本發明專利技術公開一種超薄氧化層的激光處理生長方法，為解決現有超薄氧化層生長厚度難以精確控制等問題而發明專利技術。本發明專利技術超薄氧化層的激光處理生長方法為在硅片的淺表面引入氧化劑后對該硅片進行激光照射，通過激光給能促使化學反應發生而形成超薄氧化層。氧化劑的引入方法為：將硅片放置在氧化性氣氛中；或，對硅片淺表面進行低能離子注入氧元素；亦或，在硅片淺表面內低能離子注入氧元素后將該硅片放置在氧化性氣氛中。本發明專利技術超薄氧化層的激光處理生長裝置包括進氣孔、出氣孔、密封工藝腔室、載片臺、激光器和透明窗口。本發明專利技術超薄氧化層的激光處理生長方法及裝置結構合理，使用方便，可生成質量好的薄氧化層，適用于多種半導體器件中薄氧化層的制備。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種超薄氧化層的激光處理生長方法及裝置。
技術介紹
在當前主流的半導體CMOS工藝中，由于柵介質層對于器件性能的重要性，對柵氧化層生長過程及氧化層質量的要求和控制都是最為嚴格的。隨著器件尺寸的日益縮小，該薄氧化層的厚度越來越薄，通常已小于10nm。現有工藝中柵氧化層是通過熱生長方式得到的。將硅片加熱至1000°C左右，并且向反應容器中通入高純氧，使得硅表面氧化，生成柵氧化層。由于硅片表面存在約2 3nm 的自然氧化層，該層的厚度和質量都是隨機性的，不屬于工藝上可控制的范圍，因此超薄氧化層的生長成為半導體工藝中的一個技術難點。即使不存在自然氧化層因素，熱氧化過程中較高溫度(例如900°C)下氧化層生長速度很快，造成超薄氧化層生常過程不易精確控制。而如果溫度設置較低(例如800°C或以下)，則硅材料幾乎不與氧發生化學反應，又得不到氧化硅介質層。
技術實現思路
為了克服上述的缺陷，本專利技術提供一種低溫狀態下達到良好生長效果的超薄氧化層的激光處理生長方法。為達到上述目的，一方面，本專利技術提供一種超薄氧化層的激光處理生長方法，所述方法為在硅片的淺表面層引入氧化劑后對該硅片進行激光照射；所述淺表面為硅片表面O至20nm范圍內的部分。特別是，所述硅片淺表面層引入氧化劑的方法為將該硅片放置在氧化性氣氛中，并在激光照射的過程中保持該氧化性氣氛。特別是，所述硅片淺表面層引入氧化劑的方法為對該硅片淺表面進行低能離子注入氧化性元素。特別是，所述硅片淺表面層引入氧化劑的方法為在該硅片淺表面內低能離子注入氧化性元素，然后將該硅片放置在氧化性氣氛中，并在激光照射的過程中保持該氧化性氣氛。進一步,所述低能離子注入的能量小于5keV,劑量范圍在5el4cm_2至lel6cm_2之間。特別是，所述氧化性氣氛的氣壓略高于大氣壓。特別是，激光為連續激光或脈沖激光，所述激光的波長范圍在248nm至10. 6 μ m之間，激光能量密度范圍在lOOmJ/cm2至lOJ/cm2之間。另一方面，本專利技術提供一種超薄氧化層的激光處理生長裝置，所述裝置包括設有進氣孔和出氣孔的密封工藝腔室，所述腔室內設有移動式載片臺，對應所述移動式載片臺的位置處設有激光器；激光器發出的激光束能照射至移動式載片臺上的晶圓片。特別是，所述腔室上對應所述移動式載片臺的位置處設有透明窗口，所述激光器設置在腔室外，通過光路系統將激光束引至透明窗口的上方，進而透過窗口射入腔室內。 本專利技術超薄氧化層的激光處理生長方法為在硅片淺表面層引入氧化劑后對該硅片進行激光照射，實現了在低溫狀態下通過激光束給能方式進行超薄氧化層的生長，不會增加工藝流程整體的熱預算負擔，不會對已經制作完成的器件結構產生額外的熱應力損傷。本方法中氧化性氣氛的氣壓略高于大氣壓，此時密閉腔室無需非常高的氣密度即可得到工藝要求，降低了設備成本；而且當腔內氣壓略高時，腔外的雜質不能夠進入腔室內部。由于氧化性氣氛的各項參數、激光輻照的光照強度以及均勻性等都能夠得到精確的控制，因此依據本方法生成的薄氧化層在厚度、均勻性、重復性等方面可以滿足更為嚴格的要求。本專利技術超薄氧化層的激光處理生長裝置包括密封工藝腔室和激光器，將待生長薄氧化層的硅片放置在移動式載片臺上。利用密封工藝腔室保證硅片處于指定的氣氛中，通過載片臺的移動或者激光束的移動令硅片全表面得到照射，實現了本專利技術超薄氧化層的激光處理生長方法。本裝置結構合理，使用方便，成本低，超薄氧化層生長的工藝可控性好。附圖說明圖I為本專利技術方法流程示意圖。圖2為本專利技術裝置結構示意圖。具體實施例方式下面結合說明書附圖和優選實施例對本專利技術做詳細描述。優選實施例一如圖I所示，超薄氧化層的激光處理生長方法為將該硅片放置在氧氣氣氛中，并在激光照射的過程中保持該氧氣氣氛；該氧氣氣氛的氣壓略高于大氣壓。此步驟在硅片的淺表面層引入氧化劑，然后對該硅片進行激光照射。激光束斑面積為1_2，硅片為四吋片，通過移動硅片令整片都得到激光照射。所生長的氧化層達到需求的厚度后停止激光照射。激光為連續激光，是波長在I μ m左右的紅外激光，激光能量密度為800mJ/cm2。在本實施例中，通過將硅片持續放置在氧氣氣氛中實現對硅片淺表面層氧化劑的引入，這一方法簡單易行，成本低，效果良好。然后對該硅片進行激光照射，實現了在低溫狀態下通過激光束給能方式進行超薄氧化層的生長，不會增加工藝流程整體的熱預算負擔，不會對已經制作完成的器件結構產生額外的熱應力損傷。優選實施例二 超薄氧化層的激光處理生長方法為對該硅片淺表面進行低能離子注入氧元素，低能離子注入的能量為4. 6keV，劑量為lel5Cm_2。此步驟在硅片的淺表面層引入氧化劑，然后對該硅片進行激光照射。激光束斑面積為5_2，硅片為六吋片，通過移動硅片令整片都得到激光照射。所生長的氧化層達到需求厚度后停止激光照射。激光為脈沖激光，是波長為10. 6 μ m的CO2激光，激光能量密度為4. 5J/cm2。在本實施例中，通過對硅片淺表面進行低能離子注入氧元素來引入氧化劑，氧元素預先埋入硅材料中，經激光照射給能后氧元素與周圍的硅元素反應生成超薄的氧化層，所生成的超薄氧化層在厚度、均勻性、重復性等方面可控性高。優選實施例三超薄氧化層的激光處理生長方法為對該硅片淺表面進行低能離子注入氧元素，低能離子注入的能量為4. 6keV，劑量為lel5cm_2。將該硅片放置在氧氣氣氛中，并在激光照射的過程中保持該氧氣氣氛；該氧氣氣氛的氣壓略高于大氣壓。此步驟在娃片的淺表面層引入氧化劑，然后對該硅片進行激光照射。激光束斑面積為8_2，硅片為四吋片，通過移動激光束令整片都得到激光照射。所生長的氧化層達到需求厚度后停止激光照射。激光為連續激光，是波長在I μ m左右的紅外激光，激光能量密度為3. 5J/cm2。在本實施例中，通過對硅片淺表面層進行低能離子注入氧元素和將硅片持續放置在氧氣氣氛中相結合的方法實現對硅片淺表面層氧化劑的引入，結合了優選實施例一和二的優點。由于氧氣氣氛的各項參數、激光輻照的光照強度以及均勻性等都能夠得到精確的控制，因此生成的薄氧化層在厚度、均勻性、重復性等方面可以滿足更為嚴格的要求。優選實施例四超薄氧化層的激光處理生長裝置包括設有進氣孔和出氣孔的密封 工藝腔室，腔室內設有移動式載片臺，腔室內對應移動式載片臺的位置處設有激光器；激光器發出的激光束能照射至移動式載片臺上的晶圓片。操作步驟⑴向硅片2的淺表面層低能離子注入氧元素，引入氧化劑。(2)打開工藝腔室1，將硅片2放置到移動式載片臺4之上。在放置硅片期間，工藝腔室I中經過氣體入口 5通入氮氣作為保護性氣體。(3)關閉工藝腔室，通過氣體入口 5向腔室I中通入氧氣，使得腔室內部形成氧化性氣氛。當氧氣充入工藝腔室時，原先腔室中的氮氣，通過氣體出口 6被排出。(4)打開激光器光路上的快門擋板，令激光光束3照射到硅片的表面。(5)啟動移動式載片臺4進行二維掃描，開始硅片表面超薄氧化層的生長。掃描可以多遍進行，直至娃片全部表面都覆蓋滿一薄層的二氧化娃。(6)關閉激光快門擋板；換用氮氣充入工藝腔室，并且排出氧氣；打開工藝腔室I的門，取出加工好的硅片2。本實施例超薄氧化層的激光處理生長裝置結構合理，使用方便，成本低，所得到的產品性能良好。優本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種超薄氧化層的激光處理生長方法，其特征在于，所述方法為在硅片的淺表面引入氧化劑后對該硅片進行激光照射；所述淺表面為硅片表面0至20nm范圍內的部分。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：嚴利人，劉志弘，張偉，周衛，韓冰，
申請(專利權)人：清華大學，
類型：發明
國別省市：
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