專利名稱：制備氮化硅的方法
技術領域：
本發明涉及制備氮化硅的方法。 背景4支術隨著技術的進步，當今世界已經有了各種各樣的電子器件產品。這些產 品所需要的條件越來越嚴格，既要提高樣式和性能，也要重視長期的可靠性。而應用于電子器件產品的各種半導體器件，有可能就會因為暴露于大氣 中，而容易損壞。而一旦這些半導體器件損壞，就會影響電子器件的可靠性。 因此對于上述的半導體器件，通常都有相應的保護措施。有的是在半導體器 件暴露的大氣中填充惰性氣體或為其提供干燥劑，還有的則是在半導體器件 上覆蓋保護層。作為保護層的材料通常有氮化硅、氧化硅、氧氮化硅。這些 材料制作的保護層具有對特定氣體的阻擋特性，從而有效地充當半導體器件 的保護層。例如，氮化硅具有對濕氣或氧氣的阻擋特性，但是阻擋的程度會 根據保護層的形成條件而有所不同。通常來說，氮化硅越致密，其阻擋特性 越好。在半導體器件上形成氮化硅的方法有多種，其中較常見的一種就是化學 氣相沉積法。化學氣相沉積是通過將反應氣體輸送至氮化硅工藝設備的高溫 爐內，并且使反應氣體與置于爐內的半導體器件發生化學反應，以在晶圓表 面沉積氮化硅薄膜。而在沉積氮化硅時通入的氣體通常有二氯硅烷、氨氣等。在例如申請號為200410042967.2的中國專利申請中還能發現更多與形成氮化 硅層相關的信息。
在目前的生產工藝中，在將晶圓送入氮化硅工藝設備后，總不可避免會 引入外界的空氣。為了防止引入的空氣對氮化硅生長過程產生不利影響，在 晶圓表面生長氮化硅之前，通常會先檢測氮化硅工藝設備中的氧氣濃度，并 在確定氧氣濃度處于警戒濃度以下后，才開始在晶圓表面生長氮化硅。所述 警戒濃度是為保證在晶圓表面生長氮化硅的質量所規定的最大濃度。下面對從晶圓送入氮化硅工藝設備直至開始在晶圓生長氮化硅的過程詳細說明如下目前的氮化硅工藝設備中用于進行氮化硅生長的反應爐內還包括一個容納晶圓，來進行氮化硅生長的反應腔，并且一般情況下反應腔與反 應爐之間由封閉門隔離而互不相通。當晶圓被送入氮化硅工藝設備的反應爐 后，首先會被放置在反應爐內的晶圓座上。由于晶圓和晶圓座之間存在縫隙， 因此不但反應爐內會存在一定量的空氣，而且晶圓和晶圓座之間也存在一定 量的空氣。因而，在晶圓被放置于晶圓座上之后，氮化硅工藝設備就會向反 應爐內通入保護氣體來降低空氣中的氧氣濃度。而此時，反應腔也會先行升 溫來達到生長氮化硅所需的溫度。當反應腔升溫完成后，反應爐內的氧氣探 測器會檢測氧氣濃度是否超過警戒濃度，若檢測氧氣濃度低于警戒濃度，晶 圓座會上升將晶圓送入反應腔內，來對晶圓加熱以使得晶圓表面的溫度達到 生長氮化硅所需的溫度。但是，由于晶圓和晶圓座之間存在一定量的空氣， 因此，氧氣探測器所檢測的氧氣濃度并不準確，而晶圓和晶圓座之間存在的 空氣就可能泄漏至反應腔內，造成反應腔內的實際氧氣濃度超過警戒濃度。 而過量的氧氣在高溫的反應腔中就會引起晶圓表面的高溫氧化，從而對晶圓 表面氮化硅的生長產生影響。發明內容本發明提供一種制備氮化硅的方法，來解決現有技術在生長氮化硅之前， 由于無法檢測到晶圓和晶圓座之間的空氣中的氧氣，而造成的實際氧氣濃度
超過警戒濃度，進而對晶圓表面氮化硅的生長產生影響的問題。為解決上述問題，本發明提供一種制備氮化硅的方法，包括下列步驟，提供晶圓；通入保護氣體并檢測晶圓表面的氧氣濃度；若所檢測的氧氣濃度 小于或等于安全濃度，則對晶圓加熱；在對晶圓加熱之后，在晶圓表面生長 氮化硅，其中所述安全濃度為警戒濃度與未能檢測到的氧氣濃度的預估值的 差。可選的，所述未能檢測到的氧氣濃度的預估值通過下列步驟獲得，將試 片代替所述晶圓，并對試片進行如下操作通入保護氣體并檢測氧氣濃度； 對試片加熱；在試片加熱后再次檢測氧氣濃度；計算前后兩次所檢測的氧氣 濃度之差，并將所述氧氣濃度差作為對未能檢測到的氧氣濃度的預估值。可選的，所述對晶圓或試片加熱在反應腔中進行。可選的，所述對晶圓或試片加熱依次釆用如下操作對反應腔升溫，將 晶圓或試片輸送至反應腔內，并利用熱傳導對晶圓或試片加熱。可選的，所述保護氣體為氮氣或惰性氣體。可選的，所述安全濃度為10ppm (百萬分之一濃度)。可選的，在對晶圓加熱之后，停止通入保護氣體。與現有技術相比，上述所公開的制備氮化硅的方法具有以下優點上述 所公開的制備氮化硅的方法通過在對晶圓加熱之前檢測晶圓表面氧氣的濃 度，并在所檢測氧氣濃度處于安全濃度時，才開始對晶圓加熱。由于所述安 全濃度已預留了對于未能檢測到的氧氣濃度的余量，因而保證了晶圓表面的 氧氣濃度不會超標。因而所述制備氮化硅的方法能夠避免由于氧氣濃度超標 而影響氮化硅生長工藝的質量。
圖1是本發明制備氮化硅的方法的一種實施方式流程圖； 圖2是本發明制備氮化硅所用的一種氮化硅工藝設備的簡易示意圖。
具體實施方式
本發明制備氮化硅的方法通過在對晶圓加熱之前檢測晶圓表面氧氣的濃 度，并在所檢測氧氣濃度處于安全濃度時，才開始對晶圓加熱。由于所述安 全濃度已預留了對于未能檢測到的氧氣濃度的余量，因而保證了晶圓表面的 氧氣濃度不會超標。因而所述制備氮化硅的方法能夠避免由于氧氣濃度超標 而影響氮化硅生長工藝的質量。參照圖l所示，本發明制備氮化硅的方法的一種實施方式包括下列步驟 步驟sl，提供晶圓；步驟s2,通入保護氣體并檢測晶圓表面的氧氣濃度；步驟s3,判斷所檢測氧氣濃度是否小于或等于安全濃度，若所檢測氧氣 濃度小于或等于安全濃度，則執行步驟s4;若所檢測氧氣濃度大于安全濃度， 則繼續4全測；步驟s4,對晶圓加熱；步驟s5,在對晶圓加熱之后，在晶圓表面生長氮化硅，其中，所述安全濃度為警戒濃度與未能檢測到的氧氣濃度的預估值的差。 所述警戒濃度是為保證在晶圓表面生長氮化硅的質量所規定的最大濃度。下面對上述步驟作進一步說明，所述未能檢測到的氧氣濃度的預估值通 過下列步驟獲得，將試片代替所述晶圓，并對試片進行如下操作通入保護 氣體并檢測氧氣濃度；對試片加熱；在試片加熱后再次檢測氧氣濃度；計算 前后兩次所檢測的氧氣濃度之差，并將所述氧氣濃度差作為對未能檢測到的 氧氣濃度的預估值。
所述對試片加熱在反應腔中進行。所述對試片加熱依次采用如下操作 對反應腔升溫，將試片送至反應腔內，并利用熱傳導對試片加熱。在步驟S2中，所通入的保護氣體為氮氣或惰性氣體。在步驟s4中，所述對晶圓加熱在反應腔中進行。所述對晶圓加熱依次采 用如下操作對反應腔升溫，將晶圓或試片送至反應腔內，并利用熱傳導對 晶圓力。熱。在步驟s3中，所述安全濃度為10ppm (百萬分之一濃度)。在步驟s5中，在對晶圓加熱之后，可以停止通入保護氣體。下面以一個在晶圓表面形成氮化硅的具體工藝過程為例，來使得本發明 制備氮化硅的方法更加清楚。參照圖2所示，目前進行氮化硅生長工藝都是在氮化硅工藝設備中進行 的。所述氮化硅工藝設備包括進/出傳送口 l和反應爐2。所述進/出傳送口 1 用于接收其他工藝制程傳送過來的晶圓，并將晶圓輸送至反應爐2內。而所述反應爐2包4舌反應腔22，用于容納晶圓26，在晶圓26表面生長氮化硅。第一封閉門21，用于在進/出傳送口向反應爐2輸送晶圓26時打開，并 在晶圓26進入反應爐2內后關閉，以使反應爐與外部隔絕。晶圓座23,用于放置進/出傳送口 1輸送至反應爐2的晶圓26，并在進行 氮化硅生長工藝時，將晶圓26上升至反應腔22中。第二封閉門24,用于在晶圓座23將晶圓26上升至反應腔22時打開，并 在開始進行氮化硅生長時關閉，以使反應爐2與反應腔22隔絕。進氣口 25,通過進氣口 25可以向反應爐2內通入保護氣體。 排氣口 27，通過排氣口 27排出反應爐內的氣體，從而配合進氣口25來降低反應爐內的氧氣濃度。所述進氣口 25和排氣口 27的數量在圖2中僅是示例，可以根據生長工 藝的需要而具體設定。結合圖l和圖2所示，執行步驟sl:提供晶圓。如前所述，在晶圓表面 形成氮化硅的工藝過程都是在氮化硅工藝設備中進行的。晶圓26會由進/出傳 送口 1接收并輸送至反應爐2。晶圓26在被送入反應爐2之后，會首先被放 置在晶圓座23上。結合圖1和圖2所示，執行步驟s2:通入保護氣體并檢測晶圓表面的氧 氣濃度。如前所述，當晶圓26被送至晶圓座23上時，由于反應爐2與進/出 傳送口 1的接觸，不可避免地就會向反應爐2中引入空氣。而在氮化硅制程 中，對于氧氣的濃度控制較嚴格，因而引入的空氣就會增加反應爐中氧氣的 濃度，從而使制備氮化硅時晶圓表面的氧氣濃度超標。因此，在晶圓被送入 反應爐2中時，氧氣探測器(圖中未顯示)會開啟，來探測反應爐2中的氧 氣濃度，并且所述氧氣探測器對反應爐2內的氧氣濃度是實時^r測的。為了 降低反應爐2中的氧氣濃度，可以通過進氣口 25向反應爐2中通入保護氣體， 并使得反應爐2內的氣體通過排氣口 27排出，來降低氧氣在反應爐2中的含 量。所述保護氣體為氮氣或惰性氣體。對晶圓26進入反應爐2后的通氣方法可以有以下兩種， 一種是當晶圓26 進入反應爐2后，就可以開始通過進氣口 25向反映爐2通入保護氣體。另一 種是當晶圓26被放置于反應爐2中的晶圓座23上后，才開始通入保護氣體。 其中，相對于當晶圓26被放置于反應爐2中的晶圓座23上才通入保護氣體， 當晶圓26進入反應爐2時就通入保護氣體可以較早地使氧氣濃度降到安全濃 度，從而提高氮化硅工藝的效率。
結合圖1和圖2所示，執行步驟s3:判斷所檢測氧氣濃度是否小于或等 于安全濃度，若所檢測氧氣濃度小于或等于安全濃度，則執行步驟s4;若所 檢測氧氣濃度大于安全濃度，則繼續檢測。為了保障后續生長氮化硅的時候， 不會因為氧氣濃度過量而對氮化硅工藝的質量產生影響，就必須設置一個安 全濃度，只有當所檢測的氧氣濃度小于或等于安全濃度時，才開始進行制備 氮化硅的后續步驟。如前所述，在晶圓26被送至反應爐2后，會被放置在反應爐2的晶圓座 23上，此時晶圓26和晶圓座23之間就會存在一定量的空氣。并且，由于晶 圓26和晶圓座23之間的空氣中的氧氣濃度無法被氧氣探測器檢測到，因此 就必須對于未能被檢測到的氧氣的含量進行預估，以留出余量。為了使預估值較為準確，可以采用以下方法來獲得預估值。將試片代替 晶圓送入反應爐2,并放置于晶圓座23上。通過氧氣探測器檢測反應爐2內 的氧氣濃度。此時，反應爐2內的反應腔22先行升溫至生長氮化硅所需的溫 度，例如700。C。在反應腔22升溫完成后，通過晶圓座23將試片上升到反應 腔22位置，來對試片加熱。然后，再次通過氧氣探測器檢測晶圓26表面的 氧氣濃度。并且，計算前后兩次所探測的氧氣濃度的差值，并將所述差值作 為預估值。如前所述，所述安全濃度為警戒濃度與未能檢測到的氧氣濃度的預估值 的差。所述警戒濃度是為保證在晶圓表面生長氮化硅的質量所規定的最大濃 度。作為一種舉例，此處的安全濃度為10ppm,因此所述氧氣濃度只需小于 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，若所檢測的氧氣濃度小于或等于安全濃度，則執行步驟s4。若所檢測的氧氣濃度大于安全濃度，則繼續檢測。當氧氣探測器檢測到
反應爐2內的氧氣濃度大于安全濃度時，氧氣探測器就繼續對反應爐2內的 氧氣濃度檢測，來判斷所檢測氧氣濃度是否小于或等于安全濃度。并且，此 時保護氣體仍然是持續通入的。如前所述，氧氣探測器是實時檢測的。隨著保護氣體的不斷通入，以及反應爐2內的排氣口 27的氣體的不斷排出，反應 爐2內的氧氣濃度會不斷降低。當氧氣探測器檢測到反應爐2內的氧氣濃度 下降到了安全濃度時，執行步驟s4。結合圖1和圖2所示，執行步驟s4:對晶圓加熱。當氧氣探測器檢測到 反應爐2內的氧氣濃度小于或等于安全濃度時，就開始對晶圓26加熱。此處 對晶圓26加熱的過程舉例如下當氧氣探測器檢測到反應爐2內的氧氣濃度 小于或等于安全濃度時，反應腔22就開始升溫，以使得反應腔22的溫度達 到生長氮化硅所需的溫度。當反應腔22升溫完成后，晶圓座23上升，將晶 圓26輸送到反應腔22內。由于熱傳導，晶圓26表面的溫度就會逐漸上升到 生長氮化硅所需的溫度了。參照圖1所示，執行步驟s5,在對晶圓加熱之后，在晶圓表面生長氮化 硅。當晶圓的溫度上升到生長氮化硅所需的溫度后，反應腔22就開始在晶圓 表面生長氮化硅。由于此時反應腔22內的氧氣濃度保持在安全濃度或安全濃 度以下，因此就不會有過量的氧氣因為高溫氧化而對晶圓表面所生長的氮化 硅造成影響。此時，在對晶圓加熱完成后，可以停止通入保護氣體，以節約 成本。綜上所述，上述所公開的制備氮化硅的方法通過在對晶圓加熱之前檢測 晶圓表面氧氣的濃度，并在所檢測氧氣濃度處于安全濃度時，才開始對晶圓 加熱。由于所述安全濃度已預留了對于未能檢測到的氧氣濃度的余量，因而 保證了晶圓表面的氧氣濃度不會超標。因而所述制備氮化硅的方法能夠避免 由于氧氣濃度超標而影響氮化硅生長工藝的質量。 雖然本發明已以較佳實施例披露如上，但本發明并非限定于此。任何本 領域技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，均可作各種更動與修改， 因此本發明的保護范圍應當以權利要求所限定的范圍為準。
權利要求
1. 一種制備氮化硅的方法，其特征在于，包括提供晶圓；通入保護氣體并檢測晶圓表面的氧氣濃度；若所檢測的氧氣濃度小于或等于安全濃度，則對晶圓加熱；在對晶圓加熱之后，在晶圓表面生長氮化硅，其中所述安全濃度為警戒濃度與未能檢測到的氧氣濃度的預估值的差。
2. 如權利要求1所述的制備氮化硅的方法，其特征在于，所述未能檢測到的 氧氣濃度的預估值通過下列步驟獲得，將試片代替所述晶圓，并對試片進行 如下操作通入保護氣體并檢測試片表面氧氣濃度；對試片加熱；在試片加熱后再次檢測氧氣濃度；計算前后兩次所檢測的氧氣濃度之差，并將所述氧 氣濃度差作為對未能檢測到的氧氣濃度的預估值。
3. 如權利要求2所述的制備氮化硅的方法，其特征在于，所述對試片加熱在 反應腔中進行。
4. 如權利要求3所述的制備氮化硅的方法，其特征在于，所述對試片加熱依 次采用如下操作對反應腔升溫，將試片輸送至反應腔內，并利用熱傳導對 試片加熱。
5. 權利要求1所述的制備氮化硅的方法，其特征在于，所述對晶圓加熱在反 應腔中進4亍。
6. 如權利要求5所述的制備氮化硅的方法，其特征在于，所述對晶圓加熱依 次采用如下操作對反應腔升溫，將晶圓輸送至反應腔內，并利用熱傳導對 晶圓加熱。
7. 如權利要求1所述的制備氮化硅的方法，其特征在于，所述安全濃度為 10ppm。
8. 如權利要求1所述的制備氮化硅的方法，其特征在于，所述保護氣體為氮 氣或惰性氣體。
9.如權利要求1所述的制備氮化硅的方法，其特征在于，在對晶圓加熱之后， 停止通入保護氣體。
全文摘要
一種制備氮化硅的方法，包括下列步驟，通入保護氣體并檢測晶圓表面的氧氣濃度；若所檢測的氧氣濃度小于或等于安全濃度，則對晶圓加熱；在對晶圓加熱之后，在晶圓表面生長氮化硅，其中所述安全濃度為警戒濃度與未能檢測到的氧氣濃度的預估值的差。所述制備氮化硅的方法中設定的安全濃度由于預留了對于未能檢測到的氧氣濃度的余量，因而保證了晶圓表面的氧氣濃度不會超標，避免了由于氧氣濃度超標而影響氮化硅生長工藝的質量。
文檔編號C01B21/068GK101397130SQ20071004649
公開日2009年4月1日 申請日期2007年9月26日 優先權日2007年9月26日
發明者關英來, 楊 王, 秦國強, 棟 羅 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司