一种半导体钝化装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种半导体生产加工领域，尤其涉及一种半导体钝化装置，主要用于外延硅片的钝化。


背景技术：

2.在半导体制造领域，会应用到硅片表面钝化的工艺，即是在硅片表面生成一层惰性薄层物质。其中一个应用实例是外延硅片的表面钝化，生成一层氧化硅层。外延硅片外延层的电阻率测量经常采用汞探针-cv测量方法(mcv)，即使用mcv设备进行测试，测试前需要预先在外延硅表面生成一层均匀、洁净的氧化硅后，才可以进行测量。传统方法常用的氧化剂有铬酸、双氧水等。臭氧是一种氧化性强的氧化剂，能与外延片表面的物质发生氧化还原反应，产生一层非常薄的氧化物层。采用臭氧做氧化剂具有工艺过程简单，低排放、低成本的好处，但应用在mcv-cv测量时，常会碰到测量数据质量不理想的情况，常会存在某些区域测量不出数据或测量结果不准确的现象。因此，如今解决上述技术问题，是本领域技术人员需要努力的方向。


技术实现要素：

3.本实用新型目的是提供一种半导体钝化装置，通过使用该结构，增强了臭氧的氧化能力，改变钝化工艺效果，如提高钝化工艺中氧化物层的厚度、致密度及亲水性，进而提高mcv测试的精确性和稳定性。
4.为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种半导体钝化装置，包括对半导体硅片钝化的反应腔室及提供含臭氧流体的臭氧提供机构；
5.还设有提供气态化学流体的气态化学流体提供机构，所述臭氧提供机构提供的含臭氧流体与所述气态化学流体提供机构提供的气态化学流体混合后，经连接管路送入至所述反应腔室内。
6.上述技术方案中，所述气态化学流体提供机构包括存储容器，所述存储容器内存储有液态化学流体；
7.所述存储容器上连接有第一管路，所述第一管路的一端与所述臭氧提供机构的出气端相连，所述第一管路的另一端插入至所述存储容器内，且所述第一管路的端部插设于所述液态化学流体的液面下方；所述反应腔室经所述连接管路与所述存储容器相连通，且所述连接管路的端部设置于所述液态化学流体液面的上方。
8.上述技术方案中，所述第一管路的端部经一鼓泡器插设于所述液态化学流体的液面下方。
9.上述技术方案中，所述臭氧提供机构提供的含臭氧流体经过所述第一管路送入至所述液态化学流体内，带动部分液态化学流体混合于所述含臭氧流体内，并经所述连接管路输送于所述反应腔室内。
10.上述技术方案中，所述气态化学流体提供机构包括提供液态化学流体的存储容器
及将液态化学流体转换为气态化学流体的转换机构，所述转换机构与所述存储容器相连，所述臭氧提供机构提供的含臭氧流体与所述转换机构转换的气态化学流体混合后，经所述连接管路送入至所述反应腔室内。
11.上述技术方案中，所述转换机构包括雾化器，所述雾化器上设有第一进口、第二进口及雾化出口，所述第一进口经第三管路与所述存储容器相连，所述存储容器内的液态化学流体经所述第三管路输送于所述雾化器内，并经所述雾化器雾化为气态化学流体；所述第二进口经第四管路与所述臭氧提供机构相连，所述臭氧提供机构提供的含臭氧流体经所述第四管路输送于所述雾化器内；所述雾化出口经所述连接管路与所述反应腔室相连，所述雾化出口将气态化学流体及含臭氧流体通过所述连接管路送入至所述反应腔室内。
12.上述技术方案中，所述存储容器上还连接有一氮气管，所述氮气管的外端与一氮气源相连，所述氮气源推动所述存储容器内的液态化学流体输送于所述转换机构内。
13.上述技术方案中，所述气态化学流体提供机构至少为两组，所述臭氧提供机构与所述气态化学流体提供机构数量相匹配，还设有一混合容器，每组所述转换机构上连接有一中间管，所述臭氧提供机构与所述中间管相连，所述中间管的端部与所述混合容器的进口相连，所述混合容器的出口经所述连接管路与所述反应腔室相连。
14.上述技术方案中，每组所述臭氧提供机构提供的含臭氧流体与对应所述转换机构提供的气态化学流体在所述中间管内进行一次混合后，并经所述中间管送入至所述混合容器内进行二次混合。
15.上述技术方案中，所述臭氧提供机构为臭氧发生器。
16.上述技术方案中，所述气态化学流体为能够与臭氧混合的蒸汽形态的气态化学流体。
17.上述技术方案中，所述气态化学流体为硝酸、盐酸、ipa、丙酮、氨水、钠盐以及其它碱液中的一种或多种。
18.本实用新型还提供了一种半导体钝化工艺，其采用上述的半导体钝化装置，其步骤为：
19.①
臭氧提供机构提供含臭氧流体，气态化学流体提供机构提供气态化学流体；
20.②
含臭氧流体和气态化学流体混合之后，送入至反应腔室内；
21.③
混合气体进入反应腔室内，与半导体硅片表面反应，在半导体硅片表面形成一层氧化物层，实现半导体硅片表面的钝化。
22.上述技术方案中，所述半导体硅片为外延硅片。
23.由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：
24.1.本实用新型中通过臭氧提供机构提供含臭氧流体，再利用气态化学流体提供机构提供气态化学流体，与含臭氧流体混合成的气态化学反应流体，用于和半导体硅片，特别是外延硅片的外延层发生氧化反应，气态化学流体的加入，改变原有含臭氧流体的氧化环境，继而改变对半导体硅片钝化的效果，改变生成的薄层的物理和化学性质，如：产生更厚、更致密的氧化物层，表面的电荷更均匀和稳定，使后续进行的mcv测量能够更加准确，进而提高测试精确性和稳定性；
25.2.本实用新型中含臭氧流体可以直接通入到液态化学流体内，然后使得液态化学流体直接混入到含臭氧流体内，形成气态化学流体，直接被送入到反应腔室内和半导体硅
片进行钝化反应，效率高，成本低廉；
26.3.本实用新型中还可以采用雾化器将液态化学流体雾化为气态化学流体，然后再和含臭氧流体进行混合，优化混合效果，结构简单，易于实现，成本也低廉；
27.4.本实用新型中气态化学流体可以为一种或者多种，含臭氧流体能够和一种或多种气态化学流体混合，用以改变含臭氧流体对硅片的氧化效果，提高效率，提高后续mcv测量精度和质量。
附图说明
28.图1是本实用新型实施例一中的结构示意图；
29.图2是本实用新型实施例二中的结构示意图；
30.图3是本实用新型实施例三中的结构示意图。
31.其中：1、反应腔室；2、臭氧提供机构；3、连接管路；4、阀门；5、存储容器；6、转换机构；7、液态化学流体；8、第三管路；9、第四管路；10、氮气管；11、氮气源；12、混合容器；13、中间管；14、第一管路；15、鼓泡器。
具体实施方式
32.下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：
33.实施例一：参见图1所示，一种半导体钝化装置，包括对半导体硅片钝化的反应腔室1及提供含臭氧流体的臭氧提供机构2；其中，所述臭氧提供机构为臭氧发生器。
34.所述气态化学流体为能够与臭氧混合的蒸汽形态的气态化学流体。所述气态化学流体可为硝酸、盐酸、ipa、丙酮、氨水、钠盐以及其它碱液中的一种或多种。
35.还设有提供气态化学流体的气态化学流体提供机构，所述臭氧提供机构提供的含臭氧流体与所述气态化学流体提供机构提供的气态化学流体混合后，经连接管路3送入至所述反应腔室内。其中，为了调节钝化反应速度，会在连接管路上设置阀门4，用于控制混合气体进入到反应腔室内的速度和流量。
36.本实用新型还提供了一种半导体钝化工艺，其采用上述半导体钝化装置，其步骤为：
37.①
臭氧提供机构提供含臭氧流体，气态化学流体提供机构提供气态化学流体；
38.②
含臭氧流体和气态化学流体混合之后，送入至反应腔室内；
39.③
混合气体进入反应腔室内，与半导体硅片表面反应，在半导体硅片表面形成一层氧化物层，实现半导体硅片表面的钝化。
40.所述半导体硅片为外延硅片。
41.通过把蒸汽形态的气态化学流体混入到含臭氧流体中，能够改变氧化还原条件，改变对硅片的钝化效果，既改变所生成的钝化层的物理性质和化学性质，进而提高后续mcv测量数据的精度和质量。而氧化物层更厚、更致密，其表面电荷更稳定，在使用mcv测量时，能更准确测量外延层的电阻率。其中，气态化学流体能够增强含臭氧流体的氧化能力，还能够直接参与臭氧和半导体硅片之间的氧化还原反应。
42.参见图1所示，所述气态化学流体提供机构包括提供液态化学流体的存储容器5及将液态化学流体转换为气态化学流体的转换机构6，所述转换机构与所述存储容器相连，所
述臭氧提供机构提供的含臭氧流体与所述转换机构转换的气态化学流体混合后，经所述连接管路送入至所述反应腔室内。
43.在本实施例中，存储容器内存储有液态化学流体7，本实施例中所选用的气态化学流体在常温状态下均为液体状态，通过转换机构的设置，用于将液态化学流体转换为气态化学流体，便于和含臭氧流体混合，然后进入到反应腔室内对半导体硅片进行钝化。
44.参见图1所示，所述转换机构包括雾化器，所述雾化器上设有第一进口、第二进口及雾化出口，所述第一进口经第三管路8与所述存储容器相连，所述存储容器内的液态化学流体经所述第三管路输送于所述雾化器内，并经所述雾化器雾化为气态化学流体；所述第二进口经第四管路9与所述臭氧提供机构相连，所述臭氧提供机构提供的含臭氧流体经所述第四管路输送于所述雾化器内；所述雾化出口经所述连接管路与所述反应腔室相连，所述雾化出口将气态化学流体及含臭氧流体送出，通过所述连接管路送入至所述反应腔室内。
45.在本实施例中，第三管路以及第四管路上均设有一阀门4，第三管路的阀门用于控制液态化学流体进入到雾化器内的速度和流量，第四管路上的阀门用于控制含臭氧流体的供气速度和流量，用于和气态化学流体匹配。
46.在本实施例中，液态化学流体进入到雾化器内之后，会经过雾化器雾化成蒸汽状态的气态化学流体，其中，含臭氧流体也同时进入到雾化器内，这样能够给予含臭氧流体和气态化学流体一个混合的过程，使得含臭氧流体和气态化学流体在连接管路内混合更加均匀，保证后续的钝化效果更好。
47.参见图1所示，所述存储容器上还连接有一氮气管10，所述氮气管的外端与一氮气源11相连，所述氮气源推动所述存储容器内的液态化学流体输送于所述转换机构内。
48.在本实施例中，存储容器在使用时为一个密闭的腔体，液态化学流体处在该密闭的腔体内，为了保证内部的液态化学流体能够顺利的流入或者输送到雾化器内，通过氮气管和氮气源连接，使用不会和半导体硅片反应的氮气，不影响臭氧对半导体硅片的钝化，同时，能够平衡存储容器内的气压，保证其内部的液态化学流体顺如的流入或输送到雾化器内。其中，第三管路有两种连接方式，一种是直接和存储容器的底部连接，液态化学流体通过自重流入到雾化器内，氮气源则不给予存储容器压力，只给予气压平衡的作用即可。另一种方式是(本实施例也采用此方式)，第三管路直接从存储容器顶部插入，直接插入到存储容器的底部，深入到液态化学流体的液面下方，然后氮气源给予压力，给予存储容器压力，然后通过压力挤压液态化学流体直接流入到雾化器内。
49.在本实施例中，采用的是一种化学试剂，也就是一种气态化学流体。如果说需要采用两种或两种以上不同的化学试剂，则如实施例二的方式。
50.实施例二：参见图2所示，一种半导体钝化装置，其结构与实施例一基本相似，不同点在于：所述气态化学流体提供机构至少为两组，所述臭氧提供机构与所述气态化学流体提供机构数量相匹配，还设有一混合容器12，每组所述转换机构上连接有一中间管13，所述臭氧提供机构与所述中间管相连，所述中间管的端部与所述混合容器的进口相连，所述混合容器的出口经所述连接管路与所述反应腔室相连。其中，氮气源经过氮气管给予存储容器气压，存储容器内的液态化学流体经过第四管路和转换机构连接，给予转换机构提供液态化学流体。
51.每组所述臭氧提供机构提供的含臭氧流体与对应所述转换机构提供的气态化学流体在所述中间管内进行一次混合后，并经所述中间管送入至所述混合容器内进行二次混合。
52.在本实施例中，每一气态化学流体提供机构中的存储容器内都存放一种液态化学流体(化学试剂)，这样就可以根据实际情况，选择采用多组不同的化学试剂，前端混合的时候，和实施例一基本相似，但是多了一个混合容器，用于将已经经过一次混合之后的不同的含臭氧流体和气态化学流体进行二次混合，给予一个二次混合空间，经过二次混合之后，也就是含臭氧流体里面混合有多种不同类型的气态化学流体，然后再经过连接管路送入到反应腔室内进行钝化工作即可，可实现多种不同化学试剂和含臭氧流体的混合，而且互不干扰，通过各个阀门之间的配合来实现不同的组分占比。
53.实施例三：参见图3所示，一种半导体钝化装置，包括对半导体硅片钝化的反应腔室1及提供含臭氧流体的臭氧提供机构2；其中，所述臭氧提供机构为臭氧发生器。
54.所述气态化学流体为能够与臭氧混合的蒸汽形态的气态化学流体。所述气态化学流体可以为硝酸、盐酸、ipa、丙酮、氨水、钠盐中的一种或多种。
55.还设有提供气态化学流体的气态化学流体提供机构，所述臭氧提供机构提供的含臭氧流体与所述气态化学流体提供机构提供的气态化学流体混合后，经连接管路3送入至所述反应腔室内。其中，为了调节钝化反应速度，会在连接管路上设置阀门4，用于控制混合气体进入到反应腔室内的速度和流量。
56.其钝化工艺和实施例一基本相似。
57.参见图3所示，所述气态化学流体提供机构包括存储容器5，所述存储容器内存储有液态化学流体7；
58.所述存储容器上连接有第一管路14，所述第一管路的一端与所述臭氧提供机构的出气端相连，所述第一管路的另一端插入至所述存储容器内，且所述第一管路的端部插设于所述液态化学流体的液面下方；所述反应腔室经所述连接管路与所述存储容器相连通，且所述连接管路的端部设置于所述液态化学流体液面的上方。所述臭氧提供机构提供的含臭氧流体经过所述第一管路送入至所述液态化学流体内，带动部分液态化学流体混合于所述含臭氧流体内，并经所述连接管路输送于所述反应腔室内。
59.在本实施例中，和实施例一、实施例二中气态化学流体的提供方式有所区别，在本实施例中，含臭氧流体直接通入到液态化学流体内，然后通过液态化学流体自身的特性，会有部分液态化学流体直接混入到含臭氧流体内，使其变为气态或者蒸汽形态的气态化学流体混入到含臭氧流体内，然后通过连接管路直接反应腔室内进行钝化。
60.进一步的，所述第一管路的端部经一鼓泡器15插设于所述液态化学流体的液面下方。通过鼓泡器的设置，便于将液态化学流体转换为气态化学流体，使其混入到含臭氧流体内，然后被送入到反应腔室内。在本实施例中，直接采用含臭氧流体作为动力即可将液态化学流体转换为气态化学流体，能耗会更小，成本会更加低廉。

技术特征：
1.一种半导体钝化装置，其特征在于：包括对半导体硅片钝化的反应腔室及提供含臭氧流体的臭氧提供机构；还设有提供气态化学流体的气态化学流体提供机构，所述臭氧提供机构提供的含臭氧流体与所述气态化学流体提供机构提供的气态化学流体混合后，经连接管路送入至所述反应腔室内。2.根据权利要求1所述的半导体钝化装置，其特征在于：所述气态化学流体提供机构包括存储容器，所述存储容器内存储有液态化学流体；所述存储容器上连接有第一管路，所述第一管路的一端与所述臭氧提供机构的出气端相连，所述第一管路的另一端插入至所述存储容器内，且所述第一管路的端部插设于所述液态化学流体的液面下方；所述反应腔室经所述连接管路与所述存储容器相连通，且所述连接管路的端部设置于所述液态化学流体液面的上方。3.根据权利要求2所述的半导体钝化装置，其特征在于：所述第一管路的端部经一鼓泡器插设于所述液态化学流体的液面下方。4.根据权利要求3所述的半导体钝化装置，其特征在于：所述臭氧提供机构提供的含臭氧流体经过所述第一管路送入至所述液态化学流体内，带动部分液态化学流体混合于所述含臭氧流体内，并经所述连接管路输送于所述反应腔室内。5.根据权利要求1所述的半导体钝化装置，其特征在于：所述气态化学流体提供机构包括提供液态化学流体的存储容器及将液态化学流体转换为气态化学流体的转换机构，所述转换机构与所述存储容器相连，所述臭氧提供机构提供的含臭氧流体与所述转换机构转换的气态化学流体混合后，经所述连接管路送入至所述反应腔室内。6.根据权利要求5所述的半导体钝化装置，其特征在于：所述转换机构包括雾化器，所述雾化器上设有第一进口、第二进口及雾化出口，所述第一进口经第三管路与所述存储容器相连，所述存储容器内的液态化学流体经所述第三管路输送于所述雾化器内，并经所述雾化器雾化为气态化学流体；所述第二进口经第四管路与所述臭氧提供机构相连，所述臭氧提供机构提供的含臭氧流体经所述第四管路输送于所述雾化器内；所述雾化出口经所述连接管路与所述反应腔室相连，所述雾化出口将气态化学流体及含臭氧流体通过所述连接管路送入至所述反应腔室内。7.根据权利要求5所述的半导体钝化装置，其特征在于：所述存储容器上还连接有一氮气管，所述氮气管的外端与一氮气源相连，所述氮气源推动所述存储容器内的液态化学流体输送于所述转换机构内。8.根据权利要求5所述的半导体钝化装置，其特征在于：所述气态化学流体提供机构至少为两组，所述臭氧提供机构与所述气态化学流体提供机构数量相匹配，还设有一混合容器，每组所述转换机构上连接有一中间管，所述臭氧提供机构与所述中间管相连，所述中间管的端部与所述混合容器的进口相连，所述混合容器的出口经所述连接管路与所述反应腔室相连。9.根据权利要求8所述的半导体钝化装置，其特征在于：每组所述臭氧提供机构提供的含臭氧流体与对应所述转换机构提供的气态化学流体在所述中间管内进行一次混合后，并经所述中间管送入至所述混合容器内进行二次混合。10.根据权利要求1所述的半导体钝化装置，其特征在于：所述臭氧提供机构为臭氧发
生器。

技术总结
本实用新型公开了一种半导体钝化装置，其特征在于：包括对半导体硅片钝化的反应腔室及提供含臭氧流体的臭氧提供机构；还设有提供气态化学流体的气态化学流体提供机构，所述臭氧提供机构提供的含臭氧流体与所述气态化学流体提供机构提供的气态化学流体混合后，经连接管路送入至所述反应腔室内。本实用新型提高了MCV检测精度及质量。MCV检测精度及质量。MCV检测精度及质量。


技术研发人员：孙富成 温子瑛 张冲宇
受保护的技术使用者：无锡华瑛微电子技术有限公司
技术研发日：2022.12.30
技术公布日：2023/8/8