通过生长具有定制的厚度分布的牺牲膜层而进行材料平面化的方法技术

在形成半导体晶片上表面的材料上生长牺牲平面化层的方法，包括：（ａ）测定所述材料的不均匀厚度分布；（ｂ）基于所述不均匀厚度分布选择一个或多个工艺参数值，从而对所述材料进行平面化处理；以及（ｃ）采用湿式氧化法根据所述不均 匀分布在晶片的上表面上生长牺牲平面化层，其中的所述牺牲平面化层消耗了部分材料而实现对所述材料的平面化处理。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过生长具有定制的厚度分布的牺牲膜层而进行材料平面化的方法和装置专利技术背景
本专利技术的实施方式一般涉及衬底处理。更具体地，本专利技术的实施方式涉及通过氧化和去除氧化物而对层进行平面化处理的。
技术介绍
在集成电路和其他电子器件的制造中，将导电、半导电和介电材料的多个层沉积在衬底表面上或者从衬底表面上去除。可以通过许多沉积技术来沉积导电、半导电和介电材料的薄层。现代处理工艺中的普通沉积技术包括物理气相沉积(PVD)(亦称为溅射法)、化学气相沉积(CVD)，等离子体增强化学气相沉积(PECVD)以及电化学电镀(ECP)。当依次沉积和去除各层材料时，衬底的最上层表面的整个表面可能变得不平坦，因而需要进行平面化处理。对表面进行平面化处理，或“抛光”表面，是一种将材料从衬底表面上去除的处理过程，从而形成一个大致均匀的平坦表面。平面化处理用于去除不希望的表面形貌和表面缺陷，例如粗糙表面、结块材料、晶格损伤、划伤以及受污染的层或材料。平面化处理也用于通过去除多余的沉积材料而在衬底上形成部件的过程中，以填充部件，并为后续各级别的金属化和处理提供一个均匀表面。而且，平面化对于保证光刻设备的正确调焦是至关重要的。对晶片进行平面化处理的传统抛光技术包括化学机械抛光(CMP)，电化学机械抛光(ECMP)等。CMP和ECMP都采用在流体环境中抛光晶片的抛光垫。典型地，衬底载体或抛光头安装在一个载体组件上，并被设置成与抛光垫相接触。载体组件向衬底提供一个可控压力，从而将衬底压靠在抛光垫上。外部驱动力使该垫相对于衬底运动。化学-->行为、电学和/或机械行为会对抛光产生影响。然而在某些情况下，已经证明了传统抛光技术并不够用。一个例子就是采用硅晶片或衬底的情况。硅晶片的例子包括外延(Epi)晶片以及绝缘体硅(SOI)晶片。尽管也可使用其它方法，但通常利用像CMP之类的技术来抛光这样的晶片。然而，虽然这样的传统抛光技术消除了纳米级的表面粗糙度，但它们可能导致其它表面不均匀，并使膜的厚度出现不可接受的偏差。因此，需要一种对材料特别是对硅进行平面化处理的方法和装置。
技术实现思路
本专利技术一般涉及牺牲平面化膜的形成。一个实施方式提供了一种在形成半导体晶片的上表面的材料上生长牺牲平面化层的方法。该方法包括：测定该材料的不均匀厚度分布；基于不均匀厚度分布选择一个或多个工艺参数值，从而对所述材料进行平面化处理；以及根据所述不均匀分布，利用湿式氧化法在晶片的上表面上生长牺牲平面化层，其中的牺牲平面化层消耗所述材料的一部分而实现其平面化。另一个实施方式提供了一种对具有不均匀形貌分布的晶片材料进行平面化处理的方法。该方法包括：将晶片放置在腔室中；建立包含蒸汽的环境，从而根据不均匀的形貌分布对晶片材料进行平面化消耗；将晶片暴露到包含蒸汽的环境中，由此在晶片材料上形成牺牲平面化层；以及去除牺牲平面化层。在本文中，“平面化消耗”是指在晶片材料和牺牲平面化层之间的界面处完成的平面化，结果是通过去除牺牲平面化层而使晶片材料的表面相对更加平坦。对具有不均匀形貌的晶片材料进行平面化处理的另一种方法包括：将晶片放置在腔室中，根据不均匀形貌在晶片材料上生长牺牲平面化层，从而引起对晶片材料的平面化消耗，以及去除牺牲平面化层。生长牺牲平面化层的步骤可包括：(a)在选择的腔室压力下将晶片暴露到第一含氧环境中，从而引起对晶片材料的平面化消耗，同时在整个晶片上保持基本恒定的温度分布；以及(b)将晶片暴露到第二含氧环境中，同时在整个晶片上保持不均匀的温度分布，从而引起对晶片材料-->的平面化消耗。对包括具有不均匀形貌分布的晶片材料的晶片进行平面化处理的另一种方法包括：将晶片放置在腔室中；使一种含氧流体流入腔室中，从而在腔室中建立含氧环境；将晶片暴露到含氧环境；控制晶片温度，并控制腔室压力和含氧流体流动速度中的至少一个，从而根据不均匀形貌分布对晶片材料进行平面化消耗，并在晶片材料上形成牺牲平面化层；以及去除牺牲平面化层。对晶片的上含硅层进行平面化处理的另一种方法包括：测定晶片的目标氧化物分布；基于目标氧化物分布选择一个或多个工艺参数值，其中的工艺参数值选自腔室压力以及含氧流体流动速度中的至少一个；将晶片放置于氧化物生长腔室中；使含氧流体以约10SLM-约40SLM的流动速度流入腔室中，从而在腔室中建立含氧环境，腔室压力小于约100托(Torr)，优选小于30Torr，且更优选地为约6Torr-约14托(Torr)；在氧化物生长过程中保持腔室压力和晶片温度达约30秒到几分钟(优选小于或等于约90秒)以允许消耗一部分含硅层，从而根据所述目标氧化物分布对含硅层进行平面化消耗，并引起形成牺牲平面化层；以及去除牺牲平面化层。在一个实施方式中，含氧流体具有约10％到约33％的H2。另一种实施方式提供了一个系统，其包括：氧化物生长腔室；晶片支撑件，其适于支撑具有形貌分布不均匀的材料的晶片；流体传递系统，其与氧化物生长腔室作流体式相连；以及控制器系统，其被设置成接收目标氧化物分布作为输入，并且至少控制：(i)来自流体传递系统的一种或多种流体的流动速度，从而在氧化物生长腔室中建立含氧环境；以及(ii)腔室压力。选择流动速度和腔室压力中至少一个来根据目标氧化物分布消耗所述晶片上的材料，藉此在所述材料上形成牺牲平面化层。附图说明上文已经简要地描述了本专利技术，但是为了更详细地理解本专利技术上面所述的特征，将参照具体实施方式对本专利技术作更加具体的描述，附图中示出了一些实施方式。然而需要说明的是，附图仅仅描述了本发-->明的典型实施方式，因此不能被认为是限制了本专利技术的范围，因为本专利技术可以包容其它等效的实施方式。图1是流程图，示出了用于生长和去除牺牲氧化物的方法的一个实施方式。图2示出了快速加热装置，其能够根据本专利技术实施方式进行氧化处理工艺。图3示出了图2快速加热装置中光源的布置。图4是说明一种氧化法的流程图。图5A是氧化前半导体晶片或衬底的剖视图。图5B是剖视图，示出了通过一个氧化工艺在图5A的衬底上形成了氧化物。图6示出了局部压力为150托(Torr)的各种O2/H2浓度比情况下所产生的爆炸压力。图7示出了在各种H2/O2浓度比情况下，氧化物厚度与反应气体局部压力的关系曲线。图8示出了氧化物厚度与H2/O2反应气体浓度比的关系曲线。图9示出了在各种浓度比和反应气体局部压力情况下，氧化物厚度与氧化时间的关系曲线。图10示出了氧化物厚度与处理气体总流速的关系曲线。图11示出了进行原位蒸汽生成(ISSG)工艺之前的晶片分布与期望的氧化物分布的比较曲线。图12是曲线图，示出了总气体流速对氧化物厚度的影响。图13是曲线图，示出了压力对氧化物厚度的影响。图14是曲线图，示出了两步压力变化法对氧化物厚度的影响。图15比较了期望的氧化物厚度分布与两个测试晶片的实验结果。图16示出了实验结果的曲线，说明了对硅分布均匀性有所改进。图17是快速加热装置的一个实施方式，该快速加热装置能够实施根据本专利技术实施方式的氧化法。图18示出了本专利技术的一个示例性的群集工具。图19示出了利用SOI晶片制造的一个示例性晶体管。图20示出了SOI晶片的应用。-->优选实施方式的详述本专利技术描述了一种用于原位氧化处理和后续氧化物去除的方法和装置。为了更彻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.在形成半导体晶片上表面的材料上生长牺牲平面化层的方法，包括：(a)测定所述材料的不均匀厚度分布；(b)基于所述不均匀厚度分布选择一个或多个工艺参数值，从而对所述材料进行平面化处理；以及(c)采用湿式氧化法根据所述不均匀分布在晶片的上表面上生长牺牲平面化层，其中的所述牺牲平面化层消耗了部分材料而实现对所述材料的平面化处理。2.根据权利要求1所述的方法，其中，选择一个或多个工艺参数值包括选择晶片温度值、气体流动速度、腔室压力和处理时间中的至少一个。3.根据权利要求1所述的方法，其中，选择一个或多个工艺参数值包括选择约600℃-约1250℃之间的晶片温度值。4.根据权利要求1所述的方法，其中，选择一个或多个工艺参数值包括选择约2SLM-约50SLM之间的氧气流动速度。5.根据权利要求1所述的方法，其中，选择一个或多个工艺参数值包括选择约1000℃-约1150℃之间的晶片温度值，约10SLM-约40SLM之间的氧化气体流动速度，约6Torr-约14Torr之间的腔室压力，约30秒-约90秒之间的处理时间，以及具有约10％-约33％之间的H2的氧化混合浓度。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述牺牲平面化层是氧化物。7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述材料是硅，而所述牺牲平面化层是二氧化硅。-->8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述晶片是绝缘体上硅晶片。9.根据权利要求1所述的方法，其中，采用湿式氧化法的生长步骤包括将所述材料暴露到蒸汽中。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述蒸汽由来自所述晶片的热能在原位生成。11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述蒸汽在原位外生成，然后被传送到装有所述晶片的反应区内。12.根据权利要求1所述的方法，进一步包括，(d)去除所述牺牲平面化层。13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括，在所述晶片上反复生长和去除牺牲平面化层。14.根据权利要求12所述的方法，进一步包括，重复步骤(a)-(d)。15.对具有不均匀形貌分布的晶片材料进行平面化处理的方法，包括：将晶片放置在腔室中；建立含蒸汽的环境，从而根据所述不均匀形貌分布对所述晶片材料进行平面化消耗；将所述晶片暴露到所述含蒸汽的环境中，由此在所述晶片材料上形成牺牲平面化层；以及去除所述牺牲平面化层。16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述牺牲平面化层是氧化物。-->17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述材料是硅，而所述牺牲平面化层是二氧化硅。18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述晶片是绝缘体上硅晶片。19.根据权利要求15所述的方法，其中，建立所述包含蒸汽的环境的步骤包括对所述腔室加压至选择的腔室压力，从而引起对材料的平面化消耗。20.根据权利要求15所述的方法，其中，建立所述包含蒸汽的环境的步骤包括使含氧流体以选择的速度流入到所述腔室内，从而引起对材料的平面化消耗。21.根据权利要求15所述的方法，其中，建立所述包含蒸汽的环境的步骤包括使具有选择浓度的氧化流体流入所述腔室内，从而引起对材料的平面化消耗。22.根据权利要求15所述的方法，进一步包括，产生跨过晶片的温度梯度，其中选择该温度梯度以至少部分地引起材料的平面化消耗。23.根据权利要求15所述的方法，进一步包括，在所述晶片上反复生长和去除牺牲平面化层，直到获得期望的形貌分布。24.根据权利要求15所述的方法，进一步包括，在将所述晶片暴露到所述包含蒸汽的环境中之前，先测定材料的所述不均匀形貌分布。25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述的包含蒸汽的环境至少在部分程度上由腔室压力所定义，所述的腔室压力基于测定的材料形貌分布而选择，从而引起对材料的平面化消耗。-->26.根据权利要求24所述的方法，其中所述包含蒸汽的环境至少在部分程度上由流入所述腔室内的含氧气体所定义，所述的含氧流体的流动速度根据所测定的材料的不均匀形貌分布而选择，从而引起对材料的平面化消耗。27.根据权利要求24所述的方法，其中测定材料的所述不均匀形貌分布的步骤在所述腔室内进行。28.对具有不均匀形貌的晶片材料进行平面化处理的方法，该方法包括：将具有所述晶片材料的晶片放置在腔室中，根据所述不均匀形貌在所述晶片材料上生长牺牲平面化层，从而引起对所述晶片材料的平面化消耗，其中生长所述牺牲平面化层的步骤包括：(a)在选择的腔室压力下将所述晶片暴露到第一含氧环境中，从而引起对所述晶片材料的平面化消耗，同时，在整个所述晶片上保持基本恒定和均匀的温度分布；以及(b)将所述晶片暴露到第二含氧环境中，同时，在整个所述晶片上保持不均匀的温度分布，从而引起对所述晶片材料的平面化消耗；以及去除所述牺牲平面化层。29.根据权利要求28...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·S·阿褚沙拉曼，J·查辛，H·福斯特纳，
申请(专利权)人：应用材料有限公司，
类型：发明
国别省市：