RU2261937C2 - Method of forming of polycrystalline silicon layers - Google Patents
Method of forming of polycrystalline silicon layers Download PDFInfo
- Publication number
- RU2261937C2 RU2261937C2 RU2002107048/02A RU2002107048A RU2261937C2 RU 2261937 C2 RU2261937 C2 RU 2261937C2 RU 2002107048/02 A RU2002107048/02 A RU 2002107048/02A RU 2002107048 A RU2002107048 A RU 2002107048A RU 2261937 C2 RU2261937 C2 RU 2261937C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reactor
- polycrystalline silicon
- temperature
- silicon layers
- layers
- Prior art date
Links
Landscapes
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
Областью применения изобретения является микроэлектроника, а именно технология изготовления интегральных схем. В настоящее время в производстве ИС слои поликристаллического кремния формируются в прямоточных реакторах пониженного давления с горячей стенкой при Тос=(873-923) К и давлении в реакторе (1-50) Па пиролизом моносилана (SiH4). (Технология СБИС. Под. ред. С.Зи. Книга 1. М.: Мир 1986, с.127-139) [1].The scope of the invention is microelectronics, namely the technology for manufacturing integrated circuits. Currently, in the production of ICs, layers of polycrystalline silicon are formed in once-through reactors of low pressure with a hot wall at T oc = (873-923) K and pressure in the reactor (1-50) Pa by the pyrolysis of monosilane (SiH 4 ). (VLSI technology. Edited by S.Z. Book 1. Moscow: Mir 1986, p.127-139) [1].
Недостатком данного способа формирования слоев поликристаллического кремния (СПК) является присутствие в реакторе:The disadvantage of this method of forming layers of polycrystalline silicon (SEC) is the presence in the reactor:
- положительного градиента температуры по ходу газореагента (в сторону откачки), т.е. отсутствие изотермических условий осаждения;- a positive temperature gradient along the gas reagent (towards pumping), i.e. lack of isothermal deposition conditions;
- отрицательного градиента давления по ходу газореагентов (в сторону откачки), т.е., отсутствие изобарических условий осаждения.- a negative pressure gradient along the gas reagents (towards pumping), i.e., the absence of isobaric deposition conditions.
Положительный градиент температуры по ходу газореагента устанавливается для получения однородной толщины СПК по зоне осаждения. Отрицательный градиент давления получается из-за диссипации энергии движущегося газореагента и сопротивления откачных магистралей.A positive temperature gradient along the gas reagent is set to obtain a homogeneous thickness of the SEC in the deposition zone. A negative pressure gradient is obtained due to the dissipation of the energy of the moving gas reagent and the resistance of the pumping lines.
Отсутствие изотермических и изобарических условий осаждения, а также неоднородность энергетического состояния поверхности пластин способствуют неоднородности свойств СПК (размера зерен, направления их роста, дефектности) по зоне осаждения. Так при ионном легировании бором СПК толщиной 400 нм с Е=30 кэВ и В=20 мкКул/см2 при последующем термоотжиге Т=1273 К в течение 60 мин неоднородность сопротивления СПК по зоне осаждения составляет - (30-40)%, см. чертеж.The absence of isothermal and isobaric conditions of deposition, as well as the heterogeneity of the energy state of the surface of the plates contribute to the heterogeneity of the properties of the SEC (grain size, direction of growth, imperfection) in the deposition zone. So, with ionic doping with boron, an SEC with a thickness of 400 nm with E = 30 keV and B = 20 μCul / cm 2 with subsequent thermal annealing of T = 1273 K for 60 min, the inhomogeneity of the resistance of the SEC over the deposition zone is - (30-40)%, cm. drawing.
Сопротивление СПК определяется, в основном, следующими параметрами:The resistance of the SPK is determined mainly by the following parameters:
- средним размером зерна, L;- average grain size, L;
- температурой завершающей термообработки;- the temperature of the final heat treatment;
- плотностью ловушечных состояний на границах зерен (ГЗ), Nt;- the density of trap states at the grain boundaries (GB), N t ;
- высотой потенциального барьера (φB) и шириной ОПЗ на границах зерен;- the height of the potential barrier (φ B ) and the width of the SCR at the grain boundaries;
- концентрацией примеси, N.- concentration of impurities, N.
Неоднородность сопротивления СПК по зоне осаждения, в основном, определяется размером зерен, дефектностью зерен, плотностью ловушечных состояний на границах зерен.The heterogeneity of the resistance of the SEC over the deposition zone is mainly determined by the grain size, grain defectiveness, and the density of trap states at the grain boundaries.
При уменьшении размера зерен увеличивается площадь межзеренных границ, что влечет за собой увеличение ловушечных состояний, а также увеличение ОПЗ, влекущее за собой увеличение φB. Уменьшение размера зерен приводит к увеличению сопротивления СПК.With a decrease in grain size, the area of grain boundaries increases, which entails an increase in trap states, as well as an increase in SCR, which entails an increase in φ B. A decrease in grain size leads to an increase in the resistance of the SEC.
Размер зерен увеличивается с повышением температуры и уменьшением давления по зоне осаждения реактора, в связи с чем сопротивление СПК уменьшается к концу зоны осаждения.The grain size increases with increasing temperature and decreasing pressure along the deposition zone of the reactor, and therefore the resistance of the SEC decreases towards the end of the deposition zone.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ получения слоев поликристаллического поликремния (Pat. USA N 3900597 С 23 C 11/00, 1975. System and process for deposition of polycrystalline silicon with silane in vacuum [2], включающий загрузку полупроводниковых пластин в реактор с горячими стенками перпендикулярно газовому потоку, откачку реактора до предельного вакуума, напуск моносилана (SiH4) для осаждения СПК, 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 present invention is a method for producing polycrystalline polysilicon layers (Pat. USA N 3900597 С 23 C 11/00, 1975. System and process for deposition of polycrystalline silicon with silane in vacuum [2], which includes loading semiconductor wafers into a reactor with hot walls perpendicular to the gas flow, pumping the reactor to extreme vacuum, monosilane inlet (SiH 4 ) to precipitate SPK, shutting down monosilane, pumping the reactor to maximum vacuum, inert gas to atmospheric pressure, unloading the floor conductor plates.
К недостаткам прототипа относятся:The disadvantages of the prototype include:
- неоднородность сопротивления СПК (после его легирования примесью и активации) по зоне осаждения реактора;- heterogeneity of the resistance of the SEC (after doping with impurity and activation) over the deposition zone of the reactor;
- неоднородность сопротивления СПК по пластине.- heterogeneity of the resistance of the SEC on the plate.
Задачей настоящего изобретения является получение технического результата, заключающегося в уменьшении неоднородности сопротивления СПК по пластине и зоне осаждения реактора. 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, напуск моносилана для осаждения СПК, прекращение подачи моносилана, откачку реактора до предельного вакуума, напуск в реактор инертного газа до атмосферного давления, выгрузку полупроводниковых пластин из реактора, после напуска в реактор инертного газа повышают температуру реактора для дополнительного термоотжига СПК до Т→1323 К, а затем выдерживают пластины (модифицируют СПК) при этой температуре не менее 40-60 мин в потоке инертного газа, снижают температуру до температуры роста СПК. Дополнительный термоотжиг (модификацию СПК) можно проводить и в диффузионной печи.The objective of the present invention is to obtain a technical result, which consists in reducing the heterogeneity of the resistance of the SEC on the plate and the deposition zone of the reactor. 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, letting in monosilane to deposit SPK, stopping the supply of monosilane, pumping the reactor to the limit of vacuum, letting inert gas into the reactor to atmospheric pressure, unloading semiconductor wafers from the reactor, after inert gas is introduced into the reactor, the temperature of the reactor is increased to supplement After thermal annealing of the SEC to T → 1323 K, then the plates are kept (modify the SEC) at this temperature for at least 40-60 min in an inert gas stream, and the temperature is reduced to the SEC growth temperature. Additional thermal annealing (modification of SEC) can also be carried out in a diffusion furnace.
Таким образом, отличительным признаком изобретения является комбинированный процесс формирования СПК, заключающийся в его модификации дополнительным термоотжигом (модификации) по месту его осаждения или в диффузионной печи. Дополнительный термоотжиг СПК стабилизирует размер зерен поликремния на пластинах, расположенных по зоне осаждения (увеличивается размер зерен, уменьшается площадь ГЗ, плотность ловушек и т.д.), что способствует уменьшению неоднородности сопротивления СПК по пластине и зоне осаждения, а также его абсолютному уменьшению.Thus, the hallmark of the invention is the combined process of the formation of the SEC, which consists in its modification by additional thermal annealing (modification) at the place of its deposition or in a diffusion furnace. Additional thermal annealing of the SEC stabilizes the size of polysilicon grains on the plates located along the deposition zone (grain size increases, GB area, trap density, etc. decrease), which helps to reduce the inhomogeneity of the SEC resistance over the plate and the deposition zone, as well as its absolute decrease.
Проведенные патентные исследования показали, что совокупность признаков предлагаемого изобретения является новой, что доказывает новизну заявляемого способа. Кроме того, патентные исследования показали отсутствие в литературных данных, показывающих влияние отличительных признаков заявляемого изобретения на достижение технического результата, что подтверждает изобретательский уровень предлагаемого способа. Данная совокупность отличительных признаков позволяет решить поставленную задачу.Patent studies have shown that the set of features of the invention is new, which proves the novelty of the proposed method. In addition, patent studies showed the lack of published data showing the influence of the distinctive features of the claimed invention on the achievement of a technical result, which confirms the inventive step of the proposed method. This set of distinctive features allows us to solve the problem.
Пример. На монокристаллических подложках после стандартной химической обработки формировали диоксид кремния в трихлорэтилене с кислородом толщиной 50 нм. Окисленные пластины загружали в лодочку с шагом 2,38 мм, лодочку с пластинами загружали в реактор. Пластины на лодочке располагались следующим образом: 1-я пластина в начале зоны осаждения (н.з.); 2-я плотина в середине зоны осаждения (с.з.); 3-я пластина в конце зоны осаждения (к.з). Производили откачку реактора до предельного вакуума далее при Qar=60 л/час. Откачивали реактор в течение 25 мин (стабилизация температуры). Производили откачку реактора без подачи аргона до вакуума 0,3 Па, после чего в реактор пускали 10% моносилан с расходом 120 л/час, в течение 40 мин. При этом температура осаждения составляла 893 К по центру зоны осаждения. По истечении 40 мин прекращали подачу моносилана, откачивали реактор до предельного вакуума, после чего проводили откачку реактора с Qar=60 л/час, в течение 10 мин, прекращали подачу аргона, откачивали реактор до предельного вакуума и проводили разгерметизацию реактора. После чего выгружали пластины из реактора. Проводилось 6 процессов осаждения СПК. Толщина СПК составляла 400 нм ±3% по всем процессам. СПК легировались бором Е=30 кэВ и D=40 мкКул/см2, а другая часть пластин из этих процессов подвергалась термоотжигу (модификации) перед ионным легированием в диффузионной печи при Т=1323 К в течение 60 мин, потом модифицированный СПК легировался бором Е=30 кэВ и D=40 мкКул/см2. Активацию примесей проводили при Т=1323 К 30 мин. В таблице 1 представлены результаты неоднородности сопротивления СПК по пластине и процессу без дополнительного термоотжига (модификации СПК).Example. After standard chemical treatment, silicon dioxide was formed on monocrystalline substrates in trichlorethylene with oxygen with a thickness of 50 nm. The oxidized plates were loaded into the boat with a pitch of 2.38 mm, the boat with the plates was loaded into the reactor. The plates on the boat were located as follows: 1st plate at the beginning of the deposition zone (n.a.); 2nd dam in the middle of the deposition zone (north-west); 3rd plate at the end of the deposition zone (KZ). The reactor was pumped to the ultimate vacuum and then at Q ar = 60 l / h. The reactor was pumped out for 25 min (temperature stabilization). The reactor was pumped out without feeding argon to a vacuum of 0.3 Pa, after which 10% monosilane was introduced into the reactor at a rate of 120 l / h for 40 minutes. In this case, the deposition temperature was 893 K in the center of the deposition zone. After 40 minutes, the monosilane supply was stopped, the reactor was pumped out to the ultimate vacuum, after which the reactor was pumped out with Q ar = 60 l / h for 10 minutes, the argon supply was stopped, the reactor was pumped to the maximum vacuum and the reactor was depressurized. Then the plates were unloaded from the reactor. Conducted 6 processes of deposition of SEC. The thickness of the SEC was 400 nm ± 3% for all processes. SECs were doped with boron E = 30 keV and D = 40 μCool / cm 2 , and the other part of the plates from these processes was thermally annealed (modified) before ion doping in a diffusion furnace at T = 1323 K for 60 min, then the modified SEC was doped with boron E = 30 keV and D = 40 μCoul / cm 2 . Impurities were activated at T = 1323 K for 30 min. Table 1 presents the results of the heterogeneity of the resistance of the SEC over the plate and the process without additional thermal annealing (modification of the SEC).
Из данных приведенных в таблицах 1 и 2 следует, что дополнительный термоотжиг (модификация СПК) улучшает неоднородность сопротивления по зоне осаждения в 4-5 раз, по серии процессов в 5 раз, а по пластине в 2-2,5 раза.From the data given in tables 1 and 2, it follows that additional thermal annealing (modification of SEC) improves the heterogeneity of resistance in the deposition zone by 4-5 times, in a series of processes by 5 times, and on the plate by 2-2.5 times.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002107048/02A RU2261937C2 (en) | 2002-03-21 | 2002-03-21 | Method of forming of polycrystalline silicon layers |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002107048/02A RU2261937C2 (en) | 2002-03-21 | 2002-03-21 | Method of forming of polycrystalline silicon layers |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002107048A RU2002107048A (en) | 2004-12-27 |
RU2261937C2 true RU2261937C2 (en) | 2005-10-10 |
Family
ID=35635463
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002107048/02A RU2261937C2 (en) | 2002-03-21 | 2002-03-21 | Method of forming of polycrystalline silicon layers |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2261937C2 (en) |
-
2002
- 2002-03-21 RU RU2002107048/02A patent/RU2261937C2/en not_active Application Discontinuation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2002107048A (en) | 2004-12-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN1217393C (en) | Method for thermal processing silicon chip and silicon chip produced with the same method | |
US20100192855A1 (en) | Manufacturing method of a semiconductor device, and substrate processing apparatus | |
JP3023982B2 (en) | Film formation method | |
JP2004529489A (en) | Method of forming high dielectric constant gate insulating layer | |
JP4706260B2 (en) | Process for oxidizing object, oxidation apparatus and storage medium | |
US7537657B2 (en) | Silicon wafer and process for producing it | |
JP2003282577A (en) | Silicon semiconductor wafer and manufacturing method therefor | |
JPS60245231A (en) | Method of depositing borophossilidate glass | |
CN1846017A (en) | Process for preparing a stabilized ideal oxygen precipitating silicon wafer | |
KR100831120B1 (en) | Adjusting defect profiles in crystal or crystalline structures | |
CN101307488A (en) | Polycrystalline silicon thin film preparation method | |
JP2874618B2 (en) | Silicon semiconductor substrate and method of manufacturing the same | |
RU2261937C2 (en) | Method of forming of polycrystalline silicon layers | |
WO2010131412A1 (en) | Silicon wafer and method for producing the same | |
JP2010041000A (en) | Method of manufacturing nitrogen doped silicon wafer and nitrogen doped silicon wafer obtained by the same | |
JPS59186331A (en) | Method of producing semiconductor substrate | |
US20050032337A1 (en) | Method and apparatus for forming a silicon wafer with a denuded zone | |
US6333266B1 (en) | Manufacturing process for a semiconductor device | |
KR20180074273A (en) | Method and apparatus for manufacturing epitaxial wafer | |
KR100521702B1 (en) | A method of film-forming of tungsten | |
JP4779519B2 (en) | Epitaxial wafer manufacturing method | |
RU2191847C2 (en) | Method for forming layers of polycrystalline silicon | |
JPH0897222A (en) | Manufacture of silicon wafer, and silicon wafer | |
TWI231532B (en) | Method for enhancing the speed of semiconductor device | |
US20110156222A1 (en) | Silicon Wafer and Manufacturing Method Thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FA94 | Acknowledgement of application withdrawn (non-payment of fees) |
Effective date: 20050317 |
|
FZ9A | Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal) |
Effective date: 20050317 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20130801 |