多晶硅薄膜成膜方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111653474A(43)申请公布日2020.09.11(21)申请号202010423940.7(22)申请日2020.05.19(71)申请人上海华虹宏力半导体制造有限公司地址201203上海市浦东新区张江高科技园区祖冲之路1399号(72)发明人袁宿陵(74)专利代理机构上海浦一知识产权代理有限公司31211代理人焦健(51)Int.Cl.H01L21/02(2006.01)C23C16/24(2006.01)C23C16/56(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称多晶硅薄膜成膜方法(57)摘要本发明公开了一种多晶硅薄膜成膜方法，首先在要形成多晶硅薄膜的介质层上，先通过低工艺温度形成第一层多晶硅薄膜；然后在第一层多晶硅薄膜上，逐渐升温，提高到更高的工艺温度，在升温的过程中形成第二层多晶硅薄膜；最后再进行热退火。本发明所述的多晶硅薄膜的工艺方法，主要是通过在多晶硅沉积过程中增加温度变化，首先形成半球形晶粒的多晶硅薄膜，然后再边升温边淀积剩余膜厚的多晶硅薄膜，减少炉管内的多晶硅晶格大小差异，得到一种均匀性更好的多晶硅膜层，降低产品硅片间高阻值电阻的差异，提高产品的良率。CN111653474ACN111653474A权利要求书1/1页1.一种多晶硅薄膜成膜方法，其特征在于：首先在要形成多晶硅薄膜的介质层上，先通过低工艺温度形成第一层多晶硅薄膜；然后在第一层多晶硅薄膜上，逐渐升温，提高到更高的工艺温度，在升温的过程中形成第二层多晶硅薄膜；最后再进行热退火。2.如权利要求1所述的多晶硅薄膜成膜方法，其特征在于：所述在低工艺温度下形成的第一层多晶硅薄膜，其晶粒为半球形。3.如权利要求1所述的多晶硅薄膜成膜方法，其特征在于：所述第一层多晶硅薄膜的膜厚为50～1000Å。4.如权利要求1所述的多晶硅薄膜成膜方法，其特征在于：所述在升温过程中形成的第二层多晶硅薄膜，其形成的膜厚为500～1500Å。5.如权利要求1所述的多晶硅薄膜成膜方法，其特征在于：所述的淀积第一层多晶硅薄膜的工艺温度为580℃。6.如权利要求1所述的多晶硅薄膜成膜方法，其特征在于：所述的第二层多晶硅薄膜，在工艺温度从580℃升至620℃的过程中沉积。7.如权利要求1所述的多晶硅薄膜成膜方法，其特征在于：所述的退火温度为620℃，退火时间为15分钟。8.如权利要求6所述的多晶硅薄膜成膜方法，其特征在于：所述的第二层多晶硅薄膜的工艺温度，其升温速率为3～5℃/分钟，主要参考反应腔室内不同位置的晶圆上淀积的第一层多晶硅层的形貌、膜厚来调整。9.如权利要求1所述的多晶硅薄膜成膜方法，其特征在于：所述第一层多晶硅与第二层多晶硅，其膜厚的比例为1:1.5～1:2.5。2CN111653474A说明书1/3页多晶硅薄膜成膜方法[0001]技术领域[0002]本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是指一种多晶硅薄膜成膜方法。背景技术[0003]多晶硅，是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。多晶硅是一种重要的半导体材料，其取代早期的金属栅工艺，实现自对准注入，同时可作为晶体管器件的栅极，以及部分导线，或者是在半导体器件中通过特定掺杂来制作电阻。多晶硅还可作拉制单晶硅的原料，在半导体制造工艺中发挥重要作用。[0004]多晶硅薄膜由许多小的硅晶粒，以不同的晶向所组成。晶体间有的晶界含有许多叠差、差排以及缺陷。通常以LPCVD（低压化学气相淀积）的方式沉积形成，在MOS器件中可以做栅电极和接线，另外多晶硅与单晶硅能形成欧姆接触，可以用于高阻值的电阻，因此多晶硅工艺在半导体制造中有重要的应用价值。[0005]多数的LPCVD多晶硅是在575℃～650℃温度范围内用硅烷在炉子中进行的，多晶硅淀积激活能约为1.7eV，确信淀积速率受硅表面H2解吸附限制，典型的多晶硅淀积速率为100～1000Å/min，所以通常淀积时间是几十分钟，当气体在管道的前端流入时，炉子从前端到后端可用小的温度梯度（25℃）来调节，这就使得炉管后端处以较高反应速率来补偿硅烷的消耗，然而，温度随距离缓慢升高对生产中的硅片有不希望的影响，在炉管后端的硅片比在前端有更大的多晶晶粒，但在高温退火后薄膜晶体结构是没有区别的，在大直径硅片情况下，通常可得厚度均匀性为5%。[0006]多晶硅的电性和阻值，除了与掺入的杂质量成反比，和晶粒大小也有关，这是因为多晶硅含有许多晶界，在热过程中容易聚入杂质，降低载流子量，增加电阻。LPCVD法淀积的多晶硅，掺杂浓度可达1021cm-3,在原位掺杂和扩散的两种多晶硅中，通