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CN103887223A - 降低炉管工艺金属污染的方法 - Google Patents

降低炉管工艺金属污染的方法 Download PDF

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CN103887223A
CN103887223A CN201410090750.2A CN201410090750A CN103887223A CN 103887223 A CN103887223 A CN 103887223A CN 201410090750 A CN201410090750 A CN 201410090750A CN 103887223 A CN103887223 A CN 103887223A
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CN
China
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boiler tube
pollutes
depletion layer
tube process
layer
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CN201410090750.2A
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English (en)
Inventor
江润峰
戴树刚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Huali Microelectronics Corp
Original Assignee
Shanghai Huali Microelectronics Corp
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    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76—Making of isolation regions between components
    • H01L21/762—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
    • H01L21/76202—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using a local oxidation of silicon, e.g. LOCOS, SWAMI, SILO
    • H01L21/76213—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using a local oxidation of silicon, e.g. LOCOS, SWAMI, SILO introducing electrical inactive or active impurities in the local oxidation region, e.g. to alter LOCOS oxide growth characteristics or for additional isolation purpose
    • H01L21/76216—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using a local oxidation of silicon, e.g. LOCOS, SWAMI, SILO introducing electrical inactive or active impurities in the local oxidation region, e.g. to alter LOCOS oxide growth characteristics or for additional isolation purpose introducing electrical active impurities in the local oxidation region for the sole purpose of creating channel stoppers

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Abstract

本发明公开了一种降低炉管工艺金属污染的方法，提供一具有浅槽隔离结构的硅片；于所述硅片暴露的表面制备一氧化层后，继续制备一覆盖在所述氧化层表面的过渡阻挡层；继续进行热处理工艺后，去除所述过渡阻挡层，采用H3PO4去除过渡阻挡层。本发明所述的方法通过在浅槽隔离结构内形成侧墙氧化层后，并进行高温退火工艺之前，加入形成过渡阻挡层，由于过渡阻挡层的致密性高，因此在进行热处理工艺中过渡阻挡层能够防止金属杂质扩散至所述硅片中，从而有效减少硅片产品的金属污染，提高产品良率。

Description

降低炉管工艺金属污染的方法
技术领域
本发明涉及一种半导体工艺，尤其涉及一种降低高温长时间炉管工艺金属污染的方法。
背景技术
在现有的芯片生产过程中常常会有金属杂质的引入，从而引起芯片良率的降低。比如在CMOS Image Sensors（CIS）中，由于金属杂质的引入引起了DarkCurrent，导致图像中形成白点，具体如附图1中所示，其中，10为硅片，12为分布在硅片上的金属杂质。高温和长时间作业都会使金属污染显著升高，如何预防高温和长时间作业造成的金属污染是降低炉管工艺金属污染的最重要一环。
图2为现有的炉管工艺技术中硅片的表面和浅层的金属污染示意图。具体地，现有的工艺方法是在高温长时间炉管退火的过程中引入了大量的金属杂质（约1E10atoms/cm2)。由于金属杂质在二氧化硅和硅中具有高的扩散系数，经过长时间高温热处理过程后，机台本身的和硅片表面的金属杂质会穿透二氧化硅进入到硅衬底的深处，变成为永久性杂质，引起芯片性能和良率的降低。如图5所示。在制造工艺中所制得的硅片的表面和浅层的金属污染经过后继的热处理后会迅速扩散到硅片的深处，在硅片的表面、浅层和深处均形成金属污染的缺陷。扩散到硅片深处的金属污染很难再被去除，随着工艺的进行亦会形成金属杂质的累积。金属杂质污染的存在会影响到芯片的性能，造成产品良率的降低。因此，降低芯片生产过程中工艺本身造成的金属杂质污染，对提高芯片的良率具有重大的意义。
高温热退火步骤是引进金属污染的最严重的步骤，减小本步骤的金属杂质扩散是最主要的降低金属污染的方法。
发明内容
本发明公开了一种降低炉管工艺金属污染的方法，用以减少在高温退火步骤中金属杂质的扩散，从而降低金属污染，降低影响产品良率的问题。
本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：
提供一具有浅槽隔离结构的硅片；
于所述硅片暴露的表面制备一氧化层后，继续制备一覆盖所述氧化层表面的过渡阻挡层；
继续热处理工艺后，去除所述过渡阻挡层；
其中，所述过渡阻挡层在进行所述热处理工艺中能够防止金属杂质扩散至所述硅片中。
进一步的，上述的技术方案中还包括以下的步骤：
采用HDP（High Density Plasma，高密度等离子体）填充浅槽隔离结构。
如上所述的降低炉管工艺金属污染的方法，其中，通过ISSG氧化工艺形成氧化层。所述的氧化层为氧化硅层。
如上所述的降低炉管工艺金属污染的方法，其中，上述的侧墙氧化层可用于修复刻蚀过程中浅槽隔离结构的硅损伤。
如上所述的降低炉管工艺金属污染的方法，其中，所述制备一覆盖所述氧化层表面的过渡阻挡层采用炉管低压化学气相沉积法，形成过渡阻挡层；所述的过渡阻挡层优选为氮化硅层、二氧化硅层中的一种，最优选为氮化硅层；
其中，氮化硅是一种致密的薄膜，由于氮化硅薄膜的致密性更有效的防止金属杂质的扩散，因此，金属杂质在氮化硅中扩散很难，作为过渡阻挡层，可以有效的防止金属杂质的扩散。
如上所述的降低炉管工艺金属污染的方法，其中，采用低压化学气相沉积（Low-pressure Chemical Vapor Deposition，LPCVD）的方法以制备氮化硅薄膜，其反应式如下：
SiH2Cl2+NH3→Si3N4+NH4Cl+H2
如上所述的降低炉管工艺金属污染的方法，其中，其低压化学气相沉积的工艺温度优选为600-800℃，更优选为650-800℃，更优选为650-770℃；其工艺压力则优选为0.2-0.4torr，更优选为0.25-0.35torr。
如上所述的降低炉管工艺金属污染的方法，其中，步骤4中所述的退火处理的温度优选为1000-1500℃，更优选为1000-1100℃，退火处理的时间优选为1-3h，更优选为1.5-2.5h，最优选为2h。
上述的退火处理可用于减小硅氧界面和硅体内的缺陷，从而提高产品良率。
如上所述的降低炉管工艺金属污染的方法，其中，上述的步骤5中，具体可采用标准H3PO4去除所述的过渡阻挡层。
综上所述，本发明降低炉管工艺金属污染的方法通过在浅槽隔离结构结构内形成侧墙氧化层后，并进行高温退火工艺之前，加入形成过渡阻挡层，以对减少金属杂质在硅片表面以及深处的扩散，从而有效减少硅片产品的金属污染，提高产品良率。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更明显。
图1是在工艺流程中由于金属杂质的引入引起的Dark Current的示意图；
图2是现有的炉管工艺技术中硅片的表面和浅层的金属污染示意图；
图3是本发明降低炉管工艺金属污染的方法的工艺流程图；
图4A-F是本发明降低炉管工艺金属污染的过程示意图；
图5A是本发明降低炉管工艺金属污染的方法所得未经高温退火处理的硅片的金属杂质分布示意图；
图5B是本发明降低炉管工艺金属污染的方法所得的经过高温退火处理的硅片的金属杂质分布示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：
图3是本发明降低炉管工艺金属污染的方法的工艺流程图，请参见图3，一种降低炉管工艺金属污染的方法，用以减少在高温退火步骤中金属杂质的扩散，从而降低金属污染，提高影响产品良率。
具体通过以下技术方案实现的：提供一具有浅槽隔离结构12的硅片10；于所述的浅槽隔离结构12内形成侧墙氧化层20；制备一覆盖于所述氧化层20表面的过渡阻挡层30；对炉管退火处理；采用H3PO4去除浅槽隔离侧墙过渡阻挡层30。
进一步的，采用HDP填充浅槽隔离结构12，得到所需的产品硅片。
图4A-F为本发明降低炉管工艺金属污染的方法示意图，结合图4A-F对本发明做进一步的说明，具体地：
图4A是本发明降低炉管工艺金属污染的方法中，采用干法刻蚀的方法于一硅片10上制备形成浅槽隔离结构12的示意图，请参见图4A，于硅片10上进行干法刻蚀，在硅片10的表层还有二氧化硅层101，以及氮硅层102。
图4B是本发明降低炉管工艺金属污染的方法中，于上述的基体硅片10的浅槽隔离结构12内形成侧墙氧化层20的示意图，请参见图4B，在本发明中，具体采用ISSG氧化工艺形成侧墙氧化层20，其中所形成侧墙氧化层20有效用于修复刻蚀过程中浅槽隔离结构12的硅损伤。
图4C是本发明降低炉管工艺金属污染的方法，于基体硅片10中形成浅槽隔离结构12的过渡阻挡层30的示意图，采用炉管低压气相沉积（LPCVD）的方法形成浅槽隔离侧墙氧化层20的过渡阻挡层30，所述的过渡阻挡层30覆盖在侧墙氧化层20上，过渡阻挡层30为氮化硅形成氮化硅过渡阻挡层30的反应式具体如下：
SiH2Cl2+NH3→Si3N4+NH4Cl+H2
所述的降低炉管工艺金属污染的方法其低压化学气相沉积的工艺温度可以为600-800℃，也可以为650-800℃，还可以为650-770℃，如650℃、700℃、680℃、720℃、740℃、750℃、770℃等等；其工艺压力可以为0.2-0.4torr，还可以为0.25-0.35torr，如0.25torr、0.28torr、0.30torr、0.31torr、0.33torr、0.35torr等等。
图4D是本发明降低炉管工艺金属污染的方法中，对基体硅片10进行热处理工艺，其中所述的热处理工艺即为退火处理的过程，其中所述的退火处理的温度可以为1000-1500℃，还可以为1000-1100℃，如1000℃、1020℃、1070℃、1030℃、1100℃等等，退火处理的时间可以为1-3h，还可以为1.5-2.5h，如1.5h、1.7h、2h、2.1h、2.3h、2.5h等等，最优为2h。所述的退火处理可用于减小硅氧界面和硅体内部的缺陷，从而提高产品良率。
图4E是本发明降低炉管工艺金属污染的方法中，基体硅片10去除浅槽隔离侧墙层20的过渡阻挡层30后的的示意图，具体可采用标准H3PO4去除所述的浅槽隔离侧墙层20的过渡阻挡层30。
本发明降低炉管工艺金属污染的方法中，还包括采用HDP介质40填充浅槽隔离结构12，请参见图4F。
本发明实施例中所述的降低炉管工艺金属污染的方法，经高温炉管处理前后的金属分布如图5A-B所示。
其中，图5A是本发明降低炉管工艺金属污染的方法所得未经高温退火处理的硅片的金属杂质分布示意图，由图5A中可知，金属杂质11均匀分布于过渡阻挡层30的表面。图5B是本发明降低炉管工艺金属污染的方法所得经过高温退火处理的硅片10的金属杂质11分布示意图，由图5B可知，经过高温退火处理后，金属杂质11进入过渡阻挡层30中，并被束缚在过渡阻挡层30氮化硅之中。
所述的过渡阻挡层30为氮化硅，由于氮化硅是一种致密的薄膜，由于氮化硅薄膜的致密性更有效的防止金属杂质的扩散，因此，金属杂质11在氮化硅中扩散很难，作为过渡阻挡层30，可以有效的防止金属杂质11的扩散。氮化硅过渡阻挡层30的存在，有效地将金属杂质11阻挡在硅片10的基体之外，并将金属杂质11束缚在过渡阻挡层氮化硅30之中，从而可以有效地阻止由于炉管高温长时间热处理造成与基体硅片10上金属杂质的扩散。高温退火处理后再经过湿法清洗（H3PO4溶液），去除掉氮化硅过渡阻挡层30和其中的金属杂质11。
综上所述，本发明采用上述技术方案，可以有效地减少了金属杂质11在硅片10表面以及深处的扩散，从而有效减少硅片产品的金属污染，提高产品良率。
优选的，本发明所述的降低炉管工艺金属污染的方法，可基于Logic、CIS、Flash或eFlash等技术平台，应用65/55nm、45/40nm、32/28nm或<=22nm等技术节点的半导体工艺中。
本领域技术人员应该理解，本领域技术人员结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不予赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种降低炉管工艺金属污染的方法，其特征在于，所述方法包括：
提供一具有浅槽隔离结构的硅片；
于所述硅片暴露的表面制备一氧化层后，继续制备一覆盖所述氧化层表面的过渡阻挡层；
继续热处理工艺后，去除所述过渡阻挡层；
其中，所述过渡阻挡层在进行所述热处理工艺中能够防止金属杂质扩散至所述硅片中。
2.根据权利要求1所述的降低炉管工艺金属污染的方法，其特征在于，还包括采用HDP填充于浅槽隔离结构中。
3.根据权利要求1所述的降低炉管工艺金属污染的方法，其特征在于，通过ISSG氧化工艺形成所述氧化层。
4.根据权利要求1所述的降低炉管工艺金属污染的方法，其特征在于，采用炉管低压化学气相沉积法形成所述过渡阻挡层。
5.根据权利要求4所述的降低炉管工艺金属污染的方法，其特征在于，所述的过渡阻挡层为氮化硅层。
6.根据权利要求5所述的降低炉管工艺金属污染的方法，其特征在于，所述的低压化学气相沉积的温度为600-800℃，压力为0.2-0.4torr。
7.根据权利要求1所述的降低炉管工艺金属污染的方法，其特征在于，所述的热处理工艺为退火处理工艺，其中所述的退火处理工艺的温度为1000-1500℃，时间为1-3h。
8.根据权利要求1～7任一所述的降低炉管工艺金属污染的方法，其特征在于，采用H3PO4去除所述的过渡阻挡层。
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