退火方法
阅读：748发布：2020-05-12
专利汇可以提供退火方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种 退火 方法，包括：在单 晶圆 快速 热处理 腔室中进行 水 蒸汽 退火；在上述退火完成后，将该晶圆转移至另一单晶圆快速热处理腔室中进行干燥退火。，下面是退火方法专利的具体信息内容。
1.一种退火方法，其特征在于，包括：
在单晶圆快速热处理腔室中进行水蒸汽退火；
在上述退火完成后，将该晶圆转移至另一单晶圆快速热处理腔室中进行干燥退火。
2.如权利要求1所述的退火方法，其特征在于，所述水蒸汽退火为即时蒸汽生成退火。
3.如权利要求2所述的退火方法，其特征在于，所述水蒸汽退火的反应气体包括N2O以及H2，所述N2O的流量为50-70sccm，H2的流量为10-15sccm。
4.如权利要求2所述的退火方法，其特征在于，所述水蒸汽退火的温度为700℃。
5.如权利要求2所述的退火方法，其特征在于，所述水蒸汽退火的压力为0.2-0.5Torr。
6.如权利要求1所述的退火方法，其特征在于，所述干燥退火的反应气体为N2，流量为100-150sccm。
7.如权利要求1所述的退火方法，其特征在于，所述干燥退火的温度为1050℃。
8.如权利要求1所述的退火方法，其特征在于，所述干燥退火的压力为0.5-1Torr。
技术领域
背景技术
如今，在半导体制造工艺中，一般采用浅沟槽隔离工艺形成隔离结构。在这种工艺中，先在衬底上形成浅沟槽，元件之间用刻蚀的浅沟槽隔开，然后在沟槽侧璧和底部形成氧化衬垫，再利用化学气相淀积(CVD)在浅沟槽中填入绝缘介质，例如氧化硅。在填入绝缘介质之后，用化学机械研磨(CMP)的方法使沟槽表面平坦化。
浅沟槽隔离结构的制造工艺中，在半导体基底材料上形成沟槽后，隔离沟槽的侧壁在后续的工艺步骤(如热氧化工艺)中发生氧化，其结果造成隔离沟槽基底的体积膨胀，因而引发沟槽侧壁与绝缘填充物之间的应力问题，在浅沟槽内形成衬垫氧化层后，衬垫材料与绝缘填充物之间也会产生应力。消除这种应力的方法主要集中在浅沟槽衬垫材料的选择以及使用退火工艺来释放沟槽侧壁与绝缘填充层之间的应力和衬垫材料与绝缘填充层之间的应力。
例如在申请号为200610029904.2的中国专利申请中就提供了一种形成浅沟槽隔离结构的方法，包括：在半导体衬底上形成掩膜层；图案化所述掩膜层以露出对应沟槽位置的半导体衬底；刻蚀所述衬底形成沟槽并在沟槽中形成衬垫氧化层；在所述沟槽中轮流淀积第一绝缘介质和第二绝缘介质直至填满所述沟槽；对所述半导体衬底进行快速热退火处理；平坦化所述绝缘介质以形成浅沟槽隔离结构。
而在进入45nm工艺后，在浅沟槽隔离结构工艺中，在形成沟槽并填充之后，更采用了二次退火的工艺，一次低温水蒸汽退火以及一次高温干燥退火，以进一步完善浅沟槽隔离结构工艺。目前，所述的二次退火工艺通常都在同一炉管中进行。由于二次退火的工艺条件不同，在两次退火之间，炉管还需要进行较耗时的工艺条件转换准备。例如，在低温水蒸汽退火之后，就需要对于炉管重新进行抽真空以及其他相应的工艺准备步骤，而这些步骤的耗时往往会降低退火工艺的效率。
浅沟槽隔离结构的制造工艺中，在半导体基底材料上形成沟槽后，隔离沟槽的侧壁在后续的工艺步骤(如热氧化工艺)中发生氧化，其结果造成隔离沟槽基底的体积膨胀，因而引发沟槽侧壁与绝缘填充物之间的应力问题，在浅沟槽内形成衬垫氧化层后，衬垫材料与绝缘填充物之间也会产生应力。消除这种应力的方法主要集中在浅沟槽衬垫材料的选择以及使用退火工艺来释放沟槽侧壁与绝缘填充层之间的应力和衬垫材料与绝缘填充层之间的应力。
例如在申请号为200610029904.2的中国专利申请中就提供了一种形成浅沟槽隔离结构的方法，包括：在半导体衬底上形成掩膜层；图案化所述掩膜层以露出对应沟槽位置的半导体衬底；刻蚀所述衬底形成沟槽并在沟槽中形成衬垫氧化层；在所述沟槽中轮流淀积第一绝缘介质和第二绝缘介质直至填满所述沟槽；对所述半导体衬底进行快速热退火处理；平坦化所述绝缘介质以形成浅沟槽隔离结构。
而在进入45nm工艺后，在浅沟槽隔离结构工艺中，在形成沟槽并填充之后，更采用了二次退火的工艺，一次低温水蒸汽退火以及一次高温干燥退火，以进一步完善浅沟槽隔离结构工艺。目前，所述的二次退火工艺通常都在同一炉管中进行。由于二次退火的工艺条件不同，在两次退火之间，炉管还需要进行较耗时的工艺条件转换准备。例如，在低温水蒸汽退火之后，就需要对于炉管重新进行抽真空以及其他相应的工艺准备步骤，而这些步骤的耗时往往会降低退火工艺的效率。
发明内容
本发明要解决的问题是目前工艺中退火工艺效率较低。
为解决上述问题，本发明提供一种退火方法，包括：
在单晶圆快速热处理(RTP，Rapid Thermal Processing)腔室(chamber)中进行水蒸汽退火(steam anneal)；
在上述退火完成后，将该晶圆转移至另一单晶圆快速热处理腔室中进行干燥退火(dry anneal)。
与现有技术相比，上述所公开的退火方法具有以下优点：分别在两个不同的单晶圆快速热处理腔室中进行水蒸汽退火以及干燥退火，由于二步退火工艺分别在不同腔室内进行，无需工艺条件转换准备，因而退火的总时间减少。
附图说明
图1是本发明退火方法的一种实施方式图；
图2是本发明退火方法的一种实施例采用的装置示意图。
为解决上述问题，本发明提供一种退火方法，包括：
在单晶圆快速热处理(RTP，Rapid Thermal Processing)腔室(chamber)中进行水蒸汽退火(steam anneal)；
在上述退火完成后，将该晶圆转移至另一单晶圆快速热处理腔室中进行干燥退火(dry anneal)。
与现有技术相比，上述所公开的退火方法具有以下优点：分别在两个不同的单晶圆快速热处理腔室中进行水蒸汽退火以及干燥退火，由于二步退火工艺分别在不同腔室内进行，无需工艺条件转换准备，因而退火的总时间减少。
附图说明
图1是本发明退火方法的一种实施方式图；
图2是本发明退火方法的一种实施例采用的装置示意图。
具体实施方式
在对现有退火工艺的研究中发现，一般采用的方法都是以晶舟为单位，即同时对一个晶舟内的晶圆(一般为25片)进行退火，因而需要能够容纳晶舟的炉管。并且，由于是对25片晶圆共同进行退火，则要使得所有晶圆都处于退火工艺条件，相应的例如炉管升温的时间就较长。而当处于前述的二次退火工艺的工艺间转换时，其相应的工艺条件转换时间也必然较长，例如从温度较低的水蒸气退火到温度较高的干燥退火，必然又要经过一个较长的炉管升温的时间。
即使设置两个进行退火的炉管，其单独达到各自退火工艺条件的时间也会因是对晶舟进行而较长。因此，对整晶舟的退火，若要降低耗时，技术上实现较有难度。
参照图1所示，本发明退火方法的一种实施方式包括下列步骤：
步骤s1，在单晶圆快速热处理装置中进行水蒸汽退火；
步骤s2，在上述退火完成后，将该晶圆转移至另一单晶圆快速热处理腔室中进行干燥退火。
上述实施方式中，二步退火的工艺分别在不同的腔室内进行，各个进行晶圆退火的腔室只需调节本退火步骤的工艺条件即可，因而该二步退火工艺无需工艺条件转换准备，节约了退火的时间。
另外，由于进行退火的两个腔室为单晶圆反应腔室，当将反应晶圆置于其中进行退火时，仅有一片晶圆的反应腔室能够较快达到晶圆退火的工艺条件，从而进一步节约了退火的时间。
在一个实施例中，所述水蒸汽退火为即时蒸汽生成(ISSG，In Situ SteamGeneration)退火。
下面通过一个二步退火工艺的实例对于上述退火方法进行举例说明。
参照图2所示，所述退火方法可以在美国应用材料公司生产的Centura5000平台系统300中进行。所述平台系统300包括若干个单晶圆快速热处理腔室，例如第一腔室320以及第二腔室322。所述第一腔室320以及第二腔室322拴挂至真空转移室310(Vacuum Transfer Chamber)。另外，尚有冷却腔室(Cool Down Chamber)330以及真空晶舟隔离室(Vacuum CassetteLoadlock)340及342拴挂至真空转移室310。
用于退火的晶圆可由传送装置(图未示)送入平台系统300中的真空晶舟隔离室340或342中抽真空，并经由真空转移室310中的传送装置送入第一腔室320或第二腔室322中进行退火。而冷却腔室330则可用于晶圆退火的冷却。例如，在第一腔室320中完成退火的晶圆可以由真空转移室310中的传送装置送入冷却腔室330中冷却。
本例中假定第一腔室320用于水蒸汽退火，且为即时蒸汽生成退火；第二腔室322用于干燥退火，对所述的二步退火工艺进行进一步说明。
当晶舟(一般包括25片晶圆)由传送装置送入平台系统300的真空晶舟隔离室340后，真空晶舟隔离室340首先抽真空，然后经由真空转移室310的传送装置将第一片晶圆送入第一腔室320中。
当第一片晶圆被送入第一腔室320后，第一腔室320首先会对于晶圆进行预热以及压力调整，例如将腔室内温度升温至400-500℃，将腔室内压力调节至0.2-0.5Torr。然后通入反应气体并继续升温至设定的退火温度并维持，例如所述设定的退火温度可以为700℃。本例中用于水蒸汽退火的反应气体为N2O以及H2，其气体流量分别为：N2O，50-70sccm；H2，10-15sccm。所述反应气体在腔室内形成包含水蒸汽、氧自由基以及氢氧基的混合气体，其中以氧自由基居多，而氧自由基能够快速且均匀地接触晶圆表面，从而使得所述退火反应快速且充分。本步骤退火工艺可以改善由于应力而导致浅沟槽隔离结构的沟槽中填充物出现裂隙的问题，从而改善浅沟槽隔离结构的沟槽填充物的质量。
当所述第一片晶圆在第一腔室320中达到设定的退火时间后，第一腔室320会经由真空转移室310将第一片晶圆送至第二腔室322中，进行干燥退火。而此时，第二片晶圆也从真空晶舟隔离室340中经由真空转移室310被送至第一腔室320中，进行水蒸汽退火。
当第一片晶圆被送入第二腔室322后，第二腔室322首先会对于晶圆进行预热以及压力调整，例如将腔室内温度升温至400-500℃，将腔室内压力调节至0.5-1Torr。然后通入反应气体并继续升温至设定的退火温度并维持，例如所述设定的退火温度可以为1050℃。本例中用于干燥退火的气体为N2，其气体流量为100-150sccm。本步骤退火工艺通过高温使得浅沟槽隔离结构的沟槽填充物更加致密。
当所述第一片晶圆在第二腔室322中达到设定的退火时间后，第二腔室322会经由真空转移室310将第一片晶圆送至冷却腔室330中冷却，或送至真空晶舟隔离室342中。而此时，若第二片晶圆在第一腔室320中完成水蒸汽退火后，也可经由真空转移室310送至第二腔室322中继续进行干燥退火。如此循环往复，直到真空晶舟隔离室340中的所有晶圆都依次通过第一腔室320完成水蒸汽退火，通过第二腔室322完成干燥退火后，于真空晶舟隔离室342中汇集后，由传送装置送至下一制程的装置中。
从上述实例的实施过程中可以看到，对于每一片晶圆，其在第一腔室320中完成水蒸汽退火后，可直接于第二腔室322中继续进行干燥退火，中间无需经过工艺条件的转换准备，因而节约了整体退火的时间。并且，由于所述第一腔室320和第二腔室322均为单晶圆反应腔室，每次退火反应仅针对一片晶圆，因而反应速度较快，进一步节约了退火的时间。
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。
即使设置两个进行退火的炉管，其单独达到各自退火工艺条件的时间也会因是对晶舟进行而较长。因此，对整晶舟的退火，若要降低耗时，技术上实现较有难度。
参照图1所示，本发明退火方法的一种实施方式包括下列步骤：
步骤s1，在单晶圆快速热处理装置中进行水蒸汽退火；
步骤s2，在上述退火完成后，将该晶圆转移至另一单晶圆快速热处理腔室中进行干燥退火。
上述实施方式中，二步退火的工艺分别在不同的腔室内进行，各个进行晶圆退火的腔室只需调节本退火步骤的工艺条件即可，因而该二步退火工艺无需工艺条件转换准备，节约了退火的时间。
另外，由于进行退火的两个腔室为单晶圆反应腔室，当将反应晶圆置于其中进行退火时，仅有一片晶圆的反应腔室能够较快达到晶圆退火的工艺条件，从而进一步节约了退火的时间。
在一个实施例中，所述水蒸汽退火为即时蒸汽生成(ISSG，In Situ SteamGeneration)退火。
下面通过一个二步退火工艺的实例对于上述退火方法进行举例说明。
参照图2所示，所述退火方法可以在美国应用材料公司生产的Centura5000平台系统300中进行。所述平台系统300包括若干个单晶圆快速热处理腔室，例如第一腔室320以及第二腔室322。所述第一腔室320以及第二腔室322拴挂至真空转移室310(Vacuum Transfer Chamber)。另外，尚有冷却腔室(Cool Down Chamber)330以及真空晶舟隔离室(Vacuum CassetteLoadlock)340及342拴挂至真空转移室310。
用于退火的晶圆可由传送装置(图未示)送入平台系统300中的真空晶舟隔离室340或342中抽真空，并经由真空转移室310中的传送装置送入第一腔室320或第二腔室322中进行退火。而冷却腔室330则可用于晶圆退火的冷却。例如，在第一腔室320中完成退火的晶圆可以由真空转移室310中的传送装置送入冷却腔室330中冷却。
本例中假定第一腔室320用于水蒸汽退火，且为即时蒸汽生成退火；第二腔室322用于干燥退火，对所述的二步退火工艺进行进一步说明。
当晶舟(一般包括25片晶圆)由传送装置送入平台系统300的真空晶舟隔离室340后，真空晶舟隔离室340首先抽真空，然后经由真空转移室310的传送装置将第一片晶圆送入第一腔室320中。
当第一片晶圆被送入第一腔室320后，第一腔室320首先会对于晶圆进行预热以及压力调整，例如将腔室内温度升温至400-500℃，将腔室内压力调节至0.2-0.5Torr。然后通入反应气体并继续升温至设定的退火温度并维持，例如所述设定的退火温度可以为700℃。本例中用于水蒸汽退火的反应气体为N2O以及H2，其气体流量分别为：N2O，50-70sccm；H2，10-15sccm。所述反应气体在腔室内形成包含水蒸汽、氧自由基以及氢氧基的混合气体，其中以氧自由基居多，而氧自由基能够快速且均匀地接触晶圆表面，从而使得所述退火反应快速且充分。本步骤退火工艺可以改善由于应力而导致浅沟槽隔离结构的沟槽中填充物出现裂隙的问题，从而改善浅沟槽隔离结构的沟槽填充物的质量。
当所述第一片晶圆在第一腔室320中达到设定的退火时间后，第一腔室320会经由真空转移室310将第一片晶圆送至第二腔室322中，进行干燥退火。而此时，第二片晶圆也从真空晶舟隔离室340中经由真空转移室310被送至第一腔室320中，进行水蒸汽退火。
当第一片晶圆被送入第二腔室322后，第二腔室322首先会对于晶圆进行预热以及压力调整，例如将腔室内温度升温至400-500℃，将腔室内压力调节至0.5-1Torr。然后通入反应气体并继续升温至设定的退火温度并维持，例如所述设定的退火温度可以为1050℃。本例中用于干燥退火的气体为N2，其气体流量为100-150sccm。本步骤退火工艺通过高温使得浅沟槽隔离结构的沟槽填充物更加致密。
当所述第一片晶圆在第二腔室322中达到设定的退火时间后，第二腔室322会经由真空转移室310将第一片晶圆送至冷却腔室330中冷却，或送至真空晶舟隔离室342中。而此时，若第二片晶圆在第一腔室320中完成水蒸汽退火后，也可经由真空转移室310送至第二腔室322中继续进行干燥退火。如此循环往复，直到真空晶舟隔离室340中的所有晶圆都依次通过第一腔室320完成水蒸汽退火，通过第二腔室322完成干燥退火后，于真空晶舟隔离室342中汇集后，由传送装置送至下一制程的装置中。
从上述实例的实施过程中可以看到，对于每一片晶圆，其在第一腔室320中完成水蒸汽退火后，可直接于第二腔室322中继续进行干燥退火，中间无需经过工艺条件的转换准备，因而节约了整体退火的时间。并且，由于所述第一腔室320和第二腔室322均为单晶圆反应腔室，每次退火反应仅针对一片晶圆，因而反应速度较快，进一步节约了退火的时间。
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。
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