专利名称：使用快速热处理的预退火/氧化联合步骤的制作方法
技术领域：
本发明是在使硅片预退火的DRAM工艺中运用快速热处理(RTP)来实现预退火/氧化联合步骤。特别是，本发明的方法在使硅片预退火的改进处理过程中，能借助于一次RTP过程同时形成溶蚀区(DZ)和指定厚度的衬垫氧化物(pad oxide)。
在制备硅片的过程中，在经卓氏生长(Czochralski growth)后的Si棒中是存在着氧的。氧的来源是盛着生长中的熔融硅的石英坩埚，部分的氧溶解在熔融硅中。
当从硅棒切成硅片后，氧仍存在于硅片中，多数是以填隙的方式存在。因此，DRAM工艺的第一个步骤就是在繁复的高温过程中使硅片退火。在该繁复的高温过程中，其目的或目标是要使氧从硅片表面的10～20μm厚的表层中扩散出来，同时在硅片体内形成SiO2沉淀物。该预退火步骤可造就“溶蚀区”(DZ)亦即靠近硅片需加处理的表层没有与氧有关的缺陷的区域，该过程还能提供出具有很高内在吸气能力的硅片。在预退火中，通常能生长出一薄层氧化物，但是，该层氧化物的缺点是厚度不能控制，因此在形成衬垫氧化物以前必须把它剥离。
在一种制备硅片的方法中，有一种内在吸气的方法，公开在美国专利5,674,756中。该方法包括将含有氧沉淀核的硅片以至少10℃/分钟的速率从室温加热到约800℃～1000℃，并在此温度下保持0.5至20分钟，这样就可得到具有有效内在吸气能力的硅片。该方法指出，若保持时间超过20分钟，就会得到过厚的DZ层，而氧沉淀核在此保持时间内也会生长成稳定的大小。
美国专利4,597,804公开了一种借助于内在吸气来制造溶蚀硅片的方法，该方法包括在退火温度为500℃至1300℃的范围内，用加热硅片的方法使硅片退火，具体做法是先用500℃至900℃的第一退火温度，再将温度升高至950℃至1300℃的第二退火温度，从第一退火温度到第二退火温度的升温速度不超过14℃/分钟。
美国专利5,534,294公开了一种制造半导体硅片的方法，它包括在硅片的一面上形成一层厚1nm至3nm的氧化物膜；在形成的氧化物膜上加涂一层多晶硅；并将该硅片在惰性气体或还原气体或其混合气中进行热处理，处理时以硅片的另一面向气体暴露，以使该另一面的氧被排出，从而在该另一面形成溶蚀区。该方法指出，用该法所制出的硅片具有做在顶面的表面溶蚀区。
美国专利5,401,669公开了一种制备硅片的方法，这种硅片具有可控制的氧沉淀核中心的密度分布。其法是把硅片的一个未加防护的面，在快速热处理中暴露于温度至少为1175℃的含有氮气或氮化物气体的大气中，而与此同时在快速热处理中把硅片的另一面防护起来，不暴露于大气，以在后续的热处理中产生出供生长氧沉淀物场地用的成核中心，该成核中心的峰值密度近似于硅片来加防护的面。
在制造硅片的技术领域需要一种方法，它能同时既形成给定目标厚度的氧化物，又形成溶蚀区。
在制造硅片的技术领域还需要一种方法，它能消除在形成衬垫氧化物前，必须剥离掉在预退火中形成的厚度不能控制的氧化物这一缺点。
本发明的一个目的是提供出一种制造硅片的方法，它能形成给定目标厚度的氧化物，同时形成溶蚀区。
本发明的另一个目的是提供出一种制造硅片的方法，它能借助于预退火提供出一层可控制厚度的氧化物，该氧化物不需在形成衬垫氧化物以前剥离。
本发明再一个目的是提供出一种制备硅片的方法，它能借助于高温氧化法造成溶蚀区；能把沉淀物密度调节到给定目标值；并能提供出很薄的衬垫氧化物层以备进一步处理。
总之，本发明的制造硅片的方法是，借助于在100％O2和接近于大气压力的高压下，控制温度和退火时间，把氧化物厚度和DZ深度调节到要求的目标值的办法来实现。
图1示出本发明第一实施方案的RTA温度变化曲线图。
图2为在稀释氧中的RTA曲线图，图中示出在1200℃和740托下，在100％氧以及在含有5％氧的氩中进行快速热处理时，DZ深度与时间的关系曲线。
图3为说明在1150℃、60秒、740托的快速热处理中溶蚀区与环境气体中氧含量关系的曲线图。
图4示出在1150℃下短时10秒快速热处理中溶蚀区与环境气体中氧含量关系的曲线。
图5为在纯氧中，在三种不同的快速热处理条件下，氧化物厚度与时间的关系曲线图，该时间为RTP/氧化时间的函数。
图6为氧化物厚度与小室压力的关系曲线图，并对两种RTO时间10秒和60秒示出氧化物厚度与小室压力的函数关系。
图7为整体微缺陷密度(Bulk Micro Defect density)(BMD)与RTO时间的函数关系曲线图。
图8为BMD密度与RTO时间的函数关系曲线图。
图9为10秒、25秒、和60秒RTO处理中，BMD密度与压力的函数关系曲线图。
图10为在1200℃下在纯氧中分别在10托和740托压力下进行RTO处理时溶蚀区深度与压力的关系曲线图。
发明详述按照本发明，已经发现了一种快速热处理(RTP)的技术，它在制作硅片时，能形成热氧化物，并同时能调节熔蚀区深度和整体微缺陷密度(BMD)。
实施例1(大气压法)现参看图1，可看到单晶硅片被从环境度升温到1200℃，保持约10秒钟，然后又回降至环境温度，提供本发明第一实施方案的快速温度退火(RTA)的温度变化曲线。在该实施方案中，借助于在100％的氧和接近于大气压约740托的高压中控制温度和退火时间，把氧化物厚度和DZ深度调节到要求的目标值。
在该处理过程中，溶蚀区深度约为35μm，这从图2在1200℃、740托下，在100％氧中以及在含有5％氧的氩中，进行快速热处理的DZ深度与时间的关系曲线中可以看出。该值大于要求的最小值10μm。
在快速热处理步骤的环境条件为1150℃、60秒、740托时，DZ深度对氧含量的依赖关系表明，当周围气体中氧含量为20％时出现一个峰值。
现参看图4，该图示出在1150℃下10秒快速RT步骤中，溶蚀区深度与氧含量的依赖关系曲线。
从示出氧化物厚度与时间的关系曲线的图5中可以看出，在100％氧中以1200℃/10秒的RTO处理，可得到约8nm的目标厚度。事实上，我们回头再看图2，可看到溶蚀区深度系大于目标值10μm(实际值为35μm)。
图6中的曲线示出，在100％O2中，在10秒、25秒和60秒三种RTO时间下，氧化物厚度与小室压力的关系。
图7为整体微缺陷密度(BMD)的曲线，并说明整体微缺陷密度与RTO时间之间的函数关系。
如图8所示，BMD密度是总压力和RTO时间的函数，其中在DRAM装置生产周期期间可得到的足够大的沉淀物密度约为3e8cm-3。
如果要求得到4nm的氧化物目标厚度，可在100％O2中在740托压力下，使用1200℃、2秒钟的RTO。根据图2，这个条件会得到约20μm的溶蚀区深度，这一数值也可充分满足10μm的目标值。同样，该过程的BMD密度约为3e8cm-3(见图8)。
参看图9可以看出，BMD密度与压力的函数关系是在100％的O2中得出的。该BMD密度对总压力的函数关系是对于10秒、25秒和60秒的RTO处理过程示出的。
实施例2(减压法)现参看图10，该图为在100％O2中在1200℃下，溶蚀区深度与压力的关系曲线图。从图10可以看出，在100％O2环境下溶蚀区的深度对总压力只有微弱的依赖关系。在该实施例中，氧化物的目标厚度为80A，而DZ深度为20μm。图10还示出，20μm的DZ相当于约25秒的RTO时间。氧化物的目标厚度是借助于选择总压力来设定的。正如从图6可以看出的，要求的压力为200托。
图11为在100％O2中在1200℃下，作25秒的RTO处理时，氧化物厚度与压力的函数关系曲线图。从图9中可以看出，在此情况下BMD密度约为2.5e9cm-3。
通观本发明，处理过程是可以操作来调节氧化物的厚度的，它靠的是在大气压力下稀释氧、氩或氮；但是，优选的实施方案是使用100％的O2或其它种类的氧化剂为N2O或NO，以避免硅的表面起凹坑。
应当理解，在不违反本发明范围的情况下可对本发明的处理过程作出种种变更，同时也应理解，所给出的实施例只是为了说明，而不是为了限制。
权利要求
1.一种使用快速热处理(RTP)硅片的预退火/氧化联合步骤，用于使之形成给定厚度的热氧化物，同时它还能调节溶蚀区深度和整体微缺陷密度(BMD)，该步骤包括在氧化环境中、在环境压力下，将硅片暴露于受控的温度下经过受控的退火时间，以获得预先选定的热氧化物目标厚度，以满足预先选定的溶蚀区深度。
2.权利要求1的方法，其中氧化环境系选自100％氧、含有约5％氧的氩、NO和N2O。
3.权利要求1的方法，其中所说的热氧化物的厚度是借助于改变该环境压力来调节的。
4.权利要求1的方法，其中所说的溶蚀区深度和BMD密度，是借助于RTP的温度和时间参数来调节的。
5.权利要求2的方法，其中所说的氧化环境为100％的氧，所说的环境压力为约740托。
6.权利要求5的方法，其中所说的受控温度是在快速温度氧化(RTO)时间为约10秒内保持在约1200℃，以获得目标厚度约4nm的热氧化物。
7.权利要求5的方法，其中所说的受控温度是在快速温度氧化时间为约25秒内保持在约1200℃，以获得目标厚度约8nm、BMD密度约3e8cm-3的热氧化物。
8.权利要求5的方法，其在在约25秒的RTO时间内，获得约20μm的溶蚀区深度。
9.权利要求5的方法，其中在总压力为约200托下获得约2.5e9cm-3的BMD密度。
10.权利要求2的方法，其中所说的氧化环境为含有5％氧的氩，所说的环境压力为约740托。
全文摘要
一种使用快速热处理(RTP)的预退火/氧化联合步骤处理硅片,使之形成给定厚度的热氧化物,同时调节溶蚀区深度和整体微缺陷密度(BMD),该步骤包括:在氧化环境中、在环境压力下,将硅片暴露于受控温度下经过受控退火时间,以获得预选的热氧化物目标厚度,以适应预选的溶蚀区深度。
文档编号H01L21/26GK1257306SQ9911849
公开日2000年6月21日 申请日期1999年9月3日 优先权日1998年9月3日
发明者H·H·图斯, M·施雷姆斯, T·格尔特纳 申请人:西门子公司