一种消除硅片表面水雾的低温热处理工艺

摘要

一种消除硅片表面水雾的低温热处理工艺，单片处理时，它包括以下步骤：将单片硅片载入炉腔，抽真空，并以氮气置换；以10～30℃/s升温速度升温到100～300℃，并恒温，恒温阶段通入臭氧气体；以10～30℃/s降温速度，降温到80℃，然后取出硅片；当多片处理时，其升温速度和恒温时间与单片处理时有些不同。本发明的优点是：加入臭氧的目的是利用臭氧氧化表面残余有机物和可溶性离子，以获得更好的硅片表面，由于气氛中加入臭氧的浓度和热处理温度都比较低，所以臭氧的存在不会影响氧化硅片表面，导致硅片表面氧化膜厚度增加，也不会影响硅片内热施主的分布，也不会影响硅片表面微粗糙度的变化，经过低温热处理后的硅片即可直接使用。

权利要求

1.一种消除硅片表面水雾的低温热处理工艺，其特征在于：它包括以下步骤：(1)、将单片硅片载入炉腔，抽真空，并以氮气置换；

(2)、以10～30℃/s升温速度升温到100～300℃，并恒温，恒温阶段通入臭氧气体，通入臭氧气体的用量与恒温阶段的氮气用量的体积比为2～10％；

(3)、以10～30℃/s降温速度，降温到80℃，然后取出硅片。

2.根据权利要求1所述的一种消除硅片表面水雾的低温热处理工艺，其特征在于：所述的(2)工序中的恒温时间，300℃的恒温温度采用5分钟的恒温时间，而低于300℃温度恒温时，恒温时间采用5～20分钟。

3.一种消除硅片表面水雾的低温热处理工艺，其特征在于：它包括以下步骤：(1)、将多片硅片载入炉腔后把炉腔内的空气排出；

(2)、在氮气保护状态下，以10～20℃/s升温速度，升温到100～300℃之间，然后恒温，恒温阶段通入臭氧气体，臭氧气体与氮气的用量体积比为2～10％；

(3)、以10～20℃/s的降温速度降温，开始降温到硅片出炉的时间间隔定为3分钟。

4.根据权利要求3所述的一种消除硅片表面水雾的低温热处理工艺，其特征在于：所述的(2)工序中的恒温时间，300℃的恒温温度采用8分钟的恒温时间，而低于300℃温度恒温时，恒温时间采用8～23分钟。

说明书

一种消除硅片表面水雾的低温热处理工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及一种集成电路用硅抛光片的低温热处理工艺，以消除硅片表面“水雾”而避免硅片被重新清洗、甚至再次抛光。

背景技术

[0002] 随着微电子技术的发展，光刻的特征线宽越来越小，人们对硅片表面小直径的颗粒的控制也越来越严格。表面颗粒是已经硅片制造过程中一项重要的控制参数，为保证硅片表面颗粒，硅片在经过抛光后要在超净环境下清洗、检测，然后密封包装。但是在硅片的储存、运输过程中，外包装的泄露或者封装前由于环境湿度过大，导致硅片表面吸附空气中的水汽，而在硅片表面凝结，在激光颗粒计数仪显示为颗粒和雾缺陷，颗粒的直径在0.1-0.3um，数量达几万个。但是分析这些缺陷的信噪比，发现这些缺陷的的噪比比较低，属于系统的错误信号。

[0003] 硅片表面的水雾由很多因素造成，但是硅片的封装起着主要作用，硅片的标准封装包括三个部分：干燥剂、内包装、外包装。研究发现同样硅片，如果经过很好的密封包装，硅片可以保存18各月，但是如果包装上有“针眼”或者破裂，环境中的水汽就在硅片表面生成水雾。研究发现经过严格包装质量控制的硅片，表面金属、颗粒、氧化层厚度保持的很稳定。但是也发现，如果使用错误的包装方法，一定量的有机物和离子会出现在硅片表面，而且表面会产生100,000个直径在0.1-0.3μm范围的颗粒。

[0004] 水雾形成的一种解释为：在较高湿度下，亲水硅片的表面会有微小水珠的凝结。这些水珠会导致硅片表面水溶性沾污(有机挥发物和清洗残留的水溶性离子)和环境中的带电离子在硅片在相应位置聚集形成颗粒。硅片表面水溶性杂质导致的颗粒主要受到硅片表面杂质的浓度、环境湿度、以及环境中带电离子的影响。

[0005] 水雾形成的另一种解释为：在硅片抛光和清洗中氢原子或者氢分子扩散到硅片体内，且和掺杂原子形成复合体。在硅片储存期间，扩散到硅片内部的氢-掺杂剂复合体分解，且释放到硅片表面。释放到硅片的氢会和环境中的氧或者水汽反应，导致硅片表面生长凸起的硅化物。使用激光颗粒计数仪扫描这些颗粒时，这些凸出的硅化物会反射激光，被激光颗粒计数仪默认为颗粒。所以在激光颗粒计数仪下扫描生长水雾后的硅片，发现硅片表面出现几万个小颗粒。

[0006] 硅片表面由空气湿度增加而导致的颗粒和水雾可以通过HF的漂洗+正常的SC1和SC2清洗，然后干燥可以有效去除。但是多次清洗一般都增加硅片表面的微粗糙度。本发明提供一种低温热处理工艺来消除由环境湿度所导致表面颗粒增加的问题。不仅消除了表面水雾，而且不会增加硅片表面的粗糙度和金属沾污。

发明内容

[0007] 本发明的目的是提供一种消除硅片表面水雾的低温热处理工艺，消除硅片表面的水雾缺陷，提高硅片的利用率。

[0008] 为达到上述发明的目的，本发明采用以下技术方案：

[0009] 本发明是一种低温热处理工艺，热处理可以在单片炉腔内进行，也可以在卧式炉中批量处理。根据需要热处理的硅片的数量和实际条件，可以选择不同的热处理方式。对于小量的硅片可以使用单片处理，这样可以达到节约时间和节能的目的。而对于大量的硅片，可以在热处理炉腔内采用批量处理工艺，即一定数量的硅片(如50片，100片或者更多，硅片的处理量由设备的容量决定)一次处理，达到快速和节能的目的。

[0010] 这种消除硅片表面水雾的低温热处理工艺，单片处理时，它包括以下步骤：

[0011] (1)、将单片硅片载入炉腔，抽真空，并以氮气置换；

[0012] (2)、以10～30℃/s升温速度升温到100～300℃，并恒温，恒温阶段通入臭氧气体；

[0013] (3)、以10～30℃/s降温速度，降温到80℃，然后取出硅片。

[0014] 这种消除硅片表面水雾的低温热处理工艺，多片处理时，它包括以下步骤：

[0015] (1)、将多片硅片载入炉腔后把炉腔内的空气排出；

[0016] (2)、在氮气保护状态下，以10～20℃/s升温速度，升温到100～300℃之间，然后恒温，恒温阶段通入臭氧气体；

[0017] (3)、以10～20℃/s的降温速度降温，开始降温到硅片出炉的时间间隔定为3分钟。

[0018] 具体的工艺方法：

[0019] 对于单片热处理炉腔，炉腔为冷壁，且采用卤素灯加热，能量直接被硅片吸收。利用单片炉可以很好的控制硅片加热的温度，升温速度和恒温温度。当硅片被载入炉腔后，通过抽真空和氮气置换将炉腔内的空气置换成氮气环境。然后以10-30℃/s升温速度升温到100-300℃恒温，恒温一定时间后以10-30℃/s降温速度降温到80℃，然后取出硅片。恒温时间主要取决于恒温温度，降低恒温温度相应的要延长恒温时间。300℃的恒温温度一般采用5分钟的恒温时间，而300℃以下的温度恒温时，恒温时间一般取5-20分钟，具体的恒温时间取决于恒温温度。在整个升温、恒温和降温的过程中需要通入氮气做保护气氛。臭氧在恒温过程中通入，通入臭氧的用量与恒温时的氮气用量的体积比为2-10％。如果臭氧的比例过高，会导致硅片表面出现氧化膜，恒温结束后停止臭氧通入。

[0020] 对于大量硅片的批量处理工艺，需要将硅片载入炉腔后把炉腔内的空气排出。然后以10-20℃/s升温速度升温到100-300℃之间后恒温。由于卧式炉中硅片的数量较多，需要降低升温速度，以保证内部硅片均匀受热。恒温时间主要由恒温温度来决定，降低恒温温度相应的要延长恒温时间。相比单片工艺，卧式炉的恒温温度要比单片炉的恒温时间延长3分钟，即300℃的恒温温度需要恒温8分钟，而300℃以下的温度恒温的恒温时间为8-23分钟，具体的恒温时间取决于恒温温度。整个工艺过程从升温到降温结束都处于氮气的保护状态，恒温开始时即通入臭氧，臭氧和氮气的体积比为2％-10％。如果臭氧的比例过高，会导致硅片表面出现氧化膜。恒温结束后，停止臭氧通入，且以10-20℃/s的降温速度降温。降温过程中需氮气流量，以促进降温和臭氧的稀释。开始降温到硅片出炉的时间间隔定为3分钟左右，以保证炉腔内臭氧已经全部被氮气吹走不会进入空气中。

[0021] 本发明的优点：经过低温热处理后的硅片即可直接使用，由于气氛中加入臭氧的浓度和热处理温度都比较低，所以臭氧的存在不会影响氧化硅片表面，导致硅片表面氧化