一種lpcvd沉積多晶硅的方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一種LPCVD沉積多晶硅的方法，通過在沉積之前分階段升溫，以及在沉積之后分階段降溫，從而使管壁上的沉積顆粒物在溫度變化過程中能夠脫落，然后利用同步的氮氣吹洗，保證這些顆粒物不會對晶圓表面造成污染，不僅增加了多晶硅薄膜的沉積品質(zhì)，同時由于減少內(nèi)管在單次沉積過程中累計的沉積顆粒物，增加了內(nèi)管的檢修周期，從而提升了生產(chǎn)效率。
【專利說明】—種LPCVD沉積多晶硅的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明揭示了一種多晶硅的制作方法，屬于半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別是一種使用低壓化學(xué)氣相沉積工藝制作多晶娃的方法 。
【背景技術(shù)】
[0002]20世紀(jì)60年代作為初期生產(chǎn)的鋁柵M0SFET，它的速度，集成度，電源電壓，與雙極電路的兼容性都已無法滿足應(yīng)用的需要，因此開始使用多晶硅薄膜作為自對準(zhǔn)絕緣柵場效應(yīng)晶體管的柵極材料和互連材料。隨著集成電路的發(fā)展，多晶硅的應(yīng)用也越來越廣，如用于差值氧化以簡化工藝流程；用于負(fù)載電阻以縮小電路單元等等。
[0003]在各種制作多晶娃的方法中，低壓化學(xué)氣相沉積(Low Pressure Chemical VaporDeposition,以下簡稱LPCVD)因其成熟的工藝，相對低廉的成本以及不錯的制作效率成為了最常用的手段。
[0004]參見圖1，圖1是一種現(xiàn)有的LPCVD設(shè)備。該LPCVD設(shè)備主要包括了外管1、內(nèi)管2以及晶舟3。外管I起到了密封腔的作用，內(nèi)管2則提供了沉積所需的反應(yīng)室，而晶舟3位于內(nèi)管2中，上面裝載了多片晶圓。在外管I的底部，還包括了進氣管道4和出氣管道5。進氣管道4用以向外管I和內(nèi)管2通入各種所需的氣體，該進氣管道4 一般可以分為多個氣路支路(圖中未示出)，通過每個氣路支路上的氣閥控制，實現(xiàn)分別向外管I和內(nèi)管2中通入氣體。出氣管道5則連接一外部真空泵(圖中未示出)，該真空泵用以控制外管I和內(nèi)管2中的氣壓情況。
[0005]由于LPCVD工藝沉積多晶硅時，對多反應(yīng)室內(nèi)的顆粒物含量要求非常高，應(yīng)該保持盡量少的顆粒物污染出現(xiàn)在晶圓上。然而內(nèi)管2在使用過程中，無法避免的會在管壁上累積一些由反應(yīng)氣體造成的顆粒物，這些顆粒物容易在一次沉積過程中脫落產(chǎn)生顆粒物污染，從而影響晶圓上的多晶硅品質(zhì)。因此需要經(jīng)常對內(nèi)管2進行清洗和檢修。
[0006]但是對內(nèi)管的清洗和檢修非但不能杜絕管壁上的顆粒物對沉積工藝帶來的不良影響。同時頻繁的檢修周期也拖慢了整個半導(dǎo)體工藝的產(chǎn)能。因此如何減少一次沉積工藝在內(nèi)管上產(chǎn)生的顆粒物雜質(zhì)成為了解決管壁顆粒物污染源的根本手段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]有鑒于此，本發(fā)明提出了一種LPCVD沉積多晶硅的方法，該方法利用現(xiàn)有的LPCVD設(shè)備，通過對工藝的改進，減少了內(nèi)管管壁上的顆粒物，從而改善了多晶硅的沉積品質(zhì)，同時減少了內(nèi)管的檢修周期，使得生廣效率大大提聞。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的目的提出的一種LPCVD沉積多晶硅的方法，其特征在于:包括待機階段、晶舟裝載階段、抽真空階段、檢漏階段、內(nèi)管清洗階段、模擬沉積階段、沉積階段、后清除階段、返壓階段以及晶舟卸載階段，其中所述抽真空階段和所述內(nèi)管清洗階段中具有升溫步驟，該升溫步驟將內(nèi)管內(nèi)的溫度從待機溫度升溫到沉積溫度，所述后清除階段中具有降溫步驟，該降溫步驟將內(nèi)管內(nèi)溫度從沉積溫度降到待機溫度。[0009]優(yōu)選的，所述待機階段中，對內(nèi)管和外管通入氮氣進行吹洗，其中內(nèi)管內(nèi)的氮氣流量大于外管內(nèi)的氮氣流量。
[0010]優(yōu)選的，所述抽真空階段包括:以真空泵30%的抽力進行慢抽、全開小抽閥抽氣以及全開大抽閥抽氣三個步驟，同時在該三個步驟中各自包括一升溫步驟。
[0011]優(yōu)選的，所述檢漏階段具體為:停止真空泵抽氣，然后監(jiān)視本底氣壓，整個檢漏時間持續(xù)10分鐘以上，同時設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值，將該時間之后測得的本底氣壓與標(biāo)準(zhǔn)值進行比較，如果測得的本底氣壓小于標(biāo)準(zhǔn)值，則認(rèn)為內(nèi)外管密封性能良好，不存在漏氣，可以進行下一步驟，反之，則說明內(nèi)外管內(nèi)存在漏氣，需要停止本次沉積工藝，對LPCVD設(shè)備進行檢修。
[0012]優(yōu)選的，所述內(nèi)管清洗階段具體為通過三路氮氣管路以及硅烷管路通氮氣，對內(nèi)管進行吹洗，同時該階段具有一升溫步驟。
[0013]優(yōu)選的，所述后清除階段包括:首先需要將管道內(nèi)的特氣抽空，然后再通入氮氣進行吹洗，并以此循環(huán)3次，每次氮氣吹洗的同時進行降溫步驟。
[0014]優(yōu)選的，所述待機溫度為560度，所述沉積溫度為620度。
[0015]優(yōu)選的，所述沉積階段中，使用硅烷作為沉積氣體。
[0016]優(yōu)選的，所述抽真空階段中，最后抽到的本底氣壓為0.2torr-0.4torr。
[0017]本發(fā)明的LPCVD沉積多晶硅的方法，在該沉積方法中，通過在沉積之前分階段升溫，以及在沉積之后分階段降溫，從而使管壁上的沉積顆粒物在溫度變化過程中能夠脫落，然后利用同步的氮氣吹洗，保證這些顆粒物不會對晶圓表面造成污染，不僅增加了多晶硅薄膜的沉積品質(zhì)，同時由于 減少內(nèi)管在單次沉積過程中累計的沉積顆粒物，增加了內(nèi)管的檢修周期，從而提升了生產(chǎn)效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0019]圖1是一種現(xiàn)有的LPCVD設(shè)備結(jié)構(gòu)不意圖；
[0020]圖2是現(xiàn)有的LPCVD工藝流程圖；
[0021 ] 圖3是本發(fā)明的LPCVD沉積多晶硅的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0022]為了清楚的說明本發(fā)明的改進之處，有必要對現(xiàn)有的LPCVD工藝做一下簡單介紹。請參見圖2，圖2是現(xiàn)有的LPCVD工藝流程圖，如圖所示，將一次沉積過程分為如下幾個階段，分別為:待機階段、晶舟裝載階段、抽真空階段、檢漏階段、模擬沉積階段、沉積階段、后清除階段、返壓階段以及晶舟卸載階段。在上述各個階段中，考慮到工藝的穩(wěn)定性，將溫度設(shè)定為恒定，即從待機階段開始一直到結(jié)束，內(nèi)管內(nèi)的溫度都是同一個溫度。改變的是內(nèi)管的壓力參數(shù)以及氣體的流量和種類。
[0023]經(jīng)本發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的LPCVD，容易導(dǎo)致在內(nèi)管壁上沉積顆粒物，理由如下:第一、由于反應(yīng)的溫度是恒定不變的，沉積時由反應(yīng)氣體沉積在內(nèi)管管壁上的顆粒容易產(chǎn)生積累，久而久之，當(dāng)顆粒物積累到一定厚度時容易造成污染；第二、反應(yīng)氣體即硅烷的流量，很大程度決定了沉積薄膜的速率和晶粒，現(xiàn)有的LPCVD將反應(yīng)中硅烷的流量高達400sCCm，在該流量下，雖然硅的沉積速率得到了保證，但卻容易在管壁上沉積出比較松散的硅顆粒，造成當(dāng)次工藝的污染；第三，現(xiàn)有的LPCVD中，會在反應(yīng)室中通入少量的磷烷，而磷烷的存在會抑制硅晶粒的生長，從而需要更多的時間去進行沉積，結(jié)合第二點中硅烷的流量，會導(dǎo)致更多的硅顆粒在管壁上結(jié)成。
[0024]因此本發(fā)明針對以上分析中存在的問題，對現(xiàn)有的LPCVD沉積多晶硅的工藝做出了如下改進:第一、在沉積過程中引入溫度變化的機制，使沉積在管壁上的多晶硅在溫度變化中產(chǎn)生脫落，不易引起堆積，同時考慮沉積工藝的穩(wěn)定性，將溫度的變化分多個階段進行，減少溫度劇烈變化引起的波動。第二、將硅烷的流量減少至現(xiàn)有的一半，同時增加正常沉積的時間，使硅晶粒生產(chǎn)的更加致密。第三，省去沉積中的磷烷氣體，保證硅烷的正常反應(yīng)。[0025]下面將通過【具體實施方式】對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0026]請參見圖3，圖3是本發(fā)明的LPCVD沉積多晶硅的方法流程圖，如圖所示，該LPCVD沉積方法包括:
[0027]—、在待機階段:本階段主要是對內(nèi)外管以及各個支氣管路做氮氣吹洗，此時將氮氣管路分成4個支路，第一氮氣管路負(fù)責(zé)給外管吹氣，第二、三、四管路負(fù)責(zé)給內(nèi)管吹氣。同時硅烷氣管中通入氮氣進行吹洗。各個管路中氮氣的流量分別為:第一氮氣管路:5000sccm、第二氣氣管路:5000sccm、第三氣氣管路:5000sccm、第四氣氣管路:5000sccm、硅烷管路:500sCCm。對于這些氣體流量的設(shè)定，以滿足將支氣管路以及內(nèi)外管吹洗即可。需要指出的是，在本發(fā)明中，特意將外管中的氮氣流量設(shè)定為遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于內(nèi)管中的氮氣流量，這樣在內(nèi)外管中形成的氣流方向，可以優(yōu)先保證內(nèi)管內(nèi)部的反應(yīng)室能夠被吹洗干凈。該階段中，溫度設(shè)定在560°C，氣壓為大氣壓。
[0028]二、晶舟裝載階段:本階段中，將設(shè)有晶圓的晶舟裝載至內(nèi)管中，氣路方面，保持氮氣對內(nèi)外管的吹氣，同時硅烷管路里持續(xù)通入氮氣吹洗。溫度保持不變，在晶舟裝載過程中，保持反應(yīng)室內(nèi)氣壓不變。
[0029]三、抽真空階段:本階段主要依靠外部的真空泵對內(nèi)外管內(nèi)氣體進行抽離，逐漸減小內(nèi)外管內(nèi)的氣壓值，直至目標(biāo)氣壓為止。該抽氣階段分為:1、以真空泵30%的抽力進行慢抽，慢抽持續(xù)時間為5分鐘左右。此時真空泵的抽力較小，可以防止內(nèi)管內(nèi)環(huán)境因氣壓突變引起的振動等不良影響，同時該階段中溫度緩慢上升10度，達到570°C。2、全開小抽閥抽氣，抽氣時間持續(xù)10分鐘，直至本底氣壓降至3torr以下，同時該階段中溫度緩慢上升10度，達到580°C。3、全開大抽閥抽氣，抽氣時間持續(xù)15分鐘，通過該階段的抽氣，基本使內(nèi)管內(nèi)的殘留氣體被抽盡，本底氣壓進一步縮小至0.2torr-0.4torr,同時該階段中溫度緩慢上升20度，達到600 V。該三次抽氣步驟結(jié)束后，測量本底氣壓，確定內(nèi)管內(nèi)氣壓已經(jīng)達到確定值，防止因本底氣壓的變化而影響薄膜厚度。本發(fā)明的抽氣階段具有如下幾個改進:第一、增加了慢抽階段，使得內(nèi)管內(nèi)氣壓變化時，得以平穩(wěn)過渡；第二，在三個階段分別進行緩慢升溫，使升溫過程持續(xù)的時間足夠長，減少了因溫度的急劇變化對晶圓帶來的損傷。
[0030]四、檢漏階段:停止真空泵抽氣，然后監(jiān)視本底氣壓，整個檢漏時間持續(xù)10分鐘以上，同時設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值，將該時間之后測得的本底氣壓與標(biāo)準(zhǔn)值進行比較，比如標(biāo)準(zhǔn)氣壓為2ton.，則10分鐘后，如果測得的本底氣壓小于2ton.，則認(rèn)為內(nèi)外管密封性能良好，不存在漏氣，可以進行下一步驟，反之，則說明內(nèi)外管內(nèi)存在漏氣，需要停止本次沉積工藝，對LPCVD設(shè)備進行檢修，找到漏氣源并加以修復(fù)。本發(fā)明的檢漏階段同現(xiàn)有技術(shù)相比，將檢漏時間提高至10分鐘，這樣測得的數(shù)據(jù)更加具有代表性。 [0031]五、內(nèi)管清洗階段:對內(nèi)管中的三路氮氣管路以及硅烷管路通氮氣，對內(nèi)管進行吹洗，持續(xù)10分鐘。同時該階段中溫度緩慢上升20度，達到620°C。至此，管內(nèi)溫度達到沉積需要溫度。整個溫度變化過程分在4個階段中進行，使得內(nèi)管內(nèi)的溫度變化始終處于平緩升溫，從而對晶圓的影響減少到最小。另外由于在溫度升高的過程中，可能使存在內(nèi)管壁上的雜質(zhì)顆粒物脫落，同時由于溫度升高會使內(nèi)管中產(chǎn)生一些水氣，通過該步驟的氮氣吹洗，可以將這些雜質(zhì)顆粒物進一步去除，使得LPCVD中的溫度升高產(chǎn)生的污染物被減少。
[0032]六、模擬沉積階段:首先利用設(shè)置在內(nèi)外管里的溫度檢測裝置對內(nèi)外管的溫度進行檢測，并在沉積壓力下進行溫度校正，使溫度壓力兩個參數(shù)達到沉積條件，在硅烷管路中通入氮氣，使氣體流量達到沉積時的氣體流量。此時除沉積氣態(tài)外，溫度、壓力以及氣體流量均達到沉積條件。利用該全條件進行模擬沉積，檢測此時設(shè)備狀態(tài)，如果一切正常，則進行下一步驟，反正則停止此次沉積，對設(shè)備進行檢修。
[0033]七、沉積階段:該階段通入硅烷對晶圓進行多晶娃的沉積，硅烷流量為200sccm,沉積溫度為620°C，沉積氣壓為0.2torr，沉積時間為1.5小時左右。相比較現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明將硅烷流量減少至原來的一半，同時將溫度提高至620°C，以彌補因流量減少而帶來的沉積速率降低溫度，同時由于流量減少，因此沉積出來的多晶硅晶粒具有更加致密的性質(zhì)。
[0034]在進行正式沉積之前，需要對流量控制器進行清零，這樣一來就可以避免在沉積過程中出現(xiàn)氣體峰值而導(dǎo)致的沉積偏差。
[0035]八、后清除階段:在沉積結(jié)束之后，因為在沉積過程中引入了沉積氣體，因此需要將這些特氣吹凈，以避免引起污染。具體清除時，首先需要將管道內(nèi)的特氣抽空，然后再通入氮氣進行吹洗，如此循環(huán)3次，保證管道及內(nèi)管內(nèi)沒有殘留特氣。同時，在氮氣吹洗的同時進行逐步降溫，每次溫度下降20度，直至到待機溫度為止。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的后清除階段，采用了循環(huán)式的氮氣吹洗，并且在每次吹洗的時候都逐步降溫。一方面由于有溫度變化會使原本積累在管壁上沉積得顆粒物脫落，因此通過氮氣的吹洗可以洗凈這些由于在沉積過程中造成的管壁沉積物，減少了單次沉積過程中內(nèi)管壁上的累積沉積物，延長了內(nèi)管檢修的周期。另一方面，可以降低原有工藝在沉積完成之后，可能由殘余特氣引起的污染問題。
[0036]九、返壓階段，通過對該階段，將內(nèi)外管內(nèi)的氣壓重新返回至大氣壓，以方便將晶圓取出。返壓階段與抽氣階段相同，首先以30%的抽氣速率開啟真空泵，同時使用小抽閥，將管內(nèi)氣壓緩慢上升至IOtorr左右，然后關(guān)閉小軸閥，使管內(nèi)氣壓自動恢復(fù)至大氣壓。
[0037]十、晶舟卸載階段:將載有晶圓的晶舟從內(nèi)管內(nèi)取出，完成整個沉積過程。在該階段中，需要持續(xù)通入氮氣吹洗，氮氣的流量與待機狀態(tài)相同，確保外管中的氮氣流量小于內(nèi)管中的氮氣流量。[0038]通過以上的LPCVD制作的多晶硅沉積薄膜，由于沉積時采用較低的硅烷氣體流量，同時升高了沉積溫度以及杜絕磷烷的使用，保證了沉積薄膜的品質(zhì)。
[0039]綜上所述，本發(fā)明提出了一種LPCVD沉積多晶硅的方法，在該沉積方法中，通過在沉積之前分階段升溫，以及在沉積之后分階段降溫，從而使管壁上的沉積顆粒物在溫度變化過程中能夠脫落，然后利用同步的氮氣吹洗，保證這些顆粒物不會對晶圓表面造成污染，不僅增加了多晶硅薄膜的沉積品質(zhì)，同時由于減少內(nèi)管在單次沉積過程中累計的沉積顆粒物，增加了內(nèi)管的檢修周期，從而提升了生產(chǎn)效率。
[0040]對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬 的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種LPCVD沉積多晶硅的方法，其特征在于:包括待機階段、晶舟裝載階段、抽真空階段、檢漏階段、內(nèi)管清洗階段、模擬沉積階段、沉積階段、后清除階段、返壓階段以及晶舟卸載階段，其中 所述抽真空階段和所述內(nèi)管清洗階段中具有升溫步驟，該升溫步驟將內(nèi)管內(nèi)的溫度從待機溫度升溫到沉積溫度，所述后清除階段中具有降溫步驟，該降溫步驟將內(nèi)管內(nèi)溫度從沉積溫度降到待機溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的LPCVD沉積多晶硅的方法，其特征在于:所述待機階段中，對內(nèi)管和外管通入氮氣進行吹洗，其中內(nèi)管內(nèi)的氮氣流量大于外管內(nèi)的氮氣流量。
3.如權(quán)利要求1所述的LPCVD沉積多晶硅的方法，其特征在于:所述抽真空階段包括:以真空泵30%的抽力進行慢抽、全開小抽閥抽氣以及全開大抽閥抽氣三個步驟，同時在該三個步驟中各自包括一升溫步驟。
4.如權(quán)利要求1所述的LPCVD沉積多晶硅的方法，其特征在于:所述檢漏階段具體為:停止真空泵抽氣，然后監(jiān)視本底氣壓，整個檢漏時間持續(xù)10分鐘以上，同時設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值，將該時間之后測得的本底氣壓與標(biāo)準(zhǔn)值進行比較，如果測得的本底氣壓小于標(biāo)準(zhǔn)值，則認(rèn)為內(nèi)外管密封性能良好，不存在漏氣，可以進行下一步驟，反之，則說明內(nèi)外管內(nèi)存在漏氣，需要停止本次沉積工藝，對LPCVD設(shè)備進行檢修。
5.如權(quán)利要求1所述的LPCVD沉積多晶硅的方法，其特征在于:所述內(nèi)管清洗階段具體為通過三路氮氣管路以及硅烷管路通氮氣，對內(nèi)管進行吹洗，同時該階段具有一升溫步驟。
6.如權(quán)利要求1所述的LPCVD沉積多晶硅的方法，其特征在于:所述后清除階段包括:首先需要將管道內(nèi)的特氣抽空，然后再通入氮氣進行吹洗，并以此循環(huán)3次，每次氮氣吹洗的同時進行降溫步驟。
7.如權(quán)利要求1所述的LPCVD沉積多晶硅的方法，其特征在于:所述待機溫度為560度，所述沉積溫度為620度。
8.如權(quán)利要求1所述的LPCVD沉積多晶硅的方法，其特征在于:所述沉積階段中，使用硅烷作為沉積氣體。
9.如權(quán)利要求1所述的LPCVD沉積多晶硅的方法，其特征在于:所述抽真空階段中，最后抽到的本底氣壓為0.2torr-0.4torr0
【文檔編號】C23C16/24GK103540909SQ201210245113
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月13日
【發(fā)明者】權(quán)昊 申請人:無錫華潤上華科技有限公司