本發(fā)明涉及半導(dǎo)體芯片制造工藝技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種對布線后晶圓進(jìn)行合金化處理的方法。

背景技術(shù)：

在半導(dǎo)體制造CMOS工藝技術(shù)中，晶圓在完成布線后，會經(jīng)過一道合金(Alloy)工藝，合金工藝相當(dāng)于一個退火的過程，其目的在于使金屬再結(jié)晶，修復(fù)離子造成的損傷等。在集成電路設(shè)計中，電路的設(shè)計者往往設(shè)計一個振蕩電路能產(chǎn)生大小和方向相同的周期性振蕩電流從而實(shí)現(xiàn)電路工作的目的。具體的，振蕩電路的周期T＝1/f＝2πRC，從公式可以看出，振蕩頻率f與振蕩電路的電阻R、電容C相關(guān)，振蕩頻率f與振蕩電阻成反比，振蕩頻率f與振蕩電容也成反比。對于振蕩電路為NMOS電容、外接電阻(恒定值)的CMOS工藝產(chǎn)品，振蕩電容C減小，則振蕩頻率f增大；振蕩電容C增大，則振蕩頻率f減小。等效的振蕩電路如圖1所示。NMOS電容C＝(εS)/(4πKd)，從公式可以看出，電容C與εS成正比，電容C與4πKd成反比。對于半導(dǎo)體制造NMOS電容中，柵氧的質(zhì)量是會影響電容C的。比如，可移動離子電荷等。其中，ε為介電常數(shù)；S為電容上下極板對應(yīng)的面積；d為電容上下極板對應(yīng)的距離；K為一常數(shù)。

現(xiàn)有技術(shù)中，在對晶圓的合金過程中通入的氫氣H₂的氣體流量較小，不能很好的修復(fù)柵氧質(zhì)量，影響NMOS電容C的穩(wěn)定性及大小，繼而使得振蕩頻率失效導(dǎo)致產(chǎn)品良率下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種對布線后晶圓進(jìn)行合金化處理的方法，修復(fù)NMOS電容的柵氧質(zhì)量，從而改變NMOS電容的C-V曲線特性，繼而達(dá)到改善頻率失效，改善產(chǎn)品良率。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供一種對布線后晶圓進(jìn)行合金化處理的方法，包括：

將布線后的晶圓置于一腔體內(nèi)，向所述腔體內(nèi)連續(xù)通入用于載氣的氮?dú)?，并將腔體溫度升溫至第一預(yù)設(shè)溫度；

保持第一預(yù)設(shè)溫度，向所述腔體內(nèi)以預(yù)設(shè)流量通入一含有預(yù)設(shè)比例氫氣的混合氣體并持續(xù)第一預(yù)設(shè)時間；其中，所述預(yù)設(shè)流量大于流量門限值；

混合氣體通入結(jié)束后，向所述腔體內(nèi)再次通入氮?dú)庵敝了鼍A所處的腔體內(nèi)為純氮?dú)?，在所述純氮?dú)鈿夥障吕鋮s所述腔體。

其中，向所述腔體內(nèi)連續(xù)通入用于載氣的氮?dú)?，并將腔體溫度升溫至第一預(yù)設(shè)溫度，具體包括：

在所述腔體內(nèi)通入流量為第一預(yù)設(shè)值的氮?dú)?，并將腔體溫度升溫至第一預(yù)設(shè)溫度；

將所述氮?dú)獾牧髁吭龃鬄榈诙A(yù)設(shè)值，繼續(xù)向所述腔體內(nèi)通入流量為第二預(yù)設(shè)值的氮?dú)獠⒊掷m(xù)第二預(yù)設(shè)時間。

其中，所述向所述腔體內(nèi)再次通入氮?dú)庵敝了鼍A所處的腔體內(nèi)為純氮?dú)猓谒黾兊獨(dú)鈿夥障吕鋮s所述腔體，具體包括：

連續(xù)向所述腔體內(nèi)通入流量為第三預(yù)設(shè)值的氮?dú)獠⒊掷m(xù)第三預(yù)設(shè)時間；其中，流量為第三預(yù)設(shè)值的氮?dú)馔ㄈ虢Y(jié)束后，所述腔體內(nèi)為純氮?dú)鈿夥眨?/p>

將氮?dú)饬髁繙p小為第四預(yù)設(shè)值，繼續(xù)向所述純氮?dú)鈿夥盏那惑w內(nèi)通入流量為第四預(yù)設(shè)值的氮?dú)獠⒊掷m(xù)第四預(yù)設(shè)時間；在所述第四預(yù)設(shè)時間內(nèi)冷卻所述腔體。

優(yōu)選的，所述流量門限值為6L/min，所述預(yù)設(shè)流量為10L/min，所述第一預(yù)設(shè)時間為30min。

優(yōu)選的，所述混合氣體為氮?dú)夂蜌錃?，所述混合氣體中氫氣的比例為4％。

優(yōu)選的，所述第一預(yù)設(shè)溫度為425℃。

優(yōu)選的，所述第一預(yù)設(shè)值為8L/min，所述第二預(yù)設(shè)值為10L/min，所述第二預(yù)設(shè)時間為5min。

優(yōu)選的，所述第三預(yù)設(shè)值為10L/min，所述第三預(yù)設(shè)時間為5min，所述第四預(yù)設(shè)值為8L/min，所述第四預(yù)設(shè)時間為40min。

本發(fā)明的上述技術(shù)方案至少具有如下有益效果：

本發(fā)明實(shí)施例的對布線后晶圓進(jìn)行合金化處理的方法中，通過對半導(dǎo)體制造技術(shù)中的合金菜單的優(yōu)化，即將合金時通預(yù)設(shè)比例氫氣的流量增大，則在不損傷晶圓的柵氧的結(jié)構(gòu)的情況下，更加有效地鈍化界面附近Si(硅)懸掛鍵，大大降低界面態(tài)密度，修復(fù)柵氧的質(zhì)量，從而改變NMOS電容的C-V曲線特性，繼而達(dá)到改善頻率失效的目的，同時也就改善了產(chǎn)品良率；另一方面對布線后的晶圓進(jìn)行合金化處理相當(dāng)于退火的過程，修復(fù)了離子造成的損傷。

附圖說明

圖1表示等效振蕩電路的電路結(jié)構(gòu)圖；

圖2表示本發(fā)明實(shí)施例的對布線后晶圓進(jìn)行合金化處理的方法的基本步驟示意圖；

圖3表示現(xiàn)有技術(shù)中NMOS電容和利用本發(fā)明實(shí)施例提供的方法優(yōu)化后的NMOS電容的對比圖；

圖4表示現(xiàn)有技術(shù)中振蕩頻率和利用本發(fā)明實(shí)施例提供的方法優(yōu)化后的振蕩頻率的對比圖；

圖5表示現(xiàn)有技術(shù)中產(chǎn)品良率和利用本發(fā)明實(shí)施例提供的方法優(yōu)化后的產(chǎn)品良率的對比圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的CMOS工藝技術(shù)中，合金過程中導(dǎo)致的NMOS電容的頻率失效的問題，提供一種對布線后晶圓進(jìn)行合金化處理的方法，通過對半導(dǎo)體制造技術(shù)中的合金菜單的優(yōu)化，即將合金時通預(yù)設(shè)比例氫氣的流量增大，則在不損傷晶圓的柵氧的結(jié)構(gòu)的情況下，更加有效地鈍化界面附近Si(硅)懸掛鍵，大大降低界面態(tài)密度，修復(fù)柵氧的質(zhì)量，從而改變NMOS電容的C-V曲線特性，繼而達(dá)到改善頻率失效的目的，同時也就改善了產(chǎn)品良率；另一方面對布線后的晶圓進(jìn)行合金化處理相當(dāng)于退火的過程，修復(fù)了離子造成的損傷。

如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種對布線后晶圓進(jìn)行合金化處理的方法，包括：

步驟11，將布線后的晶圓置于一腔體內(nèi)，向所述腔體內(nèi)連續(xù)通入用于載氣的氮?dú)?，并將腔體溫度升溫至第一預(yù)設(shè)溫度；

步驟12，保持第一預(yù)設(shè)溫度，向所述腔體內(nèi)以預(yù)設(shè)流量通入一含有預(yù)設(shè)比例氫氣的混合氣體并持續(xù)第一預(yù)設(shè)時間；其中，所述預(yù)設(shè)流量大于流量門限值；

步驟13，混合氣體通入結(jié)束后，向所述腔體內(nèi)再次通入氮?dú)庵敝了鼍A所處的腔體內(nèi)為純氮?dú)?，在所述純氮?dú)鈿夥障吕鋮s所述腔體。

本發(fā)明的上述實(shí)施例中，將布線后晶圓置于充斥了氮?dú)獾那惑w后，將腔體內(nèi)的溫度升至第一預(yù)設(shè)溫度，再通入混合氣體，混合氣體中含有預(yù)設(shè)比例的氫氣，之后再通入氮?dú)馐骨惑w內(nèi)變?yōu)榧兊獨(dú)猸h(huán)境，再降低腔體內(nèi)溫度。需要說明的是，整個合金工藝過程中腔體內(nèi)的退火溫度的升降都需非常緩慢，能夠有效地避免鍵合后晶圓在退火過程中發(fā)生破片現(xiàn)象，并且整個過程也只有一次升溫和一次降溫，退火過程中溫度控制簡單，方便操作。

本發(fā)明的上述實(shí)施例中，步驟11具體包括：

步驟111，在所述腔體內(nèi)通入流量為第一預(yù)設(shè)值的氮?dú)猓⑶惑w溫度升溫至第一預(yù)設(shè)溫度；

步驟112，將所述氮?dú)獾牧髁吭龃鬄榈诙A(yù)設(shè)值，繼續(xù)向所述腔體內(nèi)通入流量為第二預(yù)設(shè)值的氮?dú)獠⒊掷m(xù)第二預(yù)設(shè)時間。

本發(fā)明的上述實(shí)施例中，步驟13具體包括：

步驟131，連續(xù)向所述腔體內(nèi)通入流量為第三預(yù)設(shè)值的氮?dú)獠⒊掷m(xù)第三預(yù)設(shè)時間；其中，流量為第三預(yù)設(shè)值的氮?dú)馔ㄈ虢Y(jié)束后，所述腔體內(nèi)為純氮?dú)鈿夥眨?/p>

步驟132，將氮?dú)饬髁繙p小為第四預(yù)設(shè)值，繼續(xù)向所述純氮?dú)鈿夥盏那惑w內(nèi)通入流量為第四預(yù)設(shè)值的氮?dú)獠⒊掷m(xù)第四預(yù)設(shè)時間；在所述第四預(yù)設(shè)時間內(nèi)冷卻所述腔體。

具體的，所述流量門限值為6L/min，所述預(yù)設(shè)流量為10L/min，所述第一預(yù)設(shè)時間為30min。

具體的，所述混合氣體為氮?dú)夂蜌錃猓龌旌蠚怏w中氫氣的比例為4％。

具體的，所述第一預(yù)設(shè)溫度為425℃。

具體的，所述第一預(yù)設(shè)值為8L/min，所述第二預(yù)設(shè)值為10L/min，所述第二預(yù)設(shè)時間為5min。

具體的，所述第三預(yù)設(shè)值為10L/min，所述第三預(yù)設(shè)時間為5min，所述第四預(yù)設(shè)值為8L/min，所述第四預(yù)設(shè)時間為40min。

綜上所述，該合金工藝的具體過程如下：

首先，將布線后的晶圓放在純氮?dú)鈿夥?氣體流量為8L)中升溫至425℃，并在氣體流量為10L的純氮?dú)庵斜３?min；隨后通入氫氣含量為4％的氫氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w(氣體流量為6L)并保持30min，再通入純氮?dú)?氣體流量為10L)并保持5min，然后在純氮?dú)鈿夥?氣體流量為8L)中冷卻40min，該合金工藝完成。

合金菜單優(yōu)化后，即將合金時通4％氫氣(H₂)氣體流量加大(從6L加大至10L)，從而能夠?qū)叛鮃OX的質(zhì)量進(jìn)行修復(fù)，從而使電容C更加穩(wěn)定。

其工作原理如下：在半導(dǎo)體制造CMOS工藝技術(shù)中，柵氧(GOX)的表面存在大量的Si的懸掛鍵，這是界面態(tài)的主要來源。在合金(Alloy)工序過程中，氫氣與懸掛鍵結(jié)合形成Si-H共價鍵，能夠去除界面的懸掛鍵，在該工序過程中提高氣體流量時，氫氣的平均動能增大，H原子的穿透能力有所提高，導(dǎo)致H原子在界面處的覆蓋率有所增大，鈍化界面附近Si懸掛鍵的能力增強(qiáng)。該合金(Alloy)工序過程中將4％氫氣氣體流量加大，在不損傷GOX的晶格結(jié)構(gòu)的情況下，能夠更加有效地鈍化界面附近Si懸掛鍵，大大降低界面態(tài)密度，修復(fù)GOX的質(zhì)量。另外，在半導(dǎo)體制造CMOS過程中，晶圓與外部環(huán)境的接觸是不可避免的，這會導(dǎo)致晶圓表面會吸附一些雜質(zhì)(如O₂等)和局部氧化，在合金(Alloy)工序過程中將4％氫氣氣體流量加大，H原子的覆蓋率增大，能夠更好地消除吸附的雜質(zhì)，同時更好地還原導(dǎo)線在布線后形成的氧化層，降低導(dǎo)線的電阻。

在合金(Alloy)工序過程中將4％氫氣氣體流量加大(例如從原有的6L加大至10L)，能夠更好地去除界面懸掛鍵，降低界面態(tài)密度，使GOX的質(zhì)量得到修復(fù)，導(dǎo)致GOX的介電常數(shù)ε提高，電容增大，同時導(dǎo)線的電阻降低，這兩方面的協(xié)同作用導(dǎo)致CMOS的振蕩頻率f降低，使產(chǎn)品的頻率特性得到改善。

如圖3所示，現(xiàn)有技術(shù)中NMOS電容1和利用本發(fā)明實(shí)施例提供的方法優(yōu)化后的NMOS電容2的對比；如圖4所示為現(xiàn)有技術(shù)中振蕩頻率3和利用本發(fā) 明實(shí)施例提供的方法優(yōu)化后的振蕩頻率4的對比，由圖4可知，現(xiàn)有技術(shù)中振蕩頻率3容易失效(即不在頻率上限和頻率下限圈定的范圍內(nèi))；如圖5所示為現(xiàn)有技術(shù)中產(chǎn)品良率5和利用本發(fā)明實(shí)施例提供的方法優(yōu)化后的產(chǎn)品良率6的對比，由圖5可以看出本發(fā)明實(shí)施例提供的合金化處理方法處理過的晶圓的良率明顯增大。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。