TWI894031B

TWI894031B - 形成半導體裝置的方法

Info

Publication number: TWI894031B
Application number: TW113141629A
Authority: TW
Inventors: 郭佳憲; 江燁瑜; 顏明正; 李俊億
Original assignee: 力晶積成電子製造股份有限公司
Priority date: 2024-10-30
Filing date: 2024-10-30
Publication date: 2025-08-11

Abstract

本揭露提供一種形成半導體裝置的方法，其包括以下步驟。將半導體基底放置於處理槽中。於處理槽中注入處理液至處理槽的第一水平高度處，使得半導體基底完全浸泡在處理液中。半導體基底以靜置在處理液中的方式進行氧化處理，以於半導體基底上形成氧化層。在氧化處理期間，處理液的溫度維持在約65℃至約85℃，且氧化處理的時間在約50分鐘至約100分鐘。

Description

形成半導體裝置的方法

本發明是有關於一種形成半導體裝置的方法，且特別是有關於一種在半導體製程中對半導體基底進行修補的製程。

在形成半導體裝置的製程中，通常會通過一道或多道半導體製程來於半導體基底中形成如隔離結構等用於界定主動區的結構或是形成如貫穿基底通孔（through substrate via，TSV）等用於電性連接的結構。然而，該些半導體製程通常包括對半導體基底進行如蝕刻等工藝，以於半導體基底中形成用於隔離結構的溝槽或是用於TSV的通孔孔洞，這將造成半導體基底在經受該工藝的表面受到一定程度的損傷。隨著電子裝置的尺寸不斷縮小且使用者對於電子裝置的性能的要求不斷提升，修補該損傷的工藝也逐漸受到重視。

本發明提供一種形成半導體裝置的方法，其藉由將半導體基底以靜置在處理液中的方式進行氧化處理，以於半導體基底的經受損傷的表面上形成所期望厚度之氧化層，如此一來，半導體基底的經受諸如蝕刻等工藝所造成的損傷能夠被有效地修補。

本發明一實施例提供一種形成半導體裝置的方法，其包括以下步驟：將半導體基底放置於處理槽中；於處理槽中注入處理液至處理槽的第一水平高度處，使得半導體基底完全浸泡在處理液中；以及半導體基底以靜置在處理液中的方式進行氧化處理，以於半導體基底上形成氧化層，其中在氧化處理期間，處理液的溫度維持在約65℃至約85℃，且氧化處理的時間在約50分鐘至約100分鐘。

在一些實施例中，氧化處理包含在對半導體基底進行的前段製程（front-end-of-line，FEOL）中和/或在對半導體基底進行的後段製程（back-end-of-line，BEOL）中。

在一些實施例中，前段製程包括在半導體基底的前側形成用於淺溝渠隔離（STI）結構的溝渠，氧化處理是在形成溝渠之後進行，以對形成有溝渠之半導體基底的表面進行修補。

在一些實施例中，後段製程包括在半導體基底的背側形成用於深溝渠隔離（DTI）結構的溝渠，氧化處理是在形成溝渠之後進行，以對形成有溝渠之半導體基底的表面進行修補。

在一些實施例中，處理液由水和過氧化氫（H ₂O ₂）所構成。

在一些實施例中，氧化層的厚度大於8 Å。

在一些實施例中，處理液通過超音波震盪器來將溫度維持在約65℃至約85℃，超音波震盪器的功率為其最大功率的50%至100%，最大功率為1200 W至2400 W。

在一些實施例中，處理液通過微波（micro-wave）或線圈加熱的方式將溫度維持在約65℃至約85℃。

在一些實施例中，當處理液在氧化處理期間由第一水平高度降至低於第一水平高度的第二水平高度處時，形成半導體裝置的方法更包括於處理槽中注入額外的處理液至處理槽的第一水平高度處。

在一些實施例中，處理液通過額外注入的處理液來將溫度維持在約65℃至約85℃。

基於上述，在上述形成半導體裝置的方法中，其藉由將半導體基底以靜置在處理液中的方式進行氧化處理，以於半導體基底的經受損傷的表面上形成所期望厚度之氧化層。如此一來，半導體基底的經受諸如蝕刻等工藝所造成的損傷能夠被有效地修補。

參照本實施例之圖式以更全面地闡述本發明。然而，本發明亦可以各種不同的形式體現，而不應限於本文中所述之實施例。圖式中的層與區域的厚度會為了清楚起見而放大。相同或相似之參考號碼表示相同或相似之元件，以下段落將不再一一贅述。

應當理解，當諸如元件被稱為在另一元件「上」或「連接到」另一元件時，其可以直接在另一元件上或與另一元件連接，或者也可存在中間元件。若當元件被稱為「直接在另一元件上」或「直接連接到」另一元件時，則不存在中間元件。如本文所使用的，「連接」可以指物理及/或電性連接，而「電性連接」或「耦合」可為二元件間存在其它元件。本文中所使用的「電性連接」可包括物理連接（例如有線連接）及物理斷接（例如無線連接）。

本文使用的「約」、「近似」或「實質上」包括所提到的值和在所屬技術領域中具有通常知識者能夠確定之特定值的可接受的偏差範圍內的平均值，考慮到所討論的測量和與測量相關的誤差的特定數量（即，測量系統的限制）。例如，「約」可以表示在所述值的一個或多個標準偏差內，或±30％、±20％、±10％、±5％內。再者，本文使用的「約」、「近似」或「實質上」可依光學性質、蝕刻性質或其它性質，來選擇較可接受的偏差範圍或標準偏差，而可不用一個標準偏差適用全部性質。

使用本文中所使用的用語僅為闡述例示性實施例，而非限制本揭露。在此種情形中，除非在上下文中另有解釋，否則單數形式包括多數形式。

圖1為本發明一實施例的形成半導體裝置的方法的流程圖。圖2A為本發明一實施例的形成半導體裝置的方法的剖面示意圖。圖2B為本發明再一實施例的形成半導體裝置的方法的剖面示意圖。圖2C為本發明另一實施例的形成半導體裝置的方法的剖面示意圖。圖2D為本發明又另一實施例的形成半導體裝置的方法的剖面示意圖。

請參照圖1以及圖2A至圖2D中的任一者，在本實施例中，形成半導體裝置的方法可包括以下步驟。

首先，將半導體基底100放置於處理槽10中（步驟S1）。

半導體基底100可包括半導體基底或半導體上覆絕緣體（semiconductor on insulator，SOI）基底。半導體基底或SOI基底中的半導體材料可包括元素半導體、合金半導體或化合物半導體。舉例而言，元素半導體可包括Si或Ge。合金半導體可包括SiGe、SiGeC等。化合物半導體可包括SiC、III-V族半導體材料或II-VI族半導體材料。III-V族半導體材料可包括GaN、GaP、GaAs、AlN、AlP、AlAs、InN、InP、InAs、GaNP、GaNAs、GaPAs、AlNP、AlNAs、AlPAs、InNP、InNAs、InPAs、GaAlNP、GaAlNAs、GaAlPAs、GaInNP、GaInNAs、GaInPAs、InAlNP、InAlNAs或InAlPAs。II-VI族半導體材料可包括CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、CdSeS、CdSeTe、CdSTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSeS、HgSeTe、HgSTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、HgZnS、HgZnSe、HgZnTe、CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdHgSeS、CdHgSeTe、CdHgSTe、HgZnSeS、HgZnSeTe或HgZnSTe。半導體材料可摻雜有第一導電型的摻雜物或與第一導電型互補的第二導電型的摻雜物。舉例而言，第一導電型可為P型，而第二導電型可為N型。

處理槽10可為任何適合置入處理液200的處理槽。舉例來說，處理槽10可由不與處理液200進行反應的材料製成。

接著，於處理槽10中注入處理液200至處理槽10的第一水平高度LV1處，使得半導體基底100完全浸泡在處理液200中（步驟S2）。在一些實施例中，處理液200可包含氧化劑和溶液。舉例來說，在半導體基底100為矽基底的情況下，處理液200可包含水（H ₂O）和過氧化氫（H ₂O ₂），而後續於步驟S3中所形成之氧化層可為氧化矽。在本實施例中，處理液200可由水（H ₂O）和過氧化氫（H ₂O ₂）所構成。處理液200中的水和過氧化氫的體積比可為1:15或1:100。

然後，半導體基底100以靜置在處理液200中的方式進行氧化處理，以於半導體基底100上形成氧化層（步驟S3）。如此一來，半導體基底100在經受諸如蝕刻等工藝所造成的損傷的表面可被其上所形成之具有期望厚度的氧化層所修補。在本實施例中，氧化層的厚度為大於8 Å（例如8.35 Å或9.85 Å）。在本實施例中，在氧化處理期間，處理液200的溫度維持在約65℃至約85℃，且氧化處理的時間在約50分鐘至約100分鐘。由於半導體基底100是以靜置的方式在處理液200中進行氧化處理，故所形成之氧化層能夠增長至製程上必要的厚度（例如大於8 Å），而不會因為在循環流動槽中進行氧化處理而使得所形成之氧化層即便在相同處理溫度和處理時間下，也無法達到製程上必要的厚度（例如所形成之氧化層的厚度為小於8 Å的5.98 Å）。

所述氧化處理可包含在對半導體基底100進行的前段製程（FEOL）中和/或在對半導體基底100進行的後段製程（BEOL）中。基於上述氧化處理的溫度是在約65℃至約85℃下進行的，故很適合整合至前段製程和/或後段製程中，而不會對整體製程的熱預算（thermal budge）造成影響。

在一些實施例中，前段製程可包括在半導體基底100的前側形成用於淺溝渠隔離（STI）結構的溝渠，所述氧化處理是在形成所述溝渠之後進行，以對形成有所述溝渠之半導體基底100的表面進行修補。舉例來說，在形成互補式金屬氧化物半導體（complementary metal-oxide-semiconductor，CMOS）的製程中，該前段製程包含了在半導體基底100的前側中形成用來界定主動區的STI結構，其中用於該STI結構的溝渠是通過對半導體基底100進行蝕刻製程而形成的，然而，該製程會對半導體基底100的表面造成損傷，故在形成氧化襯層之前，可將半導體基底100以靜置在處理液200中的方式進行氧化處理，以於半導體基底100上形成能夠修補該損傷的氧化層。

在一些實施例中，後段製程可包括在半導體基底100的背側形成用於深溝渠隔離（DTI）結構的溝渠，所述氧化處理是在形成所述溝渠之後進行，以對形成有所述溝渠之半導體基底100的表面進行修補。舉例來說，在形成背照式（backside illumination，BSI）CMOS感測器的製程中，該後段製程包含了在半導體基底100的背側中形成用來界定像素陣列的DTI結構，其中用於該DTI結構的溝渠是通過對半導體基底100進行蝕刻製程而形成的，然而，該製程會對半導體基底100的表面造成損傷，故在形成高介電常數氧化層之前，可將半導體基底100以靜置在處理液200中的方式進行氧化處理，以於半導體基底100上形成能夠修補該損傷的氧化層。

在一些實施例中，如圖2A所示，處理液200可通過超音波震盪器20來將所述溫度維持在約65℃至約85℃。在一些實施例中，超音波震盪器20的功率可為最大功率的50%至100%。在一些實施例中，最大功率可為1200 W至2400 W。在一些實施例中，處理液200可通過超音波震盪器20來將溫度維持在約80℃以上。

在一些實施例中，如圖2B或圖2C所示，處理液200可通過微波（micro-wave）或線圈加熱的方式將溫度維持在約65℃至約85℃。舉例來說，可通過磁控管（magnetron）22所產生的微波來將處理液200的溫度維持在約65℃至約85℃（如圖2B所示），或者是可通過線圈加熱器24來將處理液200的溫度維持在約65℃至約85℃（如圖2C所示）。在一些實施例中，處理液200可通過磁控管22或線圈加熱器24來將溫度維持在約80℃以上。在一些實施例中，線圈加熱器24可設計為浸泡在處理液200中或可設計為配置在處理槽10外，本發明不以此為限。

在一些實施例中，如圖2B或圖2D所示，當處理液200在氧化處理期間由第一水平高度LV1降至低於第一水平高度LV1的第二水平高度LV2處時，形成半導體裝置的方法可更包括於處理槽10中注入額外的處理液至處理槽10的第一水平高度LV1處，如此可避免處理液200在氧化處理期間（處理時間約50分鐘至約100分鐘）因處理所使用的溫度較高（例如80℃或更高），造成處理液200揮發而導致液面下降從而造成半導體基底100暴露出來的問題。在一些實施例中，通過重新添加具有所期望之溫度的額外處理液，不僅可解決液面下降的問題，其還能夠使處理液200的溫度維持在約65℃至約85℃，故可省略前述用以維持溫度的設備。在一些實施例中，即便液面沒有下降的問題，也可通過重新添加具有所期望之溫度的額外處理液來使處理液200的溫度維持在約65℃至約85℃，而多餘的處理液200可從處理槽10的頂部溢出而不會改變半導體基底100以靜置的方式在處理液200中進行氧化處理的狀態。

綜上所述，在本發明實施例的形成半導體裝置的方法中，其藉由將半導體基底以靜置在處理液中的方式進行氧化處理，以於半導體基底的經受損傷的表面上形成所期望厚度之氧化層。如此一來，半導體基底的經受諸如蝕刻等工藝所造成的損傷能夠被有效地修補。

10:處理槽 20:超音波震盪器 22:磁控管 24:線圈加熱器 100:半導體基底 200:處理液 LV1:第一水平高度 LV2:第二水平高度 S1、S2、S3:步驟

S1、S2、S3:步驟

Claims

一種形成半導體裝置的方法，包括：將半導體基底放置於處理槽中；於所述處理槽中注入處理液至所述處理槽的第一水平高度處，使得所述半導體基底完全浸泡在所述處理液中；以及所述半導體基底以靜置在所述處理液中的方式進行氧化處理，以於所述半導體基底上形成氧化層，其中在所述氧化處理期間，所述處理液的溫度維持在約65℃至約85℃，且所述氧化處理的時間在約50分鐘至約100分鐘，其中所述氧化處理包含在對所述半導體基底進行的前段製程（FEOL）中和/或在對所述半導體基底進行的後段製程（BEOL）中。
如請求項1所述的方法，其中所述前段製程包括在所述半導體基底的前側形成用於淺溝渠隔離（STI）結構的溝渠，所述氧化處理是在形成所述溝渠之後進行，以對形成有所述溝渠之所述半導體基底的表面進行修補。
如請求項1所述的方法，其中所述後段製程包括在所述半導體基底的背側形成用於深溝渠隔離（DTI）結構的溝渠，所述氧化處理是在形成所述溝渠之後進行，以對形成有所述溝渠之所述半導體基底的表面進行修補。
如請求項1所述的方法，其中所述處理液由水和過氧化氫（H₂O₂）所構成。
如請求項1所述的方法，其中所述氧化層的厚度大於8 Å。
如請求項1所述的方法，其中所述處理液通過超音波震盪器來將所述溫度維持在約65℃至約85℃，所述超音波震盪器的功率為最大功率的50%至100%，所述最大功率為1200 W至2400 W。
如請求項1所述的方法，其中所述處理液通過微波（micro-wave）或線圈加熱的方式將所述溫度維持在約65℃至約85℃。
如請求項1所述的方法，其中當所述處理液在所述氧化處理期間由所述第一水平高度降至低於所述第一水平高度的第二水平高度處時，所述方法更包括於所述處理槽中注入額外的處理液至所述處理槽的所述第一水平高度處。
如請求項8所述的方法，其中所述處理液通過額外注入的所述處理液來將所述溫度維持在約65℃至約85℃。