RU2191847C2 - Method for forming layers of polycrystalline silicon - Google Patents

Method for forming layers of polycrystalline silicon Download PDF

Info

Publication number
RU2191847C2
RU2191847C2 RU2000106315/02A RU2000106315A RU2191847C2 RU 2191847 C2 RU2191847 C2 RU 2191847C2 RU 2000106315/02 A RU2000106315/02 A RU 2000106315/02A RU 2000106315 A RU2000106315 A RU 2000106315A RU 2191847 C2 RU2191847 C2 RU 2191847C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
polycrystalline silicon
reactor
layer
layers
deposition
Prior art date
Application number
RU2000106315/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2000106315A (en
Inventor
Н.М. Манжа
Original Assignee
Акционерное общество открытого типа "НИИ молекулярной электроники и завод "Микрон"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество открытого типа "НИИ молекулярной электроники и завод "Микрон" filed Critical Акционерное общество открытого типа "НИИ молекулярной электроники и завод "Микрон"
Priority to RU2000106315/02A priority Critical patent/RU2191847C2/en
Publication of RU2000106315A publication Critical patent/RU2000106315A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2191847C2 publication Critical patent/RU2191847C2/en

Links

Abstract

FIELD: microelectronics, namely processes for making integrated circuits. SUBSTANCE: method comprises steps of loading semiconductor plates into reactor; feeding monosilane at temperature of growing layer of amorphous silicon; depositing layer of amorphous silicon; increasing temperature until that of growing layer of polycrystalline silicon and depositing it until predetermined thickness; supplying inert gas into reactor until achieving atmospheric pressure; discharging plates. Deposition of layer of amorphous silicon is realized at temperature T that is higher or equal to 550 C and that is less or equal to 570 C for (5 -10) min; deposition of polycrystalline silicon is realized at temperature T that is higher or equal to 610 C and less or equal to 640 C. EFFECT: enhanced uniformness of layers of polycrystalline silicon. 3 cl, 1 ex

Description

Областью применения изобретения является микроэлектроника, а именно технология изготовления интегральных схем. The scope of the invention is microelectronics, namely the technology for manufacturing integrated circuits.

В настоящее время в производстве интегральных схем слои поликристаллического кремния формируются в прямоточных реакторах пониженного давления с горячей стенкой при Т= 600-650oС и давлении Р=1-50Па пиролизом моносилана (Технология СБИС. Под ред. С.Зи. Книга 1, Москва "Мир", 1986, с.с. 127-139) [1].Currently, in the production of integrated circuits, layers of polycrystalline silicon are formed in once-through reactors of low pressure with a hot wall at Т = 600-650 o С and pressure Р = 1-50Па by pyrolysis of monosilane (VLSI technology. Edited by S.Z. Book 1, Moscow "Mir", 1986, pp. 127-139) [1].

Скорость осаждения слоев поликристаллического кремния находится в интервале 10-20 нм/мин. The deposition rate of polycrystalline silicon layers is in the range of 10-20 nm / min.

Недостатком данного способа формирования слоев поликристаллического кремния (СПК) является отсутствие в прямоточных реакторах пониженного давления изобарических и изотермических условий осаждения, приводящих к неоднородности сопротивления СПК по зоне осаждения после его легирования, особенно малыми дозами (меньше 60 мкКул•см-2). Неоднородность сопротивления СПК зависит от размера зерен, текстуры СПК и энергетического состояния поверхности пластин. Положительный градиент температуры по ходу моносилана, устанавливаемый для получения однородной толщины СПК по зоне осаждения, и отрицательный градиент давления по ходу моносилана из-за гидравлического сопротивления трубопроводов и диссипации энергии движущегося газа приводят к увеличению размера зерен от начала зоны осаждения к концу. Энергетическое состояние пластины влияет на размер зародышей зерен поликремния. Наличие на пластине потенциальных энергетических ям и температур осаждения больше 590oС приводит к увеличению размера зерен поликремния и так называемых "выростов", приводящих к забракованию СПК.The disadvantage of this method of forming layers of polycrystalline silicon (SEC) is the absence of isobaric and isothermal deposition conditions in ramjet reactors leading to inhomogeneous resistance of the SEC in the deposition zone after doping, especially in small doses (less than 60 μCul · cm -2 ). The heterogeneity of the resistance of the SEC depends on the grain size, texture of the SEC and the energy state of the surface of the plates. A positive temperature gradient along the monosilane, set to obtain a homogeneous thickness of the SCS along the deposition zone, and a negative pressure gradient along the monosilane due to the hydraulic resistance of the pipelines and the dissipation of energy of the moving gas, lead to an increase in grain size from the beginning of the deposition zone to the end. The energy state of the plate affects the size of the nuclei of polysilicon grains. The presence on the plate of potential energy wells and deposition temperatures of more than 590 o C leads to an increase in the size of polysilicon grains and the so-called "outgrowths", leading to the rejection of the SEC.

Известны способы получения СПК модификацией (термическим отжигом) слоев аморфного кремния (Н.М. Манжа. Сопротивление слоев аморфного кремния, полученных при пониженном давлении. Сборник трудов под ред. члена-корреспондента РАН Красникова Г.Я. Москва (3еленоград) 2000, с.с. 250-256)[2]. Слои аморфного кремния получают пиролизом моносилана в реакторах пониженного давления с горячей стенкой при Т≤575oС (L.P.Awakyants, L.L.Gerasimov, V.S.Gorelik, N. M. Manzha e.a. Y. Of Molekular Structure, 267, p.p. 177-184) [3]. Осаждение слоев аморфного кремния при пониженных температурах частично устраняет недостатки способов формирования слоев поликристаллического кремния по следующим причинам:
- так как осаждается не поликристаллический слой, состоящий из множества мелких кристаллитов кремния, зарождающихся на поверхности пластины и существенно зависящих от энергетического состояния пластины на разных участках, а аморфный слой, свойства которого мало зависят от энергетического состояния поверхности пластин, тем самым исключается неоднородность структуры осаждаемых слоев;
- снижение температуры осаждения до 570oС исключает положительный градиент температуры вдоль реактора по ходу реагентов, что благоприятно отражается на однородности структуры поликремния;
- при модификации слоев аморфного кремния (термическим отжигом) плотность центров кристаллизации снижается, а величины зерен по пластине имеют практически одинаковый размер, и шероховатость слоев находится на уровне шероховатости монокристаллического кремния (1-1,5)нм.
Known methods for producing SECs by modifying (thermal annealing) layers of amorphous silicon (NM Manzha. Resistance of layers of amorphous silicon obtained under reduced pressure. Proceedings under the editorship of RAS Corresponding Member G. Ya. Moscow (3lenograd) 2000, p. p. 250-256) [2]. Amorphous silicon layers are obtained by the pyrolysis of monosilane in low-pressure reactors with a hot wall at Т≤575 o С (LPAwakyants, LLGerasimov, VSGorelik, NM Manzha ea Y. Of Molekular Structure, 267, pp 177-184) [3]. The deposition of layers of amorphous silicon at low temperatures partially eliminates the disadvantages of the methods of forming layers of polycrystalline silicon for the following reasons:
- since not a polycrystalline layer is deposited, consisting of many small silicon crystallites that nucleate on the wafer surface and substantially depend on the energy state of the wafer in different areas, but an amorphous layer, whose properties depend little on the energy state of the wafer surface, thereby eliminating the heterogeneity of the structure of the deposited layers;
- reducing the deposition temperature to 570 o C eliminates a positive temperature gradient along the reactor along the reagents, which favorably affects the uniformity of the structure of polysilicon;
- when the layers of amorphous silicon are modified (by thermal annealing), the density of the crystallization centers decreases, and the grain sizes on the plate are almost the same size, and the roughness of the layers is at the level of roughness of single-crystal silicon (1-1.5) nm.

Недостатками способов [2, 3] получения слоев поликристаллического кремния модификацией аморфного кремния являются низкие скорости его осаждения (1,0-2,5) нм/мин. The disadvantages of the methods [2, 3] for producing polycrystalline silicon layers by modification of amorphous silicon are low deposition rates (1.0-2.5) nm / min.

- Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ получения слоев поликристаллического кремния (Pat. USA 3900597, С 23 С 11/00, 1975. System and process for deposition of polycrystalline silicon with silane in vacuum) [4], включающий загрузку полупроводниковых пластин в реактор с горячими стенками перпендикулярно газовому потоку, откачку реактора до предельного вакуума, подачу моносилана, осаждение слоя поликристаллического кремния, прекращение подачи моносилана, откачку реактора до предельного вакуума, напуск в реактор инертного газа до атмосферного давления, выгрузку полупроводниковых пластин. - The closest technical solution to the proposed invention is a method for producing layers of polycrystalline silicon (Pat. USA 3900597, С 23 С 11/00, 1975. System and process for deposition of polycrystalline silicon with silane in vacuum) [4], which includes loading semiconductor wafers into a hot-wall reactor perpendicular to the gas flow, pumping the reactor to the ultimate vacuum, feeding monosilane, depositing a layer of polycrystalline silicon, stopping the supply of monosilane, pumping the reactor to the ultimate vacuum, letting inert gas into the reactor to atmospheric pressure phenomenon unloading wafers.

К недостаткам прототипа относятся:
- повышенная шероховатость слоев поликристаллического кремния 5-20 нм, затрудняющая хемофотографию данных слоев;
- наличие на пластине потенциальных энергетических ям приводит к появлению в слоях "выростов" размером по высоте до 300-800 нм, что делает слои непрозрачными, и невоспроизводимости их травления;
- неоднородность сопротивления слоев поликристаллического кремния по зоне осаждения при последующем легировании, особенно малыми дозами.
The disadvantages of the prototype include:
- increased roughness of the layers of polycrystalline silicon 5-20 nm, which complicates chemophotography of these layers;
- the presence on the plate of potential energy wells leads to the appearance of “outgrowths” in the layers with a height of up to 300-800 nm, which makes the layers opaque and irreplaceable etching;
- heterogeneity of the resistance of the layers of polycrystalline silicon over the deposition zone during subsequent alloying, especially in small doses.

Задачей настоящего изобретения является получение технического результата, заключающегося в улучшении однородности свойств слоев поликристаллического кремния (СПК), в частности в уменьшении неоднородности сопротивления, в уменьшении шероховатости СПК и отсутствии "выростов". The objective of the present invention is to obtain a technical result, which consists in improving the uniformity of the properties of the layers of polycrystalline silicon (SEC), in particular in reducing the heterogeneity of the resistance, in reducing the roughness of the SEC and the absence of "outgrowths".

Поставленная задача решается в способе формирования слоев поликристаллического кремния, включающем загрузку полупроводниковых пластин в реактор с горячими стенками перпендикулярно газовому потоку, откачку реактора до предельного вакуума, подачу моносилана, осаждение слоя поликристаллического кремния, прекращение подачи моносилана, откачку реактора до предельного вакуума, подачу в реактор инертного газа до атмосферного давления, выгрузку полупроводниковых пластин из реактора, отличающемся тем, что подачу моносилана в реактор осуществляют при температуре роста слоя аморфного кремния, осаждают слой аморфного кремния, а затем, не прекращая подачи моносилана, температуру повышают до температуры роста слоя поликристаллического кремния и осаждение последнего осуществляют до заданной толщины. При этом осаждение слоя аморфного кремния осуществляют при 550oС≤Т≤570oС, а осаждение слоя поликристаллического кремния осуществляют при 610oС≤Т≤640oС.The problem is solved in a method of forming layers of polycrystalline silicon, including loading semiconductor wafers into a reactor with hot walls perpendicular to the gas flow, pumping the reactor to the ultimate vacuum, feeding monosilane, depositing a layer of polycrystalline silicon, stopping the supply of monosilane, pumping the reactor to the ultimate vacuum, feeding inert gas to atmospheric pressure, unloading of semiconductor wafers from the reactor, characterized in that the supply of monosilane to the reactor is carried out they are formed at the growth temperature of the amorphous silicon layer, the amorphous silicon layer is deposited, and then, without stopping the supply of monosilane, the temperature is increased to the growth temperature of the polycrystalline silicon layer and the latter is deposited to a predetermined thickness. While the deposition of the layer of amorphous silicon is carried out at 550 o C≤T≤570 o C, and the deposition of the layer of polycrystalline silicon is carried out at 610 o C≤T≤640 o C.

Таким образом, отличительным признаком предлагаемого изобретения является комбинированный процесс формирования слоев поликристаллического кремния, заключающийся в формировании подслоя аморфного кремния, повышении температуры до температуры роста слоя поликристаллического кремния, не прекращая подачи моносилана в реактор, и рост слоя поликристаллического кремния до заданной толщины. Thus, the hallmark of the present invention is the combined process of the formation of polycrystalline silicon layers, which consists in the formation of an amorphous silicon sublayer, raising the temperature to the growth temperature of the polycrystalline silicon layer, without stopping the supply of monosilane to the reactor, and the growth of the polycrystalline silicon layer to a given thickness.

Осаждение подслоя аморфного кремния выравнивает энергетическое состояние поверхности пластин, уменьшает плотность центров кристаллизации для последующего роста слоев поликристаллического кремния, что способствует улучшению однородности структуры поликремния и уменьшению его шероховатости. The deposition of an amorphous silicon sublayer evens the energy state of the wafer surface, reduces the density of crystallization centers for the subsequent growth of polycrystalline silicon layers, which improves the uniformity of the polysilicon structure and reduces its roughness.

Данная совокупность отличительных признаков позволяет решить поставленную задачу. This set of distinctive features allows us to solve the problem.

Пример. На монокристаллических подложках, после химической обработки КАРО-ПАР-ГМО-ПАР, формировали диоксид кремния в трихлорэтилене и кислороде при Т= 900oС толщиной 50 нм. Окисленные пластины помещали в лодочки с шагом 2,38 мм, лодочки с пластинами загружали в реактор при Т=565oС. Откачивали реактор до давления 0,3 Па, далее при расходе Ar=60 л/ч откачивали реактор в течение 25 мин (стабилизация температуры). Производили откачку без подачи аргона до вакуума 0,3 Па, после чего в реактор подавали 100% моносилан с расходом 12 л/ч в течение 10 мин при Р=20 Па. При этом толщина слоя аморфного кремния составляла 15 нм. Не прекращая подачи моносилана, программировали поднятие температуры до 622oС (центр зоны осаждения). Скорость поднятия температуры составляла 10oС/мин. Производили осаждение слоя поликристаллического кремния в течение 45 мин. Далее прекращали подачу моносилана, откачивали реактор до 0,3 Па в течение 5 мин, потом производили откачку с Ar Q=60 л/ч в течение 10 мин, прекращали подачу аргона, откачивали реактор до 0,3 Па и после производили разгерметизацию реактора:
- подавали Ar с Q=60 л/ч;
- закрывали затвор откачной системы;
- в течение 5 мин подавали Ar в реактор;
- в течение 10 мин подавали N2 Q=300 л/ч;
- выравнивали давление в реакторе с атмосферным.
Example. On single-crystal substrates, after chemical treatment of KARO-PAR-GMO-PAR, silicon dioxide was formed in trichlorethylene and oxygen at T = 900 ° C with a thickness of 50 nm. Oxidized plates were placed in boats with a pitch of 2.38 mm, boats with plates were loaded into the reactor at T = 565 ° C. The reactor was pumped out to a pressure of 0.3 Pa, then at a flow rate of Ar = 60 l / h the reactor was pumped out for 25 min ( temperature stabilization). They pumped out without feeding argon to a vacuum of 0.3 Pa, after which 100% monosilane was fed into the reactor at a rate of 12 l / h for 10 min at P = 20 Pa. The thickness of the amorphous silicon layer was 15 nm. Without stopping the supply of monosilane, the temperature was programmed to increase to 622 o C (the center of the deposition zone). The rate of temperature rise was 10 o C / min. A layer of polycrystalline silicon was deposited for 45 minutes. Then the monosilane supply was stopped, the reactor was pumped out to 0.3 Pa for 5 minutes, then the pump was pumped out with Ar Q = 60 l / h for 10 minutes, the argon supply was stopped, the reactor was pumped out to 0.3 Pa and then the reactor was depressurized:
- Ar was fed with Q = 60 l / h;
- closed the shutter of the pumping system;
- Ar was fed into the reactor for 5 minutes;
- for 10 min, N 2 Q = 300 l / h was supplied;
- equalized pressure in the reactor with atmospheric.

После этого выгружали пластины из реактора. After that, the plates were unloaded from the reactor.

При этом толщина слоя поликристаллического кремния составляла 500 нм. Слои поликристаллического кремния получаются гладкими (flat-polycrystalline) с шероховатостью 1-1,5 нм, что на порядок меньше, чем у слоев поликремния, полученных стандартным методом, а воспроизводимость сопротивления легированных слоев поликристаллического кремния по зоне осаждения составляет ±5%, в то время как воспроизводимость сопротивления слоев поликремния по зоне осаждения, полученных стандартным способом, составляет ±15%. The thickness of the polycrystalline silicon layer was 500 nm. Polycrystalline silicon layers are smooth (flat-polycrystalline) with a roughness of 1-1.5 nm, which is an order of magnitude smaller than that of the polysilicon layers obtained by the standard method, and the reproducibility of the resistance of doped polycrystalline silicon layers in the deposition zone is ± 5%, while while the reproducibility of the resistance of the polysilicon layers in the deposition zone obtained by the standard method is ± 15%.

Claims (3)

Способ формирования слоев поликристаллического кремния (СПК), включающий загрузку полупроводниковых пластин в реактор с горячими стенками, откачку реактора до предельного вакуума, напуск моносилана, прекращение подачи последнего, откачку реактора до предельного вакуума, напуск в реактор инертного газа до атмосферного давления, выгрузку полупроводниковых пластин из реактора, отличающийся тем, что напуск моносилана в реактор осуществляют при температуре роста слоя аморфного кремния, осаждают слой аморфного кремния, а затем, не прекращая подачи моносилана, температуру повышают до температуры роста слоя поликристаллического кремния, осуществляют осаждение поликристаллического кремния до заданной толщины. A method of forming polycrystalline silicon (SEC) layers, including loading semiconductor wafers into a hot-wall reactor, pumping the reactor to the ultimate vacuum, letting in monosilane, shutting off the latter, pumping the reactor to the ultimate vacuum, letting the inert gas into the reactor to atmospheric pressure, unloading the semiconductor wafers from a reactor, characterized in that the monosilane is poured into the reactor at a growth temperature of an amorphous silicon layer, an amorphous silicon layer is deposited, and then, without stopping I supply monosilane, the temperature is increased to the growth temperature of the polycrystalline silicon layer, polycrystalline silicon is precipitated to a predetermined thickness. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осаждение слоя аморфного кремния осуществляется при 550oС≤Т≤570oС в течение 5-10 мин.2. The method according to claim 1, characterized in that the deposition of a layer of amorphous silicon is carried out at 550 o C≤T≤570 o C for 5-10 minutes 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что осаждение слоя поликристаллического кремния осуществляется при 610oС≤Т≤640oС.3. The method according to claim 1, characterized in that the deposition of a layer of polycrystalline silicon is carried out at 610 o C≤T≤640 o C.
RU2000106315/02A 2000-03-16 2000-03-16 Method for forming layers of polycrystalline silicon RU2191847C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000106315/02A RU2191847C2 (en) 2000-03-16 2000-03-16 Method for forming layers of polycrystalline silicon

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000106315/02A RU2191847C2 (en) 2000-03-16 2000-03-16 Method for forming layers of polycrystalline silicon

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2000106315A RU2000106315A (en) 2001-11-27
RU2191847C2 true RU2191847C2 (en) 2002-10-27

Family

ID=20231837

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000106315/02A RU2191847C2 (en) 2000-03-16 2000-03-16 Method for forming layers of polycrystalline silicon

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2191847C2 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5042022B2 (en) Removal of flow and pressure gradients in low utilization processes.
US5874129A (en) Low temperature, high pressure silicon deposition method
JP2002110572A (en) Multi-deposition sacvd reactor
US6339016B1 (en) Method and apparatus for forming an epitaxial silicon wafer with a denuded zone
JP3213032B2 (en) Fabrication of integrated circuits using amorphous layers
RU2191847C2 (en) Method for forming layers of polycrystalline silicon
US5893747A (en) Method of manufacturing a polysilicon film of a semiconductor device
KR100509225B1 (en) Tungsten layer forming method and laminate structure of tungsten layer
JP2000012783A (en) Method of producing semiconductor device
US6333266B1 (en) Manufacturing process for a semiconductor device
US6943089B2 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor manufacturing apparatus
TWI466176B (en) Method and apparatus for depositing thin film
JP3242901B2 (en) Semiconductor forming method and apparatus
US20050032337A1 (en) Method and apparatus for forming a silicon wafer with a denuded zone
JP3400756B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
KR20180074273A (en) Method and apparatus for manufacturing epitaxial wafer
KR100521702B1 (en) A method of film-forming of tungsten
US6531415B1 (en) Silicon nitride furnace tube low temperature cycle purge for attenuated particle formation
US6448180B2 (en) Deposition of in-situ doped semiconductor film and undoped semiconductor film in the same reaction chamber
JP3576790B2 (en) Method of manufacturing semiconductor device having hemispherical grain polycrystalline silicon film
JP3809015B2 (en) Semiconductor device manufacturing apparatus, method for manufacturing HSG-polycrystalline silicon film, and method for manufacturing capacitor including HSG-polycrystalline silicon film as electrode
JPH021124A (en) Manufacture of dielectric film
JP2000012777A (en) Manufacture of semiconductor device
RU2261937C2 (en) Method of forming of polycrystalline silicon layers
KR20020080028A (en) A RTCVD and A manufacturing method for thin film and substrate using the apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20040317