专利名称：：灰化处理方法
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(Polypre-dopingprocess)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(02)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l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lum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。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。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，尺度已大幅縮小。具体实施例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(02)和氮化氢(N2H2)，以替代现有技术中常用的氧气(02)和氮化氢(N2H2)组成的灰化反应气体。在灰化反应过程中，氧气(02)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。根据本领域的一般认识，由于四氟化碳(CF4)气体会与硅发生反应从而对晶圆造成损伤，因此很少被用于半导体前端处理的灰化过程中。在本发明实施例中，四氟化碳(CF4)气体的流量被严格控制在30sccm以下，从而使得四氟化碳(CF4)气体既可以起到去除多余磷的作用，又避免了四氟化碳(CF4)气体与硅反应而造成晶圆损伤。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细阐述。本发明实施例的灰化处理过程在灰化反应室(简称为灰化室)中进行。灰化室中有一个用于放置被处理体(晶圆)的载物台。载物台上还有一个支撑台(Pinup)，被处理体被放置在支撑台上，并且根据需要支撑台可以升高或降低。载物台在灰化反应过程中温度通常设置为250摄氏度，支撑台升高可以使被处理体远离载物台而出于较低温度下；支撑台降低则被处理体处于250摄氏度的环境下。一个气体导入系统，用于导入气体至放置在载物台上的被处理体附近；一个等离子体激发系统，包含两个射频激发器(RF1和RF2)用于将灰化室中的气体部分电离形成等离子体。一个气体导出系统，连接真空泵，用于抽取灰化室中的气体。本发明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、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，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。较佳地，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。所述步骤C中向灰化室导入CF4气体的流量小于所述步骤B中向灰化室导入CF4气体的流量。所述步骤C中向灰化室导入N2H2气体的流量小于所述步骤B中向灰化室导入N2H2气体的流量。所述步骤B之前进一步包括向灰化室内导入氧气和CF4气体的混合气体，使灰化室的等离子激发系统的功率设置为工作状态，然后将所述等离子激发系统设置为非工作状态。在所述步骤C之后，进一步包括向灰化室内通入氧气。本发明实施例的灰化处理过程如图4所示，处理过程中，载物台温度始终保持为250摄氏度。其它各项参数如表l所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表1具体过程如图4所示，包括如下步骤步骤1:将被处理体置于真空的灰化室中的载物台的支撑台上，支撑台处于升起的状态，气体导入系统向灰化室通入氧气。灰化室的压强达到1000毫特斯拉(mT)，氧气的流量为6000sccm。步骤2:向灰化室通入氧气和四氟化碳(CF4)气体的混合气体，其中氧气的流量为4000sccm，四氟化碳(CF4)流量为20sccm。灰化室的等离子体激发系统RF1和RF2的功率设置为700W，并保持5秒，使得灰化室中的气体被电离形成等离子体，然后将等离子激发系统的功率变为O，并延迟15秒。气体导出系统同时工作，使得反应室的气压变为350mT。步骤3:向灰化室通入氧气、四氟化碳(CF4)气体和氮化氢(N2H2)气体，其中氧气的流量为6000sccm，四氟化碳(CF4)气体的流量为30sccm，氮化氢(N2H2)气体的流量为600sccm。气体导出系统同时工作，使得反应室的气压变为500mT。等离子体激发系统的RFl和RF2的功率设置为IIOOW。本步骤持续120秒。本步骤的目的是在低温环境下除去被处理体表面多余的单质磷形成的硬壳。本步骤中的四氟化碳(CF4)气体流量是所有步骤中最多的，以便能够尽可能多地除去单质磷。CF4与单质磷反应生成磷化物杂质PF3并堆积在被处理体表面。步骤4:支撑台下降，使得被处理物处于高温环境。减小向灰化室中通入气体的四氟化碳(CF4)气体以及氮化氢(N2H2)的含量，其中氧气的流量为8000sccm，四氟化碳(CF4)气体的流量为20sccm，氮化氢(N2H2)气体的流量为200sccm。灰化室的压强变为550mT，等离子激发系统的RF1和RF2的功率设置为IOOOW。本步骤持续70秒。步骤5:进一步降低四氟化碳(CF4)气体的流量至15sccm，氮化氢(N2H2)气体的流量保持为200sccm，氧气流量变为6000sccm。灰化室的压强保持为550mT，等离子激发系统的RF1和RF2的功率设置为IOOOW。步骤4和步骤5的作用是去除被处理物表面堆积的磷化物杂质。步骤6:继续向灰化室中通入氧气，流量为8000sccm。关闭等离子激发系统，灰化室的压强恢复到反应前的1000mT。本步骤持续2秒。然后关闭气体导入系统，结束灰化过程。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分别如图5至图7所示，其比例尺与前述图1至图3—致。图中所示中央部分在灰化处理前均具有与图l所示表面直径类似的杂质附着。然而通过本发明实施例的灰化处理后最终得到的半导体表面与前述图3中的半导体器件表面相比，表面损伤的程度大大降低。根据通电测试的实验结果，本发明实施例的灰化处理方法可以解决由于杂质去除不彻底造成的多晶硅损伤问题，并且不会影响到器件的其它参数。同等条件下，半导体器件的良品率比现有技术提高约10%。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。权利要求一种灰化处理方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤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。2.根据权利要求1所述的灰化处理方法，其特征在于，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。3.根据权利要求2所述的灰化处理方法，其特征在于，所述步骤C中向灰化室导入CF4气体的流量小于所述步骤B中向灰化室导入CF4气体的流量。4.根据权利要求2所述的灰化处理方法，其特征在于，所述步骤C中向灰化室导入N2H2气体的流量小于所述步骤B中向灰化室导入N2H2气体的流量。5.根据权利要求1所述的灰化处理方法，其特征在于，所述步骤B之前进一步包括向灰化室内导入氧气和CF4气体的混合气体，使灰化室的等离子激发系统的功率设置为工作状态，然后将所述等离子激发系统设置为非工作状态。6.根据权利要求1至5任一项所述的灰化处理方法，其特征在于，在所述步骤C之后，进一步包括向灰化室内通入氧气。全文摘要本发明公开了一种灰化处理方法，所述方法包括如下步骤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。本发明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。文档编号H01L21/00GK101740333SQ200810226329公开日2010年6月16日申请日期2008年11月13日优先权日2008年11月13日发明者杜姗姗,韩保东,韩秋华申请人:中芯国际集成电路制造(北京)有限公司