[发明专利]灰化处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路加工制造技术领域，特别涉及一种半导体制造工艺的灰化处理方法。

背景技术

在65nm半导体工艺中，由于器件线度很小，常采用多晶硅预掺杂过程(Poly pre-doping process)来构造PN结。多次预掺杂过程会在晶圆表面形成掺杂物的残留杂质，该杂质包含掺杂剩余的单质磷，以及掺杂过程中生成的磷化物。因此需要在多晶硅预掺杂过程之后进行灰化处理过程，用以去除晶圆表面的杂质。在灰化处理之后，首先采用湿法蚀刻制程，然后再用多晶硅光刻制程制造出半导体集成电路晶圆。

对于N+结的多晶硅预掺杂过程来说，现有技术中常采用氧气(O₂)或氮化氢(N₂H₂)气体来进行灰化处理。但该灰化处理过程难以去除单质磷，难以将多晶硅表面残留的杂质去除干净，并最终导致半导体器件损伤。图1示出了电子显微镜下观察到的多晶硅预掺杂处理之后晶圆表面图像。图像下方为比例尺，标识长度代表1微米(um)。从图1中可以很清楚的看到晶圆表面存在直径超过1um的杂质。图2所示为对图1中的晶圆表面进行湿法蚀刻后的图像。由于湿法蚀刻之前的现有灰化处理过程没有将该杂质完全去除，湿法蚀刻后在晶圆表面原杂质所在地方形成了不规则的损伤区。图3则示出了该晶圆在多晶硅光刻后的表面图像。可以从图3中很清楚的看到，在原杂质所在地方仍然有很明显的损伤区。

由此可见，由于现有技术中的灰化处理过程不能彻底清除多晶硅预掺杂过程在晶圆表面残留的杂质，最终会导致产出的集成电路晶圆表面存在损伤 缺陷，降低了集成电路晶圆的良品率。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提出一种半导体制造工艺的灰化处理方法，可有效去除多晶硅预掺杂过程在晶圆表面留下的杂质，从而提高集成电路晶圆的良品率。

本发明实施例提出的灰化处理方法包括如下步骤：

A、在真空环境的灰化室中设置被处理体，所述被处理体为磷掺杂的多晶硅晶圆；

B、向灰化室中导入氧气、四氟化碳CF₄气体和氮化氢N₂H₂气体组成的混合气体，并将所述混合气体等离子化，从而对被处理体表面的单质磷进行灰化；

C、将被处理体置于高温环境，向灰化室中导入氧气、CF₄气体和N₂H₂气体组成的混合气体，并将所述混合气体等离子化，从而对被处理体表面的磷化物进行灰化；所述步骤B和步骤C中向灰化室导入CF₄气体的流量小于或等于30sccm。

从以上技术方案可以看出，在灰化处理过程中通常采用的氧气和氮化氢混合组成的灰化气体中混入四氟化碳，可以有效去除晶圆表面的单质磷杂质，将其转化为磷化物；然后氧气可以进一步将堆积在晶圆表面的磷化物有效地去除。因此，本发明方法可有效去除多晶硅预掺杂过程在晶圆表面留下的杂质，从而提高集成电路晶圆的良品率。

附图说明

图1为电子显微镜下观察到的多晶硅预掺杂处理之后晶圆表面沉积的杂质图像，杂质所在区域用黑色圆框标出；

图2所示为对图1所述晶圆表面进行湿法蚀刻后的晶圆表面图像，其中黑色圆框区域(对应图1中杂质所在区域)出现不规则的蚀刻表面；

图3则示出了图2所示晶圆表面在多晶硅光刻后的晶圆表面图像，其中 黑色圆框区域(对应图1中杂质所在区域)出现明显损伤；

图4为本发明实施例的灰化处理过程图；

图5至图7为采用本发明实施例的灰化处理过程，最终得到的半导体器件表面的图像，其中黑色圆框区域为出现损伤的区域，相对于图3所示的损伤区，尺度已大幅缩小。

具体实施方式

本发明实施例中的灰化处理过程中，采用的灰化反应气体包含了四氟化碳(CF₄)、氧气(O₂)和氮化氢(N₂H₂)，以替代现有技术中常用的氧气(O₂)和氮化氢(N₂H₂)组成的灰化反应气体。在灰化反应过程中，氧气(O₂)可以去除磷掺杂造成的磷化物(PR)杂质，四氟化碳(CF₄)以及氮化氢(N₂H₂)则可以去除多余的单质磷在晶圆表面形成的硬壳。