[发明专利]掺氧半绝缘多晶硅膜及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件领域技术，尤其涉及处掺氧半绝缘多晶硅膜及其制作方法。

背景技术

掺氧半绝缘多晶硅(SIPOS)薄膜呈半绝缘性和电中性，与传统的SiO2膜相比，有以下优点：1、与SiO2中含有的固定正电荷不同，SIPOS膜呈电中性，本身无固定电荷，不会影响硅衬底表面载流子的重新分布，既可作为P型衬底钝化膜，也可作为N型衬底钝化膜。2、SIPOS膜的电阻率介于多晶硅(～3E6Ohm-cm)和SiO2(＞1E16Ohm-cm)之间，为1E8～1E10Ohm-cm，具体的数值由其氧含量决定，故载流子可在其内部运动，注入的热电子不能长时间存在于SIPOS膜中，所以无载流子存储效应。3、因为SIPOS膜主要结构是多晶硅，在晶粒间界处有大量俘获陷阱(密度为1E17～1E18/cm3)，这些陷阱既可以俘获电子，也可以俘获空穴，又可以俘获带电粒子，从而使器件特性稳定可靠。

正是由于掺氧半绝缘多晶硅的这些性质，用掺氧半绝缘多晶硅钝化硅衬底时，因掺氧半绝缘多晶硅的半绝缘性和Si-SIPOS界面无高位能的势垒，可以允许有外加电场或离子沾污在硅表面感生的可动离子进入掺氧半绝缘多晶硅中，这样在硅表面不能形成反型层或堆积层，从根本上改善了硅衬底的表面效应。而且，掺氧半绝缘多晶硅膜中含有15～35％的氧原子，使表面产生电流的表面态密度大大降低，故SIPOS-Si之间的界面态密度将显著减少，进而减小了反向电流中的界面态产生电流分量。

此外，与SiO2对雪崩击穿后热载流子长期储存效应不同，掺氧半绝缘多晶硅半绝缘，凡进入掺氧半绝缘多晶硅中的电荷不能长期储存，故由雪崩击穿产生的热载流子也不会长期停留在掺氧半绝缘多晶硅中，故消除了由SiO2钝化产生的击穿电压蠕动，提高了器件的稳定性和可靠性。

根据文献报道和实际的大量的工艺实验结果，掺氧半绝缘多晶硅膜中氧含量是20％左右时，器件可以有较好的耐压及漏电特性。但是，使用该含氧量时，在随后的铝布线工艺中，晶片表面会出现“铝印”。该“铝印”是指掺氧半绝缘多晶硅薄膜上的铝，在425度合金后，铝原子沿掺氧半绝缘多晶硅中的晶粒间界向铝条两边扩散。严重时会造成电路内部微短路。这一点不仅使表观质量变差，同时也是造成器件功能失效和可靠性降低原因之一。

发明内容

本发明实施例提供了一种掺氧半绝缘多晶硅及其制作方法，可以既保证了器件耐压特性，又避免了出现铝印现象。

本发明实施例提供了一种掺氧半绝缘多晶硅膜的制作方法，该方法包括：

按照第一流量比向放置有硅片的反应炉内持续充入一氧化氮和硅烷，在硅片上反应，持续反应达到第一反应时间长度后，生成具有第一含氧量的第一掺氧半绝缘多晶硅层；

按照第二流量比向反应炉内持续充入一氧化氮和硅烷，在所述第一掺氧半绝缘多晶硅层上反应，持续反应达到第二反应时间长度后，生成具有第二含氧量的第二掺氧半绝缘多晶硅层；

其中，所述第二含氧量大于所述第一含氧量。

较佳的，所述第一流量比为0.24时，所述第一含氧量为21％。

较佳的，所述第二流量比为0.4时，所述第二含氧量为45％。

较佳的，生成第一掺氧半绝缘多晶硅层的第一反应时间长度大于生成第二掺氧半绝缘多晶硅层的第二反应时间长度。

较佳的，所述生成第一掺氧半绝缘多晶硅层的第一反应时间长度为70分钟，所述生成第二掺氧半绝缘多晶硅层的第二反应时间长度为13分钟。

较佳的，生成第一掺氧半绝缘多晶硅层和第二掺氧半绝缘多晶硅层的反应温度均为650摄氏度，反应压力为200毫托。

相应的，本发明实施例提供了一种掺氧半绝缘多晶硅膜，包括：

位于硅片上的具有第一含氧量的第一掺氧半绝缘多晶硅层；

位于所述第一掺氧半绝缘多晶硅层上的、具有第二含氧量的第二掺氧半绝缘多晶硅层；

其中，所述第二含氧量大于所述第一含氧量。

较佳的，所述第一掺氧半绝缘多晶硅层的厚度大于所述第二掺氧半绝缘多晶硅层的厚度。

较佳的，所述第一掺氧半绝缘多晶硅层的厚度为3500埃，所述第二掺氧半绝缘多晶硅层的厚度为2000埃。