专利名称：制备氮化硅的方法
技术领域：
本发明涉及制备氮化硅的方法。 背景4支术随着技术的进步，当今世界已经有了各种各样的电子器件产品。这些产 品所需要的条件越来越严格，既要提高样式和性能，也要重视长期的可靠性。而应用于电子器件产品的各种半导体器件，有可能就会因为暴露于大气 中，而容易损坏。而一旦这些半导体器件损坏，就会影响电子器件的可靠性。 因此对于上述的半导体器件，通常都有相应的保护措施。有的是在半导体器 件暴露的大气中填充惰性气体或为其提供干燥剂，还有的则是在半导体器件 上覆盖保护层。作为保护层的材料通常有氮化硅、氧化硅、氧氮化硅。这些 材料制作的保护层具有对特定气体的阻挡特性，从而有效地充当半导体器件 的保护层。例如，氮化硅具有对湿气或氧气的阻挡特性，但是阻挡的程度会 根据保护层的形成条件而有所不同。通常来说，氮化硅越致密，其阻挡特性 越好。在半导体器件上形成氮化硅的方法有多种，其中较常见的一种就是化学 气相沉积法。化学气相沉积是通过将反应气体输送至氮化硅工艺设备的高温 炉内，并且使反应气体与置于炉内的半导体器件发生化学反应，以在晶圆表 面沉积氮化硅薄膜。而在沉积氮化硅时通入的气体通常有二氯硅烷、氨气等。在例如申请号为200410042967.2的中国专利申请中还能发现更多与形成氮化 硅层相关的信息。
在目前的生产工艺中，在将晶圓送入氮化硅工艺设备后，总不可避免会 引入外界的空气。为了防止引入的空气对氮化硅生长过程产生不利影响，在 晶圆表面生长氮化硅之前，通常会先检测氮化硅工艺设备中的氧气浓度，并 在确定氧气浓度处于警戒浓度以下后，才开始在晶圆表面生长氮化硅。所述 警戒浓度是为保证在晶圓表面生长氮化硅的质量所规定的最大浓度。下面对从晶圆送入氮化硅工艺设备直至开始在晶圓生长氮化硅的过程详细说明如下目前的氮化硅工艺设备中用于进行氮化硅生长的反应炉内还包括一个容纳晶圆，来进行氮化硅生长的反应腔，并且一般情况下反应腔与反 应炉之间由封闭门隔离而互不相通。当晶圆被送入氮化硅工艺设备的反应炉 后，首先会被放置在反应炉内的晶圆座上。由于晶圆和晶圆座之间存在缝隙， 因此不但反应炉内会存在一定量的空气，而且晶圓和晶圓座之间也存在一定 量的空气。因而，在晶圓被放置于晶圓座上之后，氮化硅工艺设备就会向反 应炉内通入保护气体来降低空气中的氧气浓度。而此时，反应腔也会先行升 温来达到生长氮化硅所需的温度。当反应腔升温完成后，反应炉内的氧气探 测器会检测氧气浓度是否超过警戒浓度，若检测氧气浓度低于警戒浓度，晶 圆座会上升将晶圆送入反应腔内，来对晶圆加热以使得晶圆表面的温度达到 生长氮化硅所需的温度。但是，由于晶圓和晶圆座之间存在一定量的空气， 因此，氧气探测器所检测的氧气浓度并不准确，而晶圆和晶圆座之间存在的 空气就可能泄漏至反应腔内，造成反应腔内的实际氧气浓度超过警戒浓度。 而过量的氧气在高温的反应腔中就会引起晶圆表面的高温氧化，从而对晶圓 表面氮化硅的生长产生影响。发明内容本发明提供一种制备氮化硅的方法，来解决现有技术在生长氮化硅之前， 由于无法检测到晶圆和晶圆座之间的空气中的氧气，而造成的实际氧气浓度
超过警戒浓度，进而对晶圓表面氮化硅的生长产生影响的问题。为解决上述问题，本发明提供一种制备氮化硅的方法，包括下列步骤，提供晶圓；通入保护气体并检测晶圆表面的氧气浓度；若所检测的氧气浓度 小于或等于安全浓度，则对晶圓加热；在对晶圆加热之后，在晶圓表面生长 氮化硅，其中所述安全浓度为警戒浓度与未能检测到的氧气浓度的预估值的 差。可选的，所述未能检测到的氧气浓度的预估值通过下列步骤获得，将试 片代替所述晶圆，并对试片进行如下操作通入保护气体并检测氧气浓度； 对试片加热；在试片加热后再次检测氧气浓度；计算前后两次所检测的氧气 浓度之差，并将所述氧气浓度差作为对未能检测到的氧气浓度的预估值。可选的，所述对晶圓或试片加热在反应腔中进行。可选的，所述对晶圆或试片加热依次釆用如下操作对反应腔升温，将 晶圓或试片输送至反应腔内，并利用热传导对晶圓或试片加热。可选的，所述保护气体为氮气或惰性气体。可选的，所述安全浓度为10ppm (百万分之一浓度)。可选的，在对晶圆加热之后，停止通入保护气体。与现有技术相比，上述所公开的制备氮化硅的方法具有以下优点上述 所公开的制备氮化硅的方法通过在对晶圓加热之前检测晶圆表面氧气的浓 度，并在所检测氧气浓度处于安全浓度时，才开始对晶圆加热。由于所述安 全浓度已预留了对于未能检测到的氧气浓度的余量，因而保证了晶圆表面的 氧气浓度不会超标。因而所述制备氮化硅的方法能够避免由于氧气浓度超标 而影响氮化硅生长工艺的质量。
图1是本发明制备氮化硅的方法的一种实施方式流程图； 图2是本发明制备氮化硅所用的一种氮化硅工艺设备的简易示意图。
具体实施方式
本发明制备氮化硅的方法通过在对晶圓加热之前检测晶圆表面氧气的浓 度，并在所检测氧气浓度处于安全浓度时，才开始对晶圆加热。由于所述安 全浓度已预留了对于未能检测到的氧气浓度的余量，因而保证了晶圆表面的 氧气浓度不会超标。因而所述制备氮化硅的方法能够避免由于氧气浓度超标 而影响氮化硅生长工艺的质量。参照图l所示，本发明制备氮化硅的方法的一种实施方式包括下列步骤 步骤sl，提供晶圆；步骤s2,通入保护气体并检测晶圆表面的氧气浓度；步骤s3,判断所检测氧气浓度是否小于或等于安全浓度，若所检测氧气 浓度小于或等于安全浓度，则执行步骤s4;若所检测氧气浓度大于安全浓度， 则继续4全测；步骤s4,对晶圓加热；步骤s5,在对晶圓加热之后，在晶圆表面生长氮化硅，其中，所述安全浓度为警戒浓度与未能检测到的氧气浓度的预估值的差。 所述警戒浓度是为保证在晶圆表面生长氮化硅的质量所规定的最大浓度。下面对上述步骤作进一步说明，所述未能检测到的氧气浓度的预估值通 过下列步骤获得，将试片代替所述晶圓，并对试片进行如下操作通入保护 气体并检测氧气浓度；对试片加热；在试片加热后再次检测氧气浓度；计算 前后两次所检测的氧气浓度之差，并将所述氧气浓度差作为对未能检测到的 氧气浓度的预估值。
所述对试片加热在反应腔中进行。所述对试片加热依次采用如下操作 对反应腔升温，将试片送至反应腔内，并利用热传导对试片加热。在步骤S2中，所通入的保护气体为氮气或惰性气体。在步骤s4中，所述对晶圆加热在反应腔中进行。所述对晶圆加热依次采 用如下操作对反应腔升温，将晶圓或试片送至反应腔内，并利用热传导对 晶圆力。热。在步骤s3中，所述安全浓度为10ppm (百万分之一浓度)。在步骤s5中，在对晶圆加热之后，可以停止通入保护气体。下面以一个在晶圆表面形成氮化硅的具体工艺过程为例，来使得本发明 制备氮化硅的方法更加清楚。参照图2所示，目前进行氮化硅生长工艺都是在氮化硅工艺设备中进行 的。所述氮化硅工艺设备包括进/出传送口 l和反应炉2。所述进/出传送口 1 用于接收其他工艺制程传送过来的晶圓，并将晶圆输送至反应炉2内。而所述反应炉2包4舌反应腔22，用于容纳晶圆26，在晶圆26表面生长氮化硅。第一封闭门21，用于在进/出传送口向反应炉2输送晶圆26时打开，并 在晶圓26进入反应炉2内后关闭，以使反应炉与外部隔绝。晶圓座23,用于放置进/出传送口 1输送至反应炉2的晶圆26，并在进行 氮化硅生长工艺时，将晶圓26上升至反应腔22中。第二封闭门24,用于在晶圆座23将晶圓26上升至反应腔22时打开，并 在开始进行氮化硅生长时关闭，以使反应炉2与反应腔22隔绝。进气口 25,通过进气口 25可以向反应炉2内通入保护气体。 排气口 27，通过排气口 27排出反应炉内的气体，从而配合进气口25来降低反应炉内的氧气浓度。所述进气口 25和排气口 27的数量在图2中仅是示例，可以根据生长工 艺的需要而具体设定。结合图l和图2所示，执行步骤sl:提供晶圓。如前所述，在晶圓表面 形成氮化硅的工艺过程都是在氮化硅工艺设备中进行的。晶圆26会由进/出传 送口 1接收并输送至反应炉2。晶圆26在被送入反应炉2之后，会首先被放 置在晶圆座23上。结合图1和图2所示，执行步骤s2:通入保护气体并检测晶圓表面的氧 气浓度。如前所述，当晶圆26被送至晶圓座23上时，由于反应炉2与进/出 传送口 1的接触，不可避免地就会向反应炉2中引入空气。而在氮化硅制程 中，对于氧气的浓度控制较严格，因而引入的空气就会增加反应炉中氧气的 浓度，从而使制备氮化硅时晶圆表面的氧气浓度超标。因此，在晶圆被送入 反应炉2中时，氧气探测器(图中未显示)会开启，来探测反应炉2中的氧 气浓度，并且所述氧气探测器对反应炉2内的氧气浓度是实时^r测的。为了 降低反应炉2中的氧气浓度，可以通过进气口 25向反应炉2中通入保护气体， 并使得反应炉2内的气体通过排气口 27排出，来降低氧气在反应炉2中的含 量。所述保护气体为氮气或惰性气体。对晶圆26进入反应炉2后的通气方法可以有以下两种， 一种是当晶圆26 进入反应炉2后，就可以开始通过进气口 25向反映炉2通入保护气体。另一 种是当晶圆26被放置于反应炉2中的晶圆座23上后，才开始通入保护气体。 其中，相对于当晶圆26被放置于反应炉2中的晶圆座23上才通入保护气体， 当晶圓26进入反应炉2时就通入保护气体可以较早地使氧气浓度降到安全浓 度，从而提高氮化硅工艺的效率。
结合图1和图2所示，执行步骤s3:判断所检测氧气浓度是否小于或等 于安全浓度，若所检测氧气浓度小于或等于安全浓度，则执行步骤s4;若所 检测氧气浓度大于安全浓度，则继续检测。为了保障后续生长氮化硅的时候， 不会因为氧气浓度过量而对氮化硅工艺的质量产生影响，就必须设置一个安 全浓度，只有当所检测的氧气浓度小于或等于安全浓度时，才开始进行制备 氮化硅的后续步骤。如前所述，在晶圓26被送至反应炉2后，会被放置在反应炉2的晶圆座 23上，此时晶圓26和晶圓座23之间就会存在一定量的空气。并且，由于晶 圓26和晶圆座23之间的空气中的氧气浓度无法被氧气探测器检测到，因此 就必须对于未能被检测到的氧气的含量进行预估，以留出余量。为了使预估值较为准确，可以采用以下方法来获得预估值。将试片代替 晶圓送入反应炉2,并放置于晶圓座23上。通过氧气探测器检测反应炉2内 的氧气浓度。此时，反应炉2内的反应腔22先行升温至生长氮化硅所需的温 度，例如700。C。在反应腔22升温完成后，通过晶圆座23将试片上升到反应 腔22位置，来对试片加热。然后，再次通过氧气探测器检测晶圓26表面的 氧气浓度。并且，计算前后两次所探测的氧气浓度的差值，并将所述差值作 为预估值。如前所述，所述安全浓度为警戒浓度与未能检测到的氧气浓度的预估值 的差。所述警戒浓度是为保证在晶圓表面生长氮化硅的质量所规定的最大浓 度。作为一种举例，此处的安全浓度为10ppm,因此所述氧气浓度只需小于 或等于10ppm即可,例J(口 10ppm、 9.5ppm、 9ppm、 8.5ppm、 8ppm、 7.5ppm、 7ppm、 6.5ppm、 6ppm等。如前所述，若所检测的氧气浓度小于或等于安全浓度，则执行步骤s4。若所检测的氧气浓度大于安全浓度，则继续检测。当氧气探测器检测到
反应炉2内的氧气浓度大于安全浓度时，氧气探测器就继续对反应炉2内的 氧气浓度检测，来判断所检测氧气浓度是否小于或等于安全浓度。并且，此 时保护气体仍然是持续通入的。如前所述，氧气探测器是实时检测的。随着保护气体的不断通入，以及反应炉2内的排气口 27的气体的不断排出，反应 炉2内的氧气浓度会不断降低。当氧气探测器检测到反应炉2内的氧气浓度 下降到了安全浓度时，执行步骤s4。结合图1和图2所示，执行步骤s4:对晶圓加热。当氧气探测器检测到 反应炉2内的氧气浓度小于或等于安全浓度时，就开始对晶圆26加热。此处 对晶圆26加热的过程举例如下当氧气探测器检测到反应炉2内的氧气浓度 小于或等于安全浓度时，反应腔22就开始升温，以使得反应腔22的温度达 到生长氮化硅所需的温度。当反应腔22升温完成后，晶圆座23上升，将晶 圆26输送到反应腔22内。由于热传导，晶圆26表面的温度就会逐渐上升到 生长氮化硅所需的温度了。参照图1所示，执行步骤s5,在对晶圓加热之后，在晶圆表面生长氮化 硅。当晶圆的温度上升到生长氮化硅所需的温度后，反应腔22就开始在晶圆 表面生长氮化硅。由于此时反应腔22内的氧气浓度保持在安全浓度或安全浓 度以下，因此就不会有过量的氧气因为高温氧化而对晶圓表面所生长的氮化 硅造成影响。此时，在对晶圆加热完成后，可以停止通入保护气体，以节约 成本。综上所述，上述所公开的制备氮化硅的方法通过在对晶圆加热之前检测 晶圆表面氧气的浓度，并在所检测氧气浓度处于安全浓度时，才开始对晶圓 加热。由于所述安全浓度已预留了对于未能检测到的氧气浓度的余量，因而 保证了晶圆表面的氧气浓度不会超标。因而所述制备氮化硅的方法能够避免 由于氧气浓度超标而影响氮化硅生长工艺的质量。 虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本 领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改， 因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
权利要求
1. 一种制备氮化硅的方法，其特征在于，包括提供晶圆；通入保护气体并检测晶圆表面的氧气浓度；若所检测的氧气浓度小于或等于安全浓度，则对晶圆加热；在对晶圆加热之后，在晶圆表面生长氮化硅，其中所述安全浓度为警戒浓度与未能检测到的氧气浓度的预估值的差。
2. 如权利要求1所述的制备氮化硅的方法，其特征在于，所述未能检测到的 氧气浓度的预估值通过下列步骤获得，将试片代替所述晶圓，并对试片进行 如下操作通入保护气体并检测试片表面氧气浓度；对试片加热；在试片加热后再次检测氧气浓度；计算前后两次所检测的氧气浓度之差，并将所述氧 气浓度差作为对未能检测到的氧气浓度的预估值。
3. 如权利要求2所述的制备氮化硅的方法，其特征在于，所述对试片加热在 反应腔中进行。
4. 如权利要求3所述的制备氮化硅的方法，其特征在于，所述对试片加热依 次采用如下操作对反应腔升温，将试片输送至反应腔内，并利用热传导对 试片加热。
5. 权利要求1所述的制备氮化硅的方法，其特征在于，所述对晶圆加热在反 应腔中进4亍。
6. 如权利要求5所述的制备氮化硅的方法，其特征在于，所述对晶圆加热依 次采用如下操作对反应腔升温，将晶圆输送至反应腔内，并利用热传导对 晶圆加热。
7. 如权利要求1所述的制备氮化硅的方法，其特征在于，所述安全浓度为 10ppm。
8. 如权利要求1所述的制备氮化硅的方法，其特征在于，所述保护气体为氮 气或惰性气体。
9.如权利要求1所述的制备氮化硅的方法，其特征在于，在对晶圓加热之后， 停止通入保护气体。
全文摘要
一种制备氮化硅的方法，包括下列步骤，通入保护气体并检测晶圆表面的氧气浓度；若所检测的氧气浓度小于或等于安全浓度，则对晶圆加热；在对晶圆加热之后，在晶圆表面生长氮化硅，其中所述安全浓度为警戒浓度与未能检测到的氧气浓度的预估值的差。所述制备氮化硅的方法中设定的安全浓度由于预留了对于未能检测到的氧气浓度的余量，因而保证了晶圆表面的氧气浓度不会超标，避免了由于氧气浓度超标而影响氮化硅生长工艺的质量。
文档编号C01B21/068GK101397130SQ20071004649
公开日2009年4月1日 申请日期2007年9月26日 优先权日2007年9月26日
发明者关英来, 杨 王, 秦国强, 栋 罗 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司