CN108149216A - 一种改善低压化学气相淀积多晶硅薄膜质量的方法 - Google Patents

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贺贤汉
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    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
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    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process

Abstract

随着加工设备的老化，现有工艺无法高质量地制备多晶硅薄膜，针对现有技术存在的问题，本发明提供一种改善低压化学气相淀积多晶硅薄膜质量的方法，采用SiH4在610～630℃的温度下进行热分解淀积，能够解决当前工艺条件下多晶硅薄膜雾点的质量问题。

Description

一种改善低压化学气相淀积多晶硅薄膜质量的方法
技术领域
本发明涉及低压化学气相淀积(LPCVD)多晶硅薄膜领域，具体涉及一种改善低压化学气相淀积多晶硅薄膜质量的方法。
背景技术
多晶硅薄膜是综合了晶体硅材料和非晶硅合金薄膜的优点，是在能源科学、信息科学的微电子技术中有着广泛应用的一种新型功能薄膜材料。LPCVD法是集成电路中用于多晶硅薄膜制备的所普遍采用的方法，它具有生长速率快、成膜致密、均匀和装片容量大等优点。用这种方法，以纯SiH4、SiH4+H2或SiH4+Ar为源气体，在一定的衬底温度、气体压力和气体流量下，可以在固体表面上直接淀积出多晶硅薄膜。但LPCVD法制备多晶硅薄膜在设备长期使用的过程中，由于系统稳定性的退化，例如真空度下降、机械泵速率的降低等现象，如果继续使用原始的工艺条件将导致缺陷产生。其原因是在薄膜沉积的过程中，由于沉积速率过快，导致气相直接成核，并凝聚成大颗粒，落在硅片的表面产生了发雾现象；在强光下观察，薄膜表面呈“雾状”结构，显微镜下观察，多晶硅颗粒较粗，呈均匀分布亮点状。薄膜中缺陷的存在将会严重影响载流子在介质层中的运输，影响产品质量。
发明内容
随着加工设备的老化，现有工艺无法高质量地制备多晶硅薄膜，针对现有技术存在的问题，本发明提供一种改善低压化学气相淀积多晶硅薄膜质量的方法，能够解决当前工艺条件下多晶硅薄膜“雾点”的质量问题。
本发明的技术方案是：一种改善低压化学气相淀积多晶硅薄膜质量的方法，采用SiH4在610～630℃的温度下进行热分解淀积；
SiH4＝SiH2(气)+H2 (1)
SiH2+Si(固)＝2[Si(固)-H*] (2)
2[Si(固)-H*]＝2Si(固)+H2 (3)
式中，Si(固)表示淀积在表面的硅原子，H*表示被吸附在硅表面的氢原子。
进一步的，采用SiH4在620℃的温度下进行热分解淀积。
进一步的，低压化学气相淀积中，保护气N2的流速为200-300cc/min。
进一步的，低压化学气相淀积中，N2的流速为250cc/min。
进一步的，低压化学气相淀积中，SiH4的流速为500cc/min。
进一步的，低压化学气相淀积中，成膜压力为0.5torr。
本发明的有益效果是：本发明通过选择适当的多晶硅淀积温度，控制多晶硅薄膜淀积速率以保证多晶硅薄膜的结构及电学特性。该研究成果完全满足了客户对衬底硅片的性能要求，彻底解决了多晶硅缺陷对电路性能的影响，使器件的成品率和可靠性得到了极大的提高。
工艺调整后成膜速率显著下降，整个立式加工炉各位置点淀积速率相近。保证了炉内各个位置点淀积的多晶硅薄膜厚度相近。
附图说明
图1为工艺调整前后对应的成膜速率；
图2为工艺调整前多晶硅薄膜；
图3为工艺调整后多晶硅薄膜。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
多晶硅薄膜主要采用低压化学气相沉积的方法(LPCVD法)淀积。现有技术中普遍采用SiH4,在640～660℃左右的温度下进行热分解淀积。
SiH4＝SiH2(气)+H2 (1)
SiH2+Si(固)＝2[Si(固)-H*] (2)
2[Si(固)-H*]＝2Si(固)+H2 (3)
式中，Si(固)表示淀积在表面的硅原子，H*表示被吸附在硅表面的氢原子。其中(1)(2)两步进行很快；第(3)步是化学健合过程进行得很慢。因此多晶硅淀积速率主要有第(3)步表面健合快慢决定。即由反应物从对流层“扩散”到滞留层并成核在沉底上形成多晶硅薄膜这一表面控制反应过程的快慢所决定。因此，在SiH4浓度不变的情况下选择适当的温度和压力来控制多晶硅的淀积速率，可得到表面光亮、颗粒均细、无缺陷的多晶硅薄膜。
本发明采取的工艺措施是在保持SiH4浓度不变的情况下，利用低温成核技术消除缺陷。即降低温度(30℃左右),由于温度降低，多晶硅的淀积速率变慢颗粒变细。这样就消除了气相直接成核，并凝聚成大颗粒，落在硅片的表面产生了发雾的现象，得到了粒度匀细、表面光亮、均匀性好的无缺陷多晶硅薄膜。如下图2(调整前多晶硅表面)和图3(调整后多晶硅表面)。具体参数调整如下：
工艺调整前后对应的成膜速率如图1所示，工艺调整后成膜速率显著下降，整个立式加工炉各位置点淀积速率相近。保证了炉内各个位置点淀积的多晶硅薄膜厚度相近。
如图2所示，工艺调整前硅片表面淀积的多晶硅薄膜明显存在较多小点状的“雾点”。如图3所示，工艺调整后硅片表面淀积的多晶硅薄膜光亮，无“雾点”。
本发明通过选择适当的多晶硅淀积温度，控制多晶硅薄膜淀积速率以保证多晶硅薄膜的结构及电学特性。该研究成果完全满足了客户对衬底硅片的性能要求，彻底解决了多晶硅缺陷对电路性能的影响，使器件的成品率和可靠性得到了极大的提高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种改善低压化学气相淀积多晶硅薄膜质量的方法，其特征在于：采用SiH4在610～630℃的温度下进行热分解淀积；
SiH4＝SiH2(气)+H2 (1)
SiH2+Si(固)＝2[Si(固)-H*] (2)
2[Si(固)-H*]＝2Si(固)+H2 (3)
式中，Si(固)表示淀积在表面的硅原子，H*表示被吸附在硅表面的氢原子。
2.根据权利要求1所述的一种改善低压化学气相淀积多晶硅薄膜质量的方法，其特征在于：采用SiH4在620℃的温度下进行热分解淀积。
3.根据权利要求1所述的一种改善低压化学气相淀积多晶硅薄膜质量的方法，其特征在于：低压化学气相淀积中，保护气N2的流速为200-300cc/min。
4.根据权利要求3所述的一种改善低压化学气相淀积多晶硅薄膜质量的方法，其特征在于：低压化学气相淀积中，N2的流速为250cc/min。
5.根据权利要求1所述的一种改善低压化学气相淀积多晶硅薄膜质量的方法，其特征在于：低压化学气相淀积中，SiH4的流速为500cc/min。
6.根据权利要求1所述的一种改善低压化学气相淀积多晶硅薄膜质量的方法，其特征在于：低压化学气相淀积中，成膜压力为0.5torr。
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