專利名稱：使用快速熱處理的預(yù)退火/氧化聯(lián)合步驟的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是在使硅片預(yù)退火的DRAM工藝中運用快速熱處理(RTP)來實現(xiàn)預(yù)退火/氧化聯(lián)合步驟。特別是，本發(fā)明的方法在使硅片預(yù)退火的改進(jìn)處理過程中，能借助于一次RTP過程同時形成溶蝕區(qū)(DZ)和指定厚度的襯墊氧化物(pad oxide)。
在制備硅片的過程中，在經(jīng)卓氏生長(Czochralski growth)后的Si棒中是存在著氧的。氧的來源是盛著生長中的熔融硅的石英坩堝，部分的氧溶解在熔融硅中。
當(dāng)從硅棒切成硅片后，氧仍存在于硅片中，多數(shù)是以填隙的方式存在。因此，DRAM工藝的第一個步驟就是在繁復(fù)的高溫過程中使硅片退火。在該繁復(fù)的高溫過程中，其目的或目標(biāo)是要使氧從硅片表面的10～20μm厚的表層中擴(kuò)散出來，同時在硅片體內(nèi)形成SiO2沉淀物。該預(yù)退火步驟可造就“溶蝕區(qū)”(DZ)亦即靠近硅片需加處理的表層沒有與氧有關(guān)的缺陷的區(qū)域，該過程還能提供出具有很高內(nèi)在吸氣能力的硅片。在預(yù)退火中，通常能生長出一薄層氧化物，但是，該層氧化物的缺點是厚度不能控制，因此在形成襯墊氧化物以前必須把它剝離。
在一種制備硅片的方法中，有一種內(nèi)在吸氣的方法，公開在美國專利5,674,756中。該方法包括將含有氧沉淀核的硅片以至少10℃/分鐘的速率從室溫加熱到約800℃～1000℃，并在此溫度下保持0.5至20分鐘，這樣就可得到具有有效內(nèi)在吸氣能力的硅片。該方法指出，若保持時間超過20分鐘，就會得到過厚的DZ層，而氧沉淀核在此保持時間內(nèi)也會生長成穩(wěn)定的大小。
美國專利4,597,804公開了一種借助于內(nèi)在吸氣來制造溶蝕硅片的方法，該方法包括在退火溫度為500℃至1300℃的范圍內(nèi)，用加熱硅片的方法使硅片退火，具體做法是先用500℃至900℃的第一退火溫度，再將溫度升高至950℃至1300℃的第二退火溫度，從第一退火溫度到第二退火溫度的升溫速度不超過14℃/分鐘。
美國專利5,534,294公開了一種制造半導(dǎo)體硅片的方法，它包括在硅片的一面上形成一層厚1nm至3nm的氧化物膜；在形成的氧化物膜上加涂一層多晶硅；并將該硅片在惰性氣體或還原氣體或其混合氣中進(jìn)行熱處理，處理時以硅片的另一面向氣體暴露，以使該另一面的氧被排出，從而在該另一面形成溶蝕區(qū)。該方法指出，用該法所制出的硅片具有做在頂面的表面溶蝕區(qū)。
美國專利5,401,669公開了一種制備硅片的方法，這種硅片具有可控制的氧沉淀核中心的密度分布。其法是把硅片的一個未加防護(hù)的面，在快速熱處理中暴露于溫度至少為1175℃的含有氮氣或氮化物氣體的大氣中，而與此同時在快速熱處理中把硅片的另一面防護(hù)起來，不暴露于大氣，以在后續(xù)的熱處理中產(chǎn)生出供生長氧沉淀物場地用的成核中心，該成核中心的峰值密度近似于硅片來加防護(hù)的面。
在制造硅片的技術(shù)領(lǐng)域需要一種方法，它能同時既形成給定目標(biāo)厚度的氧化物，又形成溶蝕區(qū)。
在制造硅片的技術(shù)領(lǐng)域還需要一種方法，它能消除在形成襯墊氧化物前，必須剝離掉在預(yù)退火中形成的厚度不能控制的氧化物這一缺點。
本發(fā)明的一個目的是提供出一種制造硅片的方法，它能形成給定目標(biāo)厚度的氧化物，同時形成溶蝕區(qū)。
本發(fā)明的另一個目的是提供出一種制造硅片的方法，它能借助于預(yù)退火提供出一層可控制厚度的氧化物，該氧化物不需在形成襯墊氧化物以前剝離。
本發(fā)明再一個目的是提供出一種制備硅片的方法，它能借助于高溫氧化法造成溶蝕區(qū)；能把沉淀物密度調(diào)節(jié)到給定目標(biāo)值；并能提供出很薄的襯墊氧化物層以備進(jìn)一步處理。
總之，本發(fā)明的制造硅片的方法是，借助于在100％O2和接近于大氣壓力的高壓下，控制溫度和退火時間，把氧化物厚度和DZ深度調(diào)節(jié)到要求的目標(biāo)值的辦法來實現(xiàn)。


圖1示出本發(fā)明第一實施方案的RTA溫度變化曲線圖。
圖2為在稀釋氧中的RTA曲線圖，圖中示出在1200℃和740托下，在100％氧以及在含有5％氧的氬中進(jìn)行快速熱處理時，DZ深度與時間的關(guān)系曲線。
圖3為說明在1150℃、60秒、740托的快速熱處理中溶蝕區(qū)與環(huán)境氣體中氧含量關(guān)系的曲線圖。
圖4示出在1150℃下短時10秒快速熱處理中溶蝕區(qū)與環(huán)境氣體中氧含量關(guān)系的曲線。
圖5為在純氧中，在三種不同的快速熱處理條件下，氧化物厚度與時間的關(guān)系曲線圖，該時間為RTP/氧化時間的函數(shù)。
圖6為氧化物厚度與小室壓力的關(guān)系曲線圖，并對兩種RTO時間10秒和60秒示出氧化物厚度與小室壓力的函數(shù)關(guān)系。
圖7為整體微缺陷密度(Bulk Micro Defect density)(BMD)與RTO時間的函數(shù)關(guān)系曲線圖。
圖8為BMD密度與RTO時間的函數(shù)關(guān)系曲線圖。
圖9為10秒、25秒、和60秒RTO處理中，BMD密度與壓力的函數(shù)關(guān)系曲線圖。
圖10為在1200℃下在純氧中分別在10托和740托壓力下進(jìn)行RTO處理時溶蝕區(qū)深度與壓力的關(guān)系曲線圖。
發(fā)明詳述按照本發(fā)明，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種快速熱處理(RTP)的技術(shù)，它在制作硅片時，能形成熱氧化物，并同時能調(diào)節(jié)熔蝕區(qū)深度和整體微缺陷密度(BMD)。
實施例1(大氣壓法)現(xiàn)參看圖1，可看到單晶硅片被從環(huán)境度升溫到1200℃，保持約10秒鐘，然后又回降至環(huán)境溫度，提供本發(fā)明第一實施方案的快速溫度退火(RTA)的溫度變化曲線。在該實施方案中，借助于在100％的氧和接近于大氣壓約740托的高壓中控制溫度和退火時間，把氧化物厚度和DZ深度調(diào)節(jié)到要求的目標(biāo)值。
在該處理過程中，溶蝕區(qū)深度約為35μm，這從圖2在1200℃、740托下，在100％氧中以及在含有5％氧的氬中，進(jìn)行快速熱處理的DZ深度與時間的關(guān)系曲線中可以看出。該值大于要求的最小值10μm。
在快速熱處理步驟的環(huán)境條件為1150℃、60秒、740托時，DZ深度對氧含量的依賴關(guān)系表明，當(dāng)周圍氣體中氧含量為20％時出現(xiàn)一個峰值。
現(xiàn)參看圖4，該圖示出在1150℃下10秒快速RT步驟中，溶蝕區(qū)深度與氧含量的依賴關(guān)系曲線。
從示出氧化物厚度與時間的關(guān)系曲線的圖5中可以看出，在100％氧中以1200℃/10秒的RTO處理，可得到約8nm的目標(biāo)厚度。事實上，我們回頭再看圖2，可看到溶蝕區(qū)深度系大于目標(biāo)值10μm(實際值為35μm)。
圖6中的曲線示出，在100％O2中，在10秒、25秒和60秒三種RTO時間下，氧化物厚度與小室壓力的關(guān)系。
圖7為整體微缺陷密度(BMD)的曲線，并說明整體微缺陷密度與RTO時間之間的函數(shù)關(guān)系。
如圖8所示，BMD密度是總壓力和RTO時間的函數(shù)，其中在DRAM裝置生產(chǎn)周期期間可得到的足夠大的沉淀物密度約為3e8cm-3。
如果要求得到4nm的氧化物目標(biāo)厚度，可在100％O2中在740托壓力下，使用1200℃、2秒鐘的RTO。根據(jù)圖2，這個條件會得到約20μm的溶蝕區(qū)深度，這一數(shù)值也可充分滿足10μm的目標(biāo)值。同樣，該過程的BMD密度約為3e8cm-3(見圖8)。
參看圖9可以看出，BMD密度與壓力的函數(shù)關(guān)系是在100％的O2中得出的。該BMD密度對總壓力的函數(shù)關(guān)系是對于10秒、25秒和60秒的RTO處理過程示出的。
實施例2(減壓法)現(xiàn)參看圖10，該圖為在100％O2中在1200℃下，溶蝕區(qū)深度與壓力的關(guān)系曲線圖。從圖10可以看出，在100％O2環(huán)境下溶蝕區(qū)的深度對總壓力只有微弱的依賴關(guān)系。在該實施例中，氧化物的目標(biāo)厚度為80A，而DZ深度為20μm。圖10還示出，20μm的DZ相當(dāng)于約25秒的RTO時間。氧化物的目標(biāo)厚度是借助于選擇總壓力來設(shè)定的。正如從圖6可以看出的，要求的壓力為200托。
圖11為在100％O2中在1200℃下，作25秒的RTO處理時，氧化物厚度與壓力的函數(shù)關(guān)系曲線圖。從圖9中可以看出，在此情況下BMD密度約為2.5e9cm-3。
通觀本發(fā)明，處理過程是可以操作來調(diào)節(jié)氧化物的厚度的，它靠的是在大氣壓力下稀釋氧、氬或氮；但是，優(yōu)選的實施方案是使用100％的O2或其它種類的氧化劑為N2O或NO，以避免硅的表面起凹坑。
應(yīng)當(dāng)理解，在不違反本發(fā)明范圍的情況下可對本發(fā)明的處理過程作出種種變更，同時也應(yīng)理解，所給出的實施例只是為了說明，而不是為了限制。
權(quán)利要求
1.一種使用快速熱處理(RTP)硅片的預(yù)退火/氧化聯(lián)合步驟，用于使之形成給定厚度的熱氧化物，同時它還能調(diào)節(jié)溶蝕區(qū)深度和整體微缺陷密度(BMD)，該步驟包括在氧化環(huán)境中、在環(huán)境壓力下，將硅片暴露于受控的溫度下經(jīng)過受控的退火時間，以獲得預(yù)先選定的熱氧化物目標(biāo)厚度，以滿足預(yù)先選定的溶蝕區(qū)深度。
2.權(quán)利要求1的方法，其中氧化環(huán)境系選自100％氧、含有約5％氧的氬、NO和N2O。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所說的熱氧化物的厚度是借助于改變該環(huán)境壓力來調(diào)節(jié)的。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所說的溶蝕區(qū)深度和BMD密度，是借助于RTP的溫度和時間參數(shù)來調(diào)節(jié)的。
5.權(quán)利要求2的方法，其中所說的氧化環(huán)境為100％的氧，所說的環(huán)境壓力為約740托。
6.權(quán)利要求5的方法，其中所說的受控溫度是在快速溫度氧化(RTO)時間為約10秒內(nèi)保持在約1200℃，以獲得目標(biāo)厚度約4nm的熱氧化物。
7.權(quán)利要求5的方法，其中所說的受控溫度是在快速溫度氧化時間為約25秒內(nèi)保持在約1200℃，以獲得目標(biāo)厚度約8nm、BMD密度約3e8cm-3的熱氧化物。
8.權(quán)利要求5的方法，其在在約25秒的RTO時間內(nèi)，獲得約20μm的溶蝕區(qū)深度。
9.權(quán)利要求5的方法，其中在總壓力為約200托下獲得約2.5e9cm-3的BMD密度。
10.權(quán)利要求2的方法，其中所說的氧化環(huán)境為含有5％氧的氬，所說的環(huán)境壓力為約740托。
全文摘要
一種使用快速熱處理(RTP)的預(yù)退火/氧化聯(lián)合步驟處理硅片,使之形成給定厚度的熱氧化物,同時調(diào)節(jié)溶蝕區(qū)深度和整體微缺陷密度(BMD),該步驟包括:在氧化環(huán)境中、在環(huán)境壓力下,將硅片暴露于受控溫度下經(jīng)過受控退火時間,以獲得預(yù)選的熱氧化物目標(biāo)厚度,以適應(yīng)預(yù)選的溶蝕區(qū)深度。
文檔編號H01L21/26GK1257306SQ9911849
公開日2000年6月21日 申請日期1999年9月3日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月3日
發(fā)明者H·H·圖斯, M·施雷姆斯, T·格爾特納 申請人:西門子公司