CN108179468A - 一种用于硅基多晶硅薄膜淀积的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于硅基多晶硅薄膜淀积的装置和方法。该装置包括：沉积主腔体、进气管、主气体输送通道、副气体输送通道、气体弥散孔和密封法兰；其中，主气体输送通道和副气体输送通道安装在沉积主腔体内，副气体输送通道与主气体输送通道垂直相连；进气管的一端经密封法兰连接主气体输送通道，另一端连接位于沉积主腔体外部的源气体MFC；气体弥散孔均匀分布在副气体输送通道上。本发明的装置能够实现单管生长，无单独的导气管，安装极其简便，同时工艺调整简单。通过该装置生产出的膜质吸杂性能非常好，片内和片间均匀性小，生长成本降低。

Description

一种用于硅基多晶硅薄膜淀积的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于硅基多晶硅薄膜淀积的装置和方法。
背景技术
在当代信息社会里，微电子技术是现代高新技术产业发展的基础，半导体硅材料是支撑电子技术的基础功能材料，是应用最为广泛的半导体材料，90％以上的大规模集成电路(LST)、超大规模集成电路(VLSI)都是制作在高纯优质的硅基衬底上完成的。随着国内集成电路产业的迅速发展，硅基衬底材料的需求量也越来越大，质量要求也越来越高，为了做出更优质的硅基衬底材料，引入了吸杂工艺，在IC表面形成一个洁净区。传统的吸杂工艺分为内吸杂和外吸杂两种，但是此两种方法都不好控制，随着人们对吸杂的不断研究，最后发明了增强型吸杂，即在硅衬底材料的背面沉积一层多晶硅薄膜，由于热胀冷缩系数的不同，两种材料的表面都会受到一定应力的作用，按照晶体内部的缺陷的形成机理，晶体内部的缺陷将向应力富集的区域集中，同时硅基衬底材料体内的氧原子和金属也会像晶体外的气相扩散，从而在硅基衬底的表面层将出现洁净区。
综上传统的吸杂工艺都不好控制，而且吸杂效果不良，多晶增强型吸杂可以克服此缺点，所以多晶沉积工艺显得尤其重要。多晶的生长也成为一个不断研究的课题，现在比较常用的就是LPCVD的方式生长，传统的方式是采用内、外双管和3个导气管配合进气的方式，工艺控制都极其复杂，而且内外管和进气管均为石英或者碳化硅材料，三段进气使用的MFC的成本都非常高，最重要的是安装极其复杂。。
发明内容
针对现有技术中存在的以上技术问题，本发明的目的在于提供一种结构简单，易于控制的用于硅基多晶硅薄膜淀积的装置。
本发明的另一目的在于提供使用上述装置淀积多晶硅薄膜的方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于硅基多晶硅薄膜淀积的装置，该装置包括：沉积主腔体、进气管、主气体输送通道、副气体输送通道、气体弥散孔和密封法兰；其中，主气体输送通道和副气体输送通道安装在沉积主腔体内，副气体输送通道与主气体输送通道垂直相连；进气管的一端经密封法兰连接主气体输送通道，另一端连接位于沉积主腔体外部的源气体MFC；气体弥散孔均匀分布在副气体输送通道上。
其中，所述副气体输送通道共有三组，等间距的连接在主气体输送通道上。
每个副气体输送通道上均匀分布6-10组气体弥散孔，所述气体弥散孔的形状为等边三角形，三角形的边长为3-6mm。
所述主气体输送通道和副气体输送通道于沉积主腔体可以为一体成型，即主气体输送通道和副气体输送通道均为沉积主腔体内壁上的原型通道。
所述沉积主腔体的长度为1100-8900mm，内径为1500-5000mm；所述进气管的长度为100-200mm。所述密封法兰的外径为1800-5300mm，厚度为150-300mm。所述主气体输送通道的进气口直径为8-15mm，壁厚为3-5mm；副气体输送通道的内径为60-100mm，壁厚为3-5mm，长度为5000-8500mm；所述气体弥散孔的形状为等边三角形，三角形的边长为3-6mm。
一种利用所述的装置淀积硅基多晶硅薄膜的方法，包括以下步骤：
1)在垂直炉或者水平炉上安装所述装置；
2)设定温度和压力；
3)设定MFC硅烷流量；
4)开启硅烷流量进行多晶膜沉积；
5)根据膜厚要求计算沉积时间，时间到达后关闭硅烷，进行腔体净化；
6)取出硅片，进行表面检测、膜厚测试，根据SEMI标准计算片内和片间均匀性；
7)取出1片进行腐蚀测试表面净区深度。
其中，腔体内温度为700-720℃，腔体内沉积压力为500-700MT。硅烷流量为0.05-0.15SLM。
本发明的优点在于：
本发明的装置能够实现单管生长，无单独的导气管，安装极其简便，同时工艺调整简单。经过测试，通过该装置生产出的膜质吸杂性能非常好，在生长8000埃时正面可以形成80微米的洁净区；而且片内和片间均匀性均小于2％(客户要求10％)，同时计算单片生长成本降低了70％以上，真正达到了工艺简化、质量提升和成本降低的目的。
附图说明
图1为本发明的硅基多晶硅膜沉积的工艺流程图。
图2为本发明的装置的主视图。
图3为本发明的装置的俯视图。
图4为本发明的装置的侧视图。
具体实施方式
如图2至图4所示，本发明的装置包括：沉积主腔体1、进气管2、主气体输送通道3、副气体输送通道4、气体弥散孔(未图示)和密封法兰5；其中，主气体输送通道3和副气体输送通道4安装在沉积主腔体1内，副气体输送通道4与主气体输送通道3垂直相连；进气管2的一端经密封法兰连接主气体输送通道3，另一端连接位于沉积主腔体1外部的源气体MFC(未图示)；气体弥散孔均匀分布在副气体输送通道4上。在该装置中，进气管起到连接源气体MFC和腔体内主气体输送通道的作用，副气体输送通道和气体弥散孔配合将主气体输送通道内的源气体按设计模型输送到沉积主腔体内，形成了个新型的硅基多晶硅薄膜沉积稳定模型。
本发明的装置总长度为1000-9000mm；该装置的材质为电子级石英或者碳化硅材料。
沉积主腔体的长度为1100-8900mm，内径为1500-5000mm；进气管的长度为100-200mm；密封法兰的外径为1800-5300mm，厚度为150-300mm，与主沉积主腔体直接相连。
主气体输送通道的进气口直径为8-15mm，壁厚为3-5mm；主气体输送通道的内径为60-100mm，壁厚为3-5mm，长度为5000-8500mm。主气体输送通道与沉积主腔体可以为一体，该情况下，主气体输送通道为壁上的圆型通道，其内径为60-100mm，长度为5000-8500mm；副气体输送通道、主气体输送通道与沉积主腔体可以为一体，该情况下，副气体输送通道、主气体输送通道均为壁上的圆型通道，副气体输送通道与主气体输送通道垂直，副气体输送通道总共有3组；气体弥散孔均匀分布在副气体输送通道上，每个副气体输送通道上均匀分布有6-10气体弥散孔，气体弥散孔的形状为等边三角形，三角形的边长为3-6mm。
如图1所示，为在硅片表面淀积硅基多晶硅薄膜的工艺流程图。
实施例1
本实施例利用本发明的装置淀积硅基多晶硅薄膜的方法包括如下步骤：首先在垂直炉上安装好本发明的装置；用150片8英寸硅片沉积一炉；采用理片机将硅片理好，硅片参考面向上；将150片产品片装入垂直炉内，调整硅烷流量为0.10SLM，沉积恒温区温度为710℃，压力为550MT沉积，打开工艺气体生长，生长时间为60分钟，生长后取出硅片，测试膜厚为5640埃，片内均匀性为0.52％(要求10％)，150片片间均匀性为1.44％(要求10％)，取出一片腐蚀后用显微镜观察洁净区为75微米(要求30微米)，完全满足IC加工要求(本实施例中提及的均匀性测试完全按SEMI标准)。
实施例2
本实施例利用本发明的装置淀积硅基多晶硅薄膜的方法包括如下步骤：首先在水平炉上安装好本发明的装置；用150片6英寸硅片沉积一炉；采用理片机将硅片理好，硅片参考面向上；将150片产品片装入垂直炉内，调整硅烷流量为0.10SLM，沉积温度为710℃，沉积压力为550MT，打开工艺气体生长，生长时间为60分钟，生长后取出硅片，测试膜厚为6050埃，片内均匀性为0.84％(要求10％)，100片片间均匀性为1.55％(要求10％)，取出一片腐蚀后用显微镜观察洁净区为55微米(要求30微米)，完全满足IC加工要求(本实施例中提及的均匀性测试完全按SEMI标准)。
实施例3
本实施例利用本发明的装置淀积硅基多晶硅薄膜的方法包括如下步骤：首先在垂直炉上安装好本发明的装置；用150片8英寸硅片沉积一炉；采用理片机将硅片理好，硅片参考面向上；将150片产品片装入垂直炉内，调整硅烷流量为0.12SLM，沉积温度为720℃，沉积压力为500MT，打开工艺气体生长，生长时间为60分钟，生长后取出硅片，测试膜厚为5860埃，片内均匀性为0.66％(要求10％)，100片片间均匀性为1.94％(要求10％)，取出一片腐蚀后用显微镜观察洁净区为68微米(要求30微米)，完全满足IC加工要求(本实施例中提及的均匀性测试完全按SEMI标准)。

Claims (10)

1.一种用于硅基多晶硅薄膜淀积的装置，其特征在于，该装置包括：沉积主腔体、进气管、主气体输送通道、副气体输送通道、气体弥散孔和密封法兰；其中，主气体输送通道和副气体输送通道安装在沉积主腔体内，副气体输送通道与主气体输送通道垂直相连；进气管的一端经密封法兰连接主气体输送通道，另一端连接位于沉积主腔体外部的源气体MFC；气体弥散孔均匀分布在副气体输送通道上。
2.根据权利要求1所述的用于硅基多晶硅薄膜淀积的装置，其特征在于，所述副气体输送通道共有三组，等间距的连接在主气体输送通道上。
3.根据权利要求1所述的用于硅基多晶硅薄膜淀积的装置，其特征在于，每个副气体输送通道上均匀分布6-10组气体弥散孔，所述气体弥散孔的形状为等边三角形，三角形的边长为3-6mm。
4.根据权利要求1所述的用于硅基多晶硅薄膜淀积的装置，其特征在于，所述主气体输送通道和副气体输送通道于沉积主腔体为一体成型，主气体输送通道和副气体输送通道均为沉积主腔体内壁上的原型通道。
5.根据权利要求1所述的用于硅基多晶硅薄膜淀积的装置，其特征在于，所述沉积主腔体的长度为1100-8900mm，内径为1500-5000mm；所述进气管的长度为100-200mm。
6.根据权利要求5所述的用于硅基多晶硅薄膜淀积的装置，其特征在于，所述密封法兰的外径为1800-5300mm，厚度为150-300mm。
7.根据权利要求5所述的用于硅基多晶硅薄膜淀积的装置，其特征在于，所述主气体输送通道的进气口直径为8-15mm，壁厚为3-5mm；副气体输送通道的内径为60-100mm，壁厚为3-5mm，长度为5000-8500mm；所述气体弥散孔的形状为等边三角形，三角形的边长为3-6mm。
8.一种利用权利要求1所述的装置淀积硅基多晶硅薄膜的方法，其特征在于，它包括以下步骤：
1)在垂直炉或者水平炉上安装所述装置；
2)设定温度和压力；
3)设定MFC硅烷流量；
4)开启硅烷流量进行多晶膜沉积；
5)根据膜厚要求计算沉积时间，时间到达后关闭硅烷，进行腔体净化；
6)取出硅片，进行表面检测、膜厚测试，根据SEMI标准计算片内和片间均匀性；
7)取出1片进行腐蚀测试表面净区深度。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，腔体内温度为700-720℃，腔体内沉积压力为500-700MT。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，硅烷流量为0.05-0.15SLM。
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