[发明专利]批次型扩散沉积方法

说明书

本发明提供一种批次型扩散沉积方法，包括步骤：1)提供反应腔室，内放置有若干待处理晶圆；2)以第一升温速率对反应腔室进行升温，在升温到第一温度后通入反应气体，以在晶圆表面沉积第一膜层；3)以第一降温速率对反应腔室进行降温，同时在降温过程中继续通入反应气体，以沉积第二膜层；4)以第二升温速率对反应腔室进行升温，同时在升温过程中持续通入反应气体，以沉积第三膜层；5)以第二降温速率对反应腔室进行降温，同时在降温过程中继续通入反应气体，以沉积第四膜层；各阶段的温度均介于薄膜的生长温度范围内。本发明操作简单，可提高薄膜的品质和厚度均匀性，有利于后续工艺的进行，有助于提高设备产出率和生产良率。

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，特别是涉及一种批次型扩散沉积方法。

背景技术

扩散工艺是半导体芯片制造中最主要的掺杂工艺，它是在高温条件下，将磷、硼等原子扩散到晶圆内，从而改变和控制半导体内杂质的类型、浓度和分布，以便建立起不同的电特性区域。

现有技术中常用的扩散设备如图1所示，装载有上百片乃至数百片晶圆11的晶舟12被放置在一反应腔室12内，通过位于反应腔室12外围的加热器给晶圆11进行加热，加热到预设的反应温度后往反应腔室12内通入反应气体以进行扩散沉积，在预定的时间后停止反应气体的供应，之后开始降温直至降到初始温度，整个扩散过程就结束，图2示意了一般的扩散过程。即在现有的扩散工艺中，扩散沉积过程仅在晶圆11升温到反应温度后才真正开始，反应气体仅在沉积阶段通入，在晶圆11的升温过程中以及在完成扩散沉积后的降温过程中是不向反应腔室12内通入反应气体的。这样的扩散过程容易导致沉积出的薄膜20出现如图3中所示的厚度不均匀现象。这是因为现有的加热器一般是电阻型加热器，即利用布置在反应腔室12外围的加热线圈14进行加热，因而晶圆11自边缘向中心距加热线圈14的距离逐渐增加，受到的热辐射也逐渐减小，尤其是升温过程中(如图2中虚线圈所标示的阶段)，晶圆11边缘最先开始受热，导致扩散的初始过程中晶圆11表面的温度出现不均衡现象，图4示意了晶圆11表面的受热情况，图4中的箭头示意热辐射的方向，可以看到，晶圆11边缘与加热线圈14距离最近，受热最多，因而温度最高，随着与加热线圈14距离的增加，受热逐渐减少，晶圆11表面的温度逐渐降低，最终晶圆11表面的温度自边缘向中心逐渐减小，图5模拟示意了升温过程中以及沉积初始阶段晶圆11表面的温度情况，颜色越深处代表温度越高，而中心颜色最浅，代表温度最低。如图6所示，通常在反应气体浓度等其他反应条件一定的情况下，薄膜的沉积速率与扩散温度成正比，因而晶圆11表面的温度不均匀导致最终沉积形成的薄膜20出现了如图3所示的凹陷，即薄膜厚度自晶圆11边缘向晶圆11中心逐渐减小。此外，现有的沉积过程都是持续在极高温情况下进行，薄膜生长速度非常快，因而极有可能在薄膜生长过程中出现孔洞(void)，导致生成的薄膜品质下降。随着半导体器件尺寸日益缩小，对薄膜的平坦化和品质要求越来越高，因为不均匀的薄膜极易引发生产不良，且给后续工艺造成诸多不便，因而对这种扩散过程中导致的薄膜厚度不均匀及品质不良的现象，急需提出改善对策。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种批次型扩散沉积方法，用于解决现有技术中在扩散工艺中，因晶圆表面受热不均，使得沉积出的薄膜厚度不均匀，导致生产良率下降等问题。