超浅结退火方法
【专利摘要】本发明提供一种超浅结退火方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底的正面具有多个器件结构，使得所述半导体衬底的正面凹凸不平；在所述半导体衬底的正面形成一非晶碳层和一覆盖层，所述非晶碳层完全覆盖所述多个器件结构，所述覆盖层覆盖所述非晶碳层；对所述半导体衬底进行正面快速热退火或背面快速热退火。本发明中，由于非晶碳层较高的热吸收系数，并同时作为半导体衬底的散热体，从而把热源的热能更加均匀的分散在半导体衬底上。使得半导体衬底中的器件结构受热更加均匀，退火温度更加均匀，从而提高半导体衬底上器件结构的性能。此外，在非晶碳层上形成的覆盖层可以防止非晶碳材料污染腔体以及腔体中的其他的半导体衬底。
【专利说明】
超浅结退火方法
技术领域
[0001]本发明涉及半导体集成电路制造技术领域，特别涉及一种超浅结退火方法。【背景技术】
[0002] 随着半导体制造技术的不断发展，快速热退火(Rapid Thermal Annealing，RTA) 工艺逐渐代替了传统的高温炉退火工艺。RTA是一种短时高温的热处理工艺。通常把晶片放在工艺腔内的石英架上，并用高强度的光源辐射加热晶片。由于其具有快速升温和短暂的持续时间的特点，因此能够在晶格缺陷的修复、激活离子和最小化离子扩散三者之间取得优化，这也使得其应用越来越普遍。与此同时，在RTA工艺中对退火温度均匀性的控制也提出了越来越高的要求。
[0003]集成电路制造技术都是在一个晶片中同时完成重复排列的多个芯片的制作。对于多芯片的产品，由于不同芯片基于各自的应用背景，具有不同的半导体结构，芯片的热预算就各有差异。例如，射频电路芯片中有源区和栅极的分布密度都很小，而SRAM电路芯片中有源区或栅极具有较大的分布密度，另一方面，即使同一芯片中也会存在具有不同有源区或栅极分布密度的区域。有源区或栅极等半导体结构的分布密度的这种差异，在对晶片进行快速热退火工艺时，会导致晶片局部温度的差别，从而影响工艺均匀性。RTA工艺的温度不均匀现象会直接影响集成电路中半导体器件的电学性能，导致局部区域内器件的阈值电压、饱和电流等参数不能达到目标值。因此，改善RTA工艺的均匀性一直以来都是业内研究的技术热点。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于，提供一种超浅结退火方法，解决现有技术中快速热退火工艺退火温度不均匀的问题。。
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供一种超浅结退火方法，包括:
[0006]提供半导体衬底，所述半导体衬底的正面具有多个器件结构，使得所述半导体衬底的正面凹凸不平；
[0007]在所述半导体衬底的正面形成一非晶碳层和一覆盖层，所述非晶碳层完全覆盖所述多个器件结构，所述覆盖层覆盖所述非晶碳层；
[0008]对所述半导体衬底进行正面快速热退火或背面快速热退火。
[0009]可选的，所述器件结构为M0S晶体管、电阻或电容，且所述器件结构在所述半导体衬底的正面分布不均匀。
[0010]可选的，采用化学气相沉积工艺形成所述非晶碳层，采用乙烷形成所述非晶碳层， 且进行化学气相沉积工艺的温度为200°C?400°C。[0〇11] 可选的，所述非晶碳层的厚度为300nm?600nm〇 [〇〇12]可选的，所述覆盖层为氧化硅层或多晶硅层。[〇〇13] 可选的，所述覆盖层的厚度为50nm?100nm。
[0014]可选的，还包括:去除所述非晶碳层和所述覆盖层。
[0015]可选的，采用等离子体工艺去除所述所述非晶碳层。
[0016]可选的，采用氧气和四氟化碳等离子体工艺去除所述非晶碳层。
[0017]可选的，采用硫酸和过氧化氢的混合溶液清洗所述半导体衬底。
[0018]可选的，进行正面快速热退火或负面快速热退火工艺所采用的温度为300°C?500r。[〇〇19]本发明的超浅结退火工艺中，在半导体衬底的正面形成一非晶碳层和一覆盖层， 之后，对半导体衬底进行正面快速热退火或背面快速热退火。本发明中，由于非晶碳层较高的热吸收系数，并同时作为半导体衬底的散热体，从而把热源的热能更加均匀的分散在半导体衬底上。使得半导体衬底中的器件结构受热更加均匀，退火温度更加均匀，从而提高半导体衬底上器件结构的性能。此外，在非晶碳层上形成的覆盖层可以防止非晶碳材料污染腔体以及腔体中的其他的半导体衬底。【附图说明】
[0020]图1为本发明一实施例中的超浅结退火的方法流程图；[0021 ]图2为本发明一实施例中形成非晶碳层的结构示意图；
[0022]图3为本发明一实施例中形成覆盖层的结构示意图；[〇〇23]图4为本发明一实施例中正面热退火工艺的示意图；
[0024]图5为本发明一实施例中背面热退火工艺的示意图。【具体实施方式】
[0025]下面将结合示意图对本发明的超浅结退火方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
[0026]为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
[0027]在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0028]如【背景技术】中所述，发明人经过研究发现由于半导体衬底的表面上形成不同的多个器件结构，并且器件结构的分布不均匀，不同器件结构的材料也不相同，从而使得半导体衬底的不同区域的热吸收率不同，导致快速热退火工艺中的温度不均匀，使得半导体衬底的不同区域无法均匀受热，进而影响退火后的器件的性能。为了解决上述问题，发明人经过研究，提出了本发明的超浅结退火方法，依次在半导体衬底的正面形成一非晶碳层和一覆盖层，由于非晶碳层较高的热吸收系数，并同时作为半导体衬底的散热体，可以把热源的热能更加均匀的分散在半导体衬底上。使得半导体衬底中的器件结构受热更加均匀，使得退火工艺中温度均匀，从而提高半导体衬底上器件结构的性能。
[0029]以下结合图1?图5对本发明的超浅结退火方法进行详细说明。图1为本发明中超浅结退火的方法流程图，其具体包括如下步骤:
[0030]首先，执行步骤S1，参考图2所示，提供半导体衬底10,所述半导体衬底10的正面具有多个器件结构11，使得所述半导体衬底10的正面凹凸不平。在本实施例中，所述器件结构 11为M0S晶体管、电阻或电容，当然本领域技术人员可以理解的是，本发明中的器件结构并不限于为M0S晶体管、电阻或电容等结构，例如还可以为放大器、数/模转换器、模拟处理电路和/或数字处理电路、接口电路等，形成这些器件结构的方法可以采用传统的CMOS工艺。 并且，根据集成电路的设计要求，所述器件结构11在所述半导体衬底10的正面的分布不均匀。需要说明的是，由于半导体衬底10上的不同区域的器件结构11的稀疏密度的差异，造成半导体衬底10不同区域对热能的反射率不一样，造成不同区域间的吸收热量的差异，最终使得半导体衬底10受热不均，影响器件特性。
[0031]其次，执行步骤S2,继续参考图2所示，在所述半导体衬底10的正面形成一非晶碳层20。在本实施例中，采用化学气相沉积工艺形成所述非晶碳层20,采用乙烷(C2H2)形成所述非晶碳层20,且进行化学气相沉积工艺的温度为200°C?400°C，例如，250°C、300°C、350 °C。本实施例中，所述非晶碳层20的厚度为300nm?600nm，例如，400nm、500nm、500nm，非晶碳层20的厚度为根据半导体衬底表面的凹凸不平的情况进行选择，从而所述非晶碳层20完全覆盖所述器件结构11，并使得所述半导体衬底10的正面由凹凸不平形成平坦的结构，从而在快速热退火工艺中，半导体衬底10的正面为平坦的结构，且均为相同的非晶碳材料，使得半导体衬底的正面的各处的热吸收率均相同。[〇〇32]接着，参考图3所示，在所述非晶碳层20表面形成一覆盖层30，覆盖层30覆盖所述非晶碳层，本实施例中，所述覆盖层30为氧化硅层，可以采用化学气相沉积工艺形成氧化硅层，并且，氧化硅层并不会对非晶碳层20以及后续退火工艺的腔体产生污染。当然，本发明中，所述覆盖层30并不限于为氧化硅层，例如，还可以为多晶硅层等。所述覆盖层30的厚度为50nm?100nm，例如，可以为60nm、80nm。可以理解的是，覆盖层30用于覆盖层30用于非晶碳层20中非晶碳材料污染退火的腔体以及腔体中的其他半导体衬底。[〇〇33]再次，参考图4所示，执行步骤S3,对所述半导体衬底10进行正面快速热退火工艺 40。在本发明中，进行正面快速热退火工艺40所采用的温度为300°C?500°C，例如，350°C、 400°C、450°C。可以理解的是，非晶碳层20作为热量的吸收层，吸收腔体中灯管辐射的热量， 同时作为热量的传导层，将吸收的热量传导到半导体衬底10的器件结构11中，由于非晶碳层20可以降低半导体衬底10不同区域的反射率的差异，非晶碳层20能降低由器件结构11的表面形貌及反射率的差异造成的温度差异。一方面半导体衬底各区域吸收的热量均匀，另一方面非晶碳层热量能够均匀分散，保证器件结构11受热均匀。
[0034]参考图5所示，本发明中的另一实施例中还可以对所述半导体衬底10进行背面快速热退火工艺50。在背面快速热退火处理过程中，所采用的温度为300°C?500°C，例如，350 °(:、400°(:、450°(:。在进行背面热退火工艺中，半导体衬底作为热量的吸收层，由于半导体衬底10的背面由于不具备器件结构11，背面的表面平整，半导体衬底10背面各部分吸收的热量均匀，并将吸收的热量均匀传导到器件结构11中，由于非晶碳层20的存在，非晶碳层20能够使得热量均匀的分散，从而使得器件结构11吸收的热量均匀，保证热退火工艺的均匀性。
[0035]此外，本发明的超浅结退火方法还包括:去除所述非晶碳层20和所述覆盖层30。本实施例中，可以采用湿法腐蚀工艺去除所述覆盖层，例如，当覆盖层30为氧化硅时，采用氢氟酸溶液刻蚀氧化硅从而将覆盖层去除。接着，采用灰化工艺去除所述非晶碳层20,具体的，采用等离子体工艺去除所述所述非晶碳层20。采用氧气(02)和四氟化碳(CF4)等离子体工艺去除所述非晶碳层21。并同时采用硫酸和过氧化氢的混合溶液清洗所述半导体衬底 10，从而保证非晶碳层20完全去除。
[0036]综上所述，本发明的超浅结退火方法，在半导体衬底的正面形成一非晶碳层和一覆盖层，之后，对半导体衬底进行正面快速热退火或背面快速热退火。本发明中，由于非晶碳层较高的热吸收系数，并同时作为半导体衬底的散热体，从而把热源的热能更加均匀的分散在半导体衬底上。使得半导体衬底中的器件结构受热更加均匀，退火温度更加均匀，从而提高半导体衬底上器件结构的性能。
[0037]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1.一种超浅结退火方法，其特征在于，包括:提供半导体衬底，所述半导体衬底的正面具有多个器件结构，使得所述半导体衬底的 正面凹凸不平；在所述半导体衬底的正面形成一非晶碳层和一覆盖层，所述非晶碳层完全覆盖所述多 个器件结构，所述覆盖层覆盖所述非晶碳层；对所述半导体衬底进行正面快速热退火或背面快速热退火。2.如权利要求1所述的超浅结退火方法，其特征在于，所述器件结构为MOS晶体管、电阻 或电容，且所述器件结构在所述半导体衬底的正面分布不均匀。3.如权利要求1所述的超浅结退火方法，其特征在于，采用化学气相沉积工艺形成所述 非晶碳层，采用乙烷形成所述非晶碳层，且进行化学气相沉积工艺的温度为200°C?400°C。4.如权利要求3所述的超浅结退火方法，其特征在于，所述非晶碳层的厚度为300nm? 600nm〇5.如权利要求1所述的超浅结退火方法，其特征在于，所述覆盖层为氧化硅层或多晶硅层。6.如权利要求5所述的超浅结退火方法，其特征在于，所述覆盖层的厚度为50nm? 100nm〇7.如权利要求1所述的超浅结退火方法，其特征在于，还包括:去除所述非晶碳层和所述覆盖层。8.如权利要求7所述的超浅结退火方法，其特征在于，采用等离子体工艺去除所述所述非晶碳层。9.如权利要求8所述的超浅结退火方法，其特征在于，采用氧气和四氟化碳等离子体工 艺去除所述非晶碳层。10.如权利要求9所述的超浅结退火方法，其特征在于，采用硫酸和过氧化氢的混合溶 液清洗所述半导体衬底。11.如权利要求1所述的超浅结退火方法，其特征在于，进行正面快速热退火或负面快 速热退火工艺所采用的温度为300 °C?500 °C。
【文档编号】H01L21/324GK105977153SQ201610327931
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月17日
【发明人】雷海波
【申请人】上海华力微电子有限公司