30秒來結 束,期間之溫度係維持於大約12〇〇至123〇t之固定值。 關於圖2b之第二斜坡R2,其並非是直線的。 反之,這個第二斜坡一般具有凹狀形狀,意指其_般 延伸在直線(描繪成虛線)下方,連接這個斜坡開始之點 10 P1(大約750°C)與這個斜坡結束之點p2(其一般 的 1150-1250。。)。 、、 更正確地說,在第二斜坡期間,溫升之平均斜率具有 已知為低溫之第一範圍内之第一值,然後,在已知為高溫 範圍内增加。 _ ° 15 楝言之,在這個第二斜坡之溫升期間,最初耗費在既 定溫升(第一範圍)之時間,係比例上多於在斜坡之後半部 分(第二範圍)期間之時間。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 此外’特別要載明的是在本發明的情況下,這個第二 斜坡R2係與溫升之期間△〇(對相同的溫度差異而言,大 20於第二習知斜坡之溫升之期間)相關。 特別要載明的是圖2b中的這段期間相當於點ρι (依 據本發明之第二斜坡R2之開始)與P2 (依據本發明之第二 斜坡R2之結束)之間的時間差。 為了比較的目的,依據目前技藝水準實施之第二習知 (210x297 公釐) 1278936 A7 -----—_____B7 五、發明說明(7) 之時間與通過所謂的高範圍(其係對應至大於”低"範圍之溫 度之第二斜坡之溫度)之時間之比例,相較於以目前技藝 水準來實施者而言會提高。 >換言之,依據本發明,耗費在第二斜坡之這個,,低„溫 5度^圍之時間(相較於第二斜坡之總期間而言),係比按照 目别技藝水準而耗費在具有直線斜坡之退火階段來得更 多。 的確’在第二斜坡期間,溫升之平均斜率具有已知為 低μ之第一範圍内之第—值,然後在已知為高溫範圍内增 10 加。 特別要載明的是"低"與"高"溫之範圍尤其是依據晶圓 之材料而界定。 此外’當顧慮關於上述所說明之通過低與高溫範圍之 時間之比例的條件之時,可以另一"第二斜坡,,來實施本 15 發明。 舉例而言,可界定在這個低溫範圍内之中間恆溫保持 (譬如在此所說明的例子中,保持於800與1100°C之間的 溫度)。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 一般而言,可提供任何達成這個條件之第二斜坡形 20 式。 以這種方式進行,可實質上減少退火後晶圓上之滑線 之數目。 申請人尤其已注意到發生在烘爐中的晶圓之支撐上的 滑、線減少相當多(不論這些支撐具有支撐之分離點之形 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準規格(210χ297公釐) 1278936 五、發明說明(8 10 15 B7 式,還是與晶圓同心的連續圓形環之形式)。 這種效果係由下述事實說明:於RTA結束時所觀察 到的滑線,係起因於在對應至"低”溫值之晶圓之Rta之一 部分期間開始發生的缺陷。 這種效果係顯示於圖3中,其顯示在四個各別晶圓上 執行RTA的四種情況下,退火後在晶圓上所產生之滑線 之數目。 四個退火階段對應至展開於橫座標上的一連串的·點 母個不同的橫座標係對應至一種退火。 在這張圖下方的是資料行。 第一行之”時間’’資料表示對每個退火而言經過第二_ 坡之"低"溫範圍的時間-四個退火階段具有相同的第一斜 坡R1,類似於圖2b之第一斜坡R1。
第二行之”平均值”資料係對應至退火後在一群組的曰 圓上所觀察到的滑線之數目。 M 第三行之”計數值"資料表示已計算出晶圓上之滑、線的 晶圓數目(這個數字係受限於兩個情況中之其中—個)。 吾人可注意到當”時間”增加時,滑線之數目會減少。 的確,以下為所獲得之結果:__ 通過低溫範圍的時間 ^察到的滑、 (以秒計) 7_ 14.5 19 26
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21〇x297公釐) 46.5
1278936 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明(9) 特別要載明的是在圖3之例子中,”低溫”之範圍係延 伸在800與1100°C之間。 RTA對應至高比例(通過低溫度範圍之時間/通過高溫 範圍之時間)之第二漸進斜坡之應用,因此有利於降低滑 5 線之數目。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) 1278936 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明(10) 【圖式簡單說明】 圖1概略顯示在目前技藝水準中實施之RTA。 圖2a與2b係分別顯示兩個以連續方式與依據本發明 而實施之RTA階段期間之溫度的演變圖。 5 圖3係為顯示在某個溫度範圍内之RTA期間經過的 時間之間隔長度對滑線數目的影響圖。 【圖式之代號說明】 R1〜第一斜坡 10 R2〜第二斜坡 P1〜點 P2〜點 R〇2〜習知斜坡 P〇2〜點 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)

Claims (1)

  1. 六、申請專利範圍 __ 干11月i冬日送呈)· f 5 10 15 20 1.-種供選自於半導體材料之材料 程,該晶圓係經由轉移技術而獲得,八 面處理製 階段之該製程依序包含: —個快逮退火 •意欲開始加熱之溫升之第一斜坡, 忍欲穩定溫度之第一穩定保持, •溫升之第二斜坡,其特徵為在該第 溫升之平均斜率具有已知為低溫之第一 皮j間,該 然後在已知為高溫範圍内增加。 之第一值, 2·如申請專利範圍第i項所述之製程 圓係為一種由石夕所製成之晶圓。 ,、特徵為該 3·如申請專利範圍第2項所述之製程 圓係為一種SOI晶圓。 ,、特徵為該 4·如申請專利範圍第2或3項所述之 該第-穩定保持發生於大約,。c之溫度。Q ’ :、特徵為 5,如巾清專利範圍第2或3項所述之製程 低溫範圍係從大約80(rc延伸至大約u〇(rc。,、寻徵為 P 6.如申請專利範圍第u 3項中之其中一項所述之製 私,其特徵為在低溫範圍内,該溫度係以連續方式提高f 。7•如申請專利範圍第U 3項中之其中所述:製 程,其特徵為在低溫範圍内,該溫度增加過程中係將溫度 保持一段時間。 '服又 8·如申請專利範圍第i至3項中之其中_項所述之製 程,其特徵為該快速退火階段係以保持於大約115()至 usot:之溫度來結束。 B曰 4 a曰 訂 -13 - 本紙張尺度適财_家標準(CNS)A4規格(2ω χ 297公餐) 一·\ηΐ€ηιι\ρ6η(Ηη8-92\92487Β-接.doc ος 8 8 8 A B c D 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1278936 六、申請專利範圍 9.如申請專利範圍第1至3項中之其中一項所述之製 程,其特徵為該第二斜坡以每秒大約25至50°C之斜率來 結束。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 x 297公釐)
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