CN109300777A - 一种改善硅片多晶硅薄膜翘曲的化学气相沉积方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体加工技术领域。一种改善硅片多晶硅薄膜翘曲的化学气相沉积方法，化学气相沉积时，采用SiH4在660～680℃的温度下进行热分解淀积。本专利通过提高硅烷分解的温度。由于沉积温度升高，多晶硅晶粒变大，晶粒间界变小，从而使硅片翘曲度变小。

Description

一种改善硅片多晶硅薄膜翘曲的化学气相沉积方法
技术领域
本发明涉及半导体加工技术领域，具体涉及化学气相沉积方法。
背景技术
多晶硅薄膜被广泛运用于单晶硅片的吸杂，但多晶硅薄膜吸杂工艺的一个最主要的问题是多晶硅薄膜应力会引起硅片的翘曲，硅片翘曲影响半导体器件加工的各个工序，尤其影响光刻工艺中的对准步骤。翘曲的硅片导致硅片光刻过程的对准偏差，对准偏差严重降低了半导体器件的可能性，对于高集成度的半导体器件来说，即使轻微的翘曲，影响对准的准确性也是非常明显的。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种改善硅片多晶硅薄膜翘曲的化学气相沉积方法，以解决上述至少一个技术问题。
本发明的技术方案是：一种改善硅片多晶硅薄膜翘曲的化学气相沉积方法，其特征在于，化学气相沉积时，采用SiH4在660～680℃的温度下进行热分解淀积。
本专利通过提高硅烷分解的温度。由于沉积温度升高，多晶硅晶粒变大，晶粒间界变小，从而使硅片翘曲度变小。优选为，SiH4在670℃的温度下进行热分解淀积。
保护气N2的流速为120cc/min。
SiH4的流速为600cc/min。
成膜压力为35pa。本专利通过升温的同时，改变成膜压力，进而控制反应速率，进而保证成膜均匀性，以及成膜质量。
对化学气相沉积的工艺参数调整如下：
项目 常规条件 改善条件
成膜温度(℃) 620～660 660～680
SiH<sub>4</sub>(cc/min) 600 600
N<sub>2</sub>(cc/min) 1200 1200
成膜压力(pa) 66 35
工艺调整前后硅片翘曲度的对比如下表：
可见，通过改善了成膜温度(热分解沉积温度)，明显解决了硅片翘曲度的问题。
采用低压化学气相沉积立式炉进行化学气相沉积。
低压化学气相沉积立式炉包括机械传送系统、气体控制系统、反应腔体、真空系统。
机械传送系统将硅片传送以及进出硅舟。可监控硅片的位置。
气体控制系统提供工艺气体进出反应腔体的功能。可进行气体阀门以及流量控制。
反应腔体为多晶硅薄膜生长提供场所。
真空系统提供稳定反应腔体内部的压力的功能。由真空泵、真空计和反应腔体组成。
低压化学气相沉积立式炉包括反应腔体，所述反应腔体包括从内至外依次设置的石英外管、石英内管和硅舟，所述硅舟的中心线、所述石英内管的中心线与石英外管的中心线三者重合，所述石英外管的外围设有加热器。
所述硅舟通过一旋转驱动机构驱动硅舟旋转，硅舟的转速为1r/min。
通过硅舟旋转，以实现气体可以相对均匀地进入到反应腔体内部。本专利通过优化硅舟旋转速度使气体均匀到达硅片表面，提高薄膜淀积的均匀性。
加热器均匀分布。本专利通过优化温度使硅舟上各点的薄膜淀积速率相对一致，提高薄膜淀积的均匀性和膜厚均匀性。石英外管下方通过一波纹管使之与排气管相连。
SiH4通过一供气系统向硅片输送，供气系统包括一输气管，所述输气管伸入石英内管，使SiH4从石英内管进入反应腔体；
所述供气系统还包括一排气管，所述排气管通过一波纹管接头与石英外管相连，使废气从石英外管排出反应腔体。
低压化学气相沉积立式炉包括机械传送系统，所述机械传送系统包括机械手与硅舟，机械手和硅舟表面覆盖SiC层。通过SiC层以避免金属污染。
所述硅舟包括四根相互平行的支撑臂，四根支撑臂中的三根支撑臂上均匀分布有172个用于插入硅片的沟齿。
使硅片均匀放置于沟齿中。
硅舟经电机驱动，电机是一变频电机，所述变频电机的信号输入端连接一控制器，所述控制器的信号输入端连接一检测电机转速的编码器，所述编码器的转轴与所述变频电机的动力输出轴传动连接。
附图说明
图1为本发明反应腔体的部分结构示意图；
图2为本发明硅舟的一种结构示意图。
图中，1为硅舟，2为硅片，3为石英内管，4为石英外管，5为加热器，11为支撑臂， 12为沟齿。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
参见图1、图2，一种改善硅片多晶硅薄膜翘曲的化学气相沉积方法，化学气相沉积时，采用SiH4在660～680℃的温度下进行热分解淀积。本专利通过提高硅烷分解的温度。由于沉积温度升高，多晶硅晶粒变大，晶粒间界变小，从而使硅片翘曲度变小。保护气N2的流速为 120cc/min。SiH4的流速为600cc/min。成膜压力为35pa。
对化学气相沉积的工艺参数调整如下：
项目 常规条件 改善条件
成膜温度(℃) 620～660 660～680
SiH<sub>4</sub>(cc/min) 600 600
N<sub>2</sub>(cc/min) 1200 1200
成膜压力(pa) 66 35
工艺调整前后硅片翘曲度的对比如下表：
可见，通过改善了成膜温度(热分解沉积温度)，明显解决了硅片翘曲度的问题。
采用低压化学气相沉积立式炉进行化学气相沉积。
低压化学气相沉积立式炉包括机械传送系统、气体控制系统、反应腔体、真空系统。
机械传送系统将硅片传送以及进出硅舟。可监控硅片的位置。
气体控制系统提供工艺气体进出反应腔体的功能。可进行气体阀门以及流量控制。
反应腔体为多晶硅薄膜生长提供场所。
真空系统提供稳定反应腔体内部的压力的功能。由真空泵、真空计和反应腔体组成。
低压化学气相沉积立式炉包括反应腔体。参见图1，反应腔体包括从内至外依次设置的石英外管4、石英内管3和硅舟1，硅舟的中心线、石英内管3的中心线与石英外管4的中心线三者重合，石英外管的外围设有加热器5；硅舟通过一旋转驱动机构驱动硅舟1旋转，硅舟的转速为1r/min。通过硅舟旋转，以实现气体可以相对均匀地进入到反应腔体内部。本专利通过优化硅舟旋转速度使气体均匀到达硅片表面，提高薄膜淀积的均匀性。加热器均匀分布。本专利通过优化温度使硅舟上各点的薄膜淀积速率相对一致，提高薄膜淀积的均匀性和膜厚均匀性。石英外管下方通过一波纹管使之与排气管相连。SiH4通过一供气系统向硅片2 输送，供气系统包括一输气管，输气管伸入石英内管，使SiH4从石英内管进入反应腔体；供气系统还包括一排气管，排气管通过一波纹管接头与石英外管相连，使废气从石英外管排出反应腔体。
低压化学气相沉积立式炉包括机械传送系统，机械传送系统包括机械手与硅舟，机械手和硅舟表面覆盖SiC层。通过SiC层以避免金属污染。
参见图2，硅舟包括四根相互平行的支撑臂11，四根支撑臂11中的三根支撑臂上均匀分布有172个用于插入硅片的沟齿12。使硅片均匀放置于沟齿中。四根支撑臂的中心围城一平行四边形或者等腰梯形。
硅舟经电机驱动，电机是一变频电机，变频电机的信号输入端连接一控制器，控制器的信号输入端连接一检测电机转速的编码器，编码器的转轴与变频电机的动力输出轴传动连接。
以上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 (10)

1.一种改善硅片多晶硅薄膜翘曲的化学气相沉积方法，其特征在于，化学气相沉积时，采用SiH4在660～680℃的温度下进行热分解淀积。
2.根据权利要求1所述的一种改善硅片多晶硅薄膜翘曲的化学气相沉积方法，其特征在于：保护气N2的流速为120cc/min。
3.根据权利要求2所述的一种改善硅片多晶硅薄膜翘曲的化学气相沉积方法，其特征在于：SiH4的流速为600cc/min。
4.根据权利要求3所述的一种改善硅片多晶硅薄膜翘曲的化学气相沉积方法，其特征在于：成膜压力为35pa。
5.根据权利要求1所述的一种改善硅片多晶硅薄膜翘曲的化学气相沉积方法，其特征在于：采用低压化学气相沉积立式炉进行化学气相沉积；
低压化学气相沉积立式炉包括反应腔体，所述反应腔体包括从内至外依次设置的石英外管、石英内管和硅舟，所述硅舟的中心线、所述石英内管的中心线与石英外管的中心线三者重合，所述石英外管的外围设有加热器。
6.根据权利要求5所述的一种改善硅片多晶硅薄膜翘曲的化学气相沉积方法，其特征在于：所述硅舟通过一旋转驱动机构驱动硅舟旋转，硅舟的转速为1r/min。
7.根据权利要求6所述的一种改善硅片多晶硅薄膜翘曲的化学气相沉积方法，其特征在于：硅舟经电机驱动，电机是一变频电机，所述变频电机的信号输入端连接一控制器，所述控制器的信号输入端连接一检测电机转速的编码器，所述编码器的转轴与所述变频电机的动力输出轴传动连接。
8.根据权利要求1所述的一种改善硅片多晶硅薄膜翘曲的化学气相沉积方法，其特征在于：SiH4通过一供气系统向硅片输送，供气系统包括一输气管，所述输气管伸入石英内管，使SiH4从石英内管进入反应腔体；
所述供气系统还包括一排气管，所述排气管通过一波纹管接头与石英外管相连，使废气从石英外管排出反应腔体。
9.根据权利要求5所述的一种改善硅片多晶硅薄膜翘曲的化学气相沉积方法，其特征在于：低压化学气相沉积立式炉包括机械传送系统，所述机械传送系统包括机械手与硅舟，机械手和硅舟表面覆盖SiC层。
10.根据权利要求5所述的一种改善硅片多晶硅薄膜翘曲的化学气相沉积方法，其特征在于：所述硅舟包括四根相互平行的支撑臂，四根支撑臂中的三根支撑臂上均匀分布有172个用于插入硅片的沟齿。
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