[发明专利]一种大直径硅基多晶硅膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种大直径硅基多晶硅膜的制备方法，包括低温高速沉积步骤和高温低速沉积步骤；在低温高速沉积步骤中，温度为600℃‑640℃，转速为1.5‑2.5rpm；在高温低速沉积步骤中，温度为660℃‑690℃，转速为0.5‑1.5rpm。本发明的方法通过先低温高速沉积后高温低速沉积的组合方式沉积多晶硅薄膜，能够显著改善BOW/WARP参数。本发明工艺控制简单，有效控制多晶硅薄膜应力，满足硅基材料多晶沉积，特别是8英寸以上大直径硅基材料多晶沉积。

技术领域

本发明涉及一种大直径硅基多晶硅膜的制备方法。

背景技术

重掺直拉硅片是功率半导体器件的主要衬底材料，是解决电路中α粒子引起的软失效和闩锁效应的最有效办法之一。随着国内集成电路产业的迅速发展，重掺硅基衬底材料的需求量也越来越大。随着电子器件制作过程中对质量要求的不断提高，降低有源区的金属杂质对器件电学性能和器件成品率的影响成为了各大半导体厂研究的重点，为此引入吸杂工艺。

吸杂是指通过在硅片体内或是背面引入应力、缺陷或是氧沉淀等，这些位置由于晶格畸变等更有利于过渡族金属的沉积，在经过吸杂热处理后，硅中的过渡族金属会重新分布，大部分于上述位置发生沉积，在IC表面形成一个洁净区，避免了其在有源区沉积影响器件性能。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，即在硅基材料背面生长一层多晶硅薄膜。该工艺自从1977年由IBM公司提出以来，由于较好的吸杂效果而得到广泛的应用，同时硅基多晶硅膜的制备工艺的研究就显得尤其重要。

由于硅衬底的尺寸不断增大，传统意义上的4、5、6英寸水平炉多晶沉积方法已经无法满8英寸等大直径多晶加工要求，但是由于多晶硅吸杂效果较好，所以大直径多晶的沉积方法也成为一个不断研究的课题。硅片背面沉积的多晶硅，由于多晶晶粒间存在着晶格错配和大量的晶界，因此多晶硅薄膜本身具有一定的应力，多晶硅与单晶硅的热膨胀系数不同，因此多晶硅薄膜与硅片之间还存在着热应力。在薄膜总应力的作用下，背面沉积多晶硅的硅片会产生形变，其内部形成应力场。在沉积过程中，沉积温度对硅片内部的应力场有极大影响。随着沉积温度的升高，内应力逐渐降低，但是过高的温度会导致多晶吸杂失效，同时高温情况下气体反应速率过快，这样会导致沉积薄膜片内和片间膜厚差异增大，难以控制均匀性。现在比较常用的是LPCVD垂直炉沉积方式，虽然制备8英寸的硅基薄膜时膜厚均匀性可以满足要求，但硅片的几何参数难以控制，多晶硅膜应力较大，导致硅片弯曲(BOW)和翘曲(WARP)值较大，BOW值在-70μm到-30μm(要求大于-50μm)，WARP值在70μm到100μm(要求小于60μm)，完全不能满足后道工序的需求。

发明内容

针对以上现有技术中多晶硅薄膜弯曲(BOW)和翘曲(WARP)等几何参数难以控制，多晶硅膜应力较大的问题，本发明的目的在于提供一种大直径硅基多晶硅膜的制备方法，该方法能够使大直径多晶硅膜的膜厚均匀性和几何参数得到良好的控制。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种大直径硅基多晶硅膜的制备方法，包括低温高速沉积步骤和高温低速沉积步骤；在低温高速沉积步骤中，温度为600℃-640℃，转速为1.5-2.5rpm；在高温低速沉积步骤中，温度为660℃-690℃，转速为0.5-1.5rpm。

优选地，在所述低温高速沉积步骤中，沉积膜厚为目标膜厚的30％-40％，生长速率为200-300埃/分钟。

优选地，在高温低速沉积步骤中，沉积膜厚为目标膜厚的60％-70％，生长速率为80-120埃/分钟。

所述低温高速沉积步骤和高温低速沉积步骤中沉积压力均为200-250MT。