本發(fā)明涉及一種大直徑硅基多晶硅膜的制備方法。
背景技術(shù)：
重?fù)街崩杵枪β拾雽?dǎo)體器件的主要襯底材料，是解決電路中α粒子引起的軟失效和閂鎖效應(yīng)的最有效辦法之一。隨著國(guó)內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，重?fù)焦杌r底材料的需求量也越來(lái)越大。隨著電子器件制作過(guò)程中對(duì)質(zhì)量要求的不斷提高，降低有源區(qū)的金屬雜質(zhì)對(duì)器件電學(xué)性能和器件成品率的影響成為了各大半導(dǎo)體廠研究的重點(diǎn)，為此引入吸雜工藝。
吸雜是指通過(guò)在硅片體內(nèi)或是背面引入應(yīng)力、缺陷或是氧沉淀等，這些位置由于晶格畸變等更有利于過(guò)渡族金屬的沉積，在經(jīng)過(guò)吸雜熱處理后，硅中的過(guò)渡族金屬會(huì)重新分布，大部分于上述位置發(fā)生沉積，在IC表面形成一個(gè)潔凈區(qū)，避免了其在有源區(qū)沉積影響器件性能。傳統(tǒng)的吸雜工藝分為內(nèi)吸雜和外吸雜兩種，但是此兩種方法都不好控制，隨著人們對(duì)吸雜的不斷研究，最后發(fā)明了增強(qiáng)型吸雜，即在硅基材料背面生長(zhǎng)一層多晶硅薄膜。該工藝自從1977年由IBM公司提出以來(lái)，由于較好的吸雜效果而得到廣泛的應(yīng)用，同時(shí)硅基多晶硅膜的制備工藝的研究就顯得尤其重要。
由于硅襯底的尺寸不斷增大，傳統(tǒng)意義上的4、5、6英寸水平爐多晶沉積方法已經(jīng)無(wú)法滿8英寸等大直徑多晶加工要求，但是由于多晶硅吸雜效果較好，所以大直徑多晶的沉積方法也成為一個(gè)不斷研究的課題。硅片背面沉積的多晶硅，由于多晶晶粒間存在著晶格錯(cuò)配和大量的晶界，因此多晶硅薄膜本身具有一定的應(yīng)力，多晶硅與單晶硅的熱膨脹系數(shù)不同，因此多晶硅薄膜與硅片之間還存在著熱應(yīng)力。在薄膜總應(yīng)力的作用下，背面沉積多晶硅的硅片會(huì)產(chǎn)生形變，其內(nèi)部形成應(yīng)力場(chǎng)。在沉積過(guò)程中，沉積溫度對(duì)硅片內(nèi)部的應(yīng)力場(chǎng)有極大影響。隨著沉積溫度的升高，內(nèi)應(yīng)力逐漸降低，但是過(guò)高的溫度會(huì)導(dǎo)致多晶吸雜失效，同時(shí)高溫情況下氣體反應(yīng)速率過(guò)快，這樣會(huì)導(dǎo)致沉積薄膜片內(nèi)和片間膜厚差異增大，難以控制均勻性?，F(xiàn)在比較常用的是LPCVD垂直爐沉積方式，雖然制備8英寸的硅基薄膜時(shí)膜厚均勻性可以滿足要求，但硅片的幾何參數(shù)難以控制，多晶硅膜應(yīng)力較大，導(dǎo)致硅片彎曲(BOW)和翹曲(WARP)值較大，BOW值在-70μm到-30μm(要求大于-50μm)，WARP值在70μm到100μm(要求小于60μm)，完全不能滿足后道工序的需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)中多晶硅薄膜彎曲(BOW)和翹曲(WARP)等幾何參數(shù)難以控制，多晶硅膜應(yīng)力較大的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種大直徑硅基多晶硅膜的制備方法，該方法能夠使大直徑多晶硅膜的膜厚均勻性和幾何參數(shù)得到良好的控制。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：
一種大直徑硅基多晶硅膜的制備方法，包括低溫高速沉積步驟和高溫低速沉積步驟；在低溫高速沉積步驟中，溫度為600℃-640℃，轉(zhuǎn)速為1.5-2.5rpm；在高溫低速沉積步驟中，溫度為660℃-690℃，轉(zhuǎn)速為0.5-1.5rpm。
優(yōu)選地，在所述低溫高速沉積步驟中，沉積膜厚為目標(biāo)膜厚的30％-40％，生長(zhǎng)速率為200-300埃/分鐘。
優(yōu)選地，在高溫低速沉積步驟中，沉積膜厚為目標(biāo)膜厚的60％-70％，生長(zhǎng)速率為80-120埃/分鐘。
所述低溫高速沉積步驟和高溫低速沉積步驟中沉積壓力均為200-250MT。
本發(fā)明依據(jù)高溫情況下多晶應(yīng)力低，低溫情況下沉積膜厚易于控制的原理，將多晶沉積過(guò)程分為兩步：第一步是低溫高速沉積，沉積的多晶薄膜應(yīng)力相對(duì)較大，保證吸雜效果；第二步是高溫低速沉積，沉積的多晶薄膜應(yīng)力相對(duì)較小，同時(shí)對(duì)低溫段的多晶硅膜進(jìn)行二次處理，保證硅片參數(shù)，通過(guò)對(duì)此過(guò)程合理配合制備的多晶硅膜，參數(shù)良好，滿足后道工序的要求。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
本發(fā)明的方法通過(guò)先低溫高速沉積后高溫低速沉積的組合方式沉積多晶硅薄膜，能夠顯著改善BOW/WARP參數(shù)。本發(fā)明工藝控制簡(jiǎn)單，有效控制多晶硅薄膜應(yīng)力，滿足硅基材料多晶沉積，特別是8英寸以上大直徑硅基材料多晶沉積。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但并不意味著對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
本發(fā)明的大直徑硅基多晶硅膜的制備方法具體包括以下幾個(gè)步驟：
1、將預(yù)沉積硅片清洗干凈；
2、將硅片置于LPCVD垂直爐爐管內(nèi)；
3、利用高純N2凈化爐體；
4、檢查爐體密封性能；
5、調(diào)整并校準(zhǔn)沉積溫度；
6、設(shè)定好低溫高速沉積的溫度、壓力、轉(zhuǎn)速、膜厚(沉積時(shí)間)、沉積速率；
7、設(shè)定好高溫低速沉積的溫度、壓力、轉(zhuǎn)速、膜厚(沉積時(shí)間)、沉積速率；
8、凈化爐體，保證硅烷全部反應(yīng)或是完全從爐體內(nèi)部排出；
9、開(kāi)硅烷沉積，沉積后凈化；
10、爐體充氣，硅片出舟，從石英舟上將硅片取出；
11、整套沉積過(guò)程完畢；
12、測(cè)試膜厚均勻性、潔凈區(qū)和BOW/WARP參數(shù)。
以下實(shí)施例中所得硅片的膜厚均勻性、以及BOW、WARP參數(shù)完全按SEMI標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。
實(shí)施例1
采用理片機(jī)將清洗干凈的硅片理好，硅片參考面向上；將100片8英寸產(chǎn)品片裝入垂直爐內(nèi)，設(shè)定好第一步沉積時(shí)間為12min，恒溫區(qū)溫度為620℃，壓力220MT，舟轉(zhuǎn)速2rpm，第二步沉積時(shí)間為52min，恒溫區(qū)溫度為668℃，壓力250MT，舟轉(zhuǎn)速1rpm進(jìn)行沉積，沉積后取出硅片，測(cè)試膜厚為8125埃，片內(nèi)均勻性為0.84％(要求10％)，100片片間均勻性為1.68％(要求10％)，測(cè)試硅片BOW值(要求大于-50μm)，最大為-3μm，最小-22μm；測(cè)試WARP值(要求小于60μm)，最大35μm，最小18μm。取出一片腐蝕后用顯微鏡觀察潔凈區(qū)為55μm(要求30μm)，完全滿足IC加工要求。
實(shí)施例2
采用理片機(jī)將清洗干凈的硅片理好，硅片參考面向上；將100片8英寸產(chǎn)品片裝入垂直爐內(nèi)，設(shè)定好第一步沉積時(shí)間為15min，恒溫區(qū)溫度為640℃，壓力250MT，舟轉(zhuǎn)速2rpm，第二步沉積時(shí)間為48min，恒溫區(qū)溫度為680℃，壓力200MT，舟轉(zhuǎn)速1rpm進(jìn)行沉積，沉積后取出硅片，測(cè)試膜厚為8215埃，片內(nèi)均勻性為1.24％(要求10％)，100片片間均勻性為2.43％(要求10％)。測(cè)試硅片BOW值(要求大于-50μm)，最大為-10μm，最小-45μm；測(cè)試WARP值(要求小于60μm)，最大50μm，最小20μm。取出一片腐蝕后用顯微鏡觀察潔凈區(qū)為50μm(要求30μm)，完全滿足IC加工要求。