專利名稱：摻氧半絕緣多晶硅膜及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域技術(shù)，尤其涉及處摻氧半絕緣多晶硅膜及其制作方法。
背景技術(shù)：
摻氧半絕緣多晶硅(SIPOS)薄膜呈半絕緣性和電中性，與傳統(tǒng)的Si02膜相比，有以下優(yōu)點(diǎn)1、與Si02中含有的固定正電荷不同，SIPOS膜呈電中性，本身無固定電荷，不會(huì)影響硅襯底表面載流子的重新分布，既可作為P型襯底鈍化膜，也可作為N型襯底鈍化膜。2、SIP0S膜的電阻率介于多晶硅( 3E60hm-cm)和Si02( > lE160hm_cm)之間，為1E8 lElOOhm-cm，具體的數(shù)值由其氧含量決定，故載流子可在其內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，注入的熱電子不能長(zhǎng)·時(shí)間存在于SIPOS膜中，所以無載流子存儲(chǔ)效應(yīng)。3、因?yàn)镾IPOS膜主要結(jié)構(gòu)是多晶硅，在晶粒間界處有大量俘獲陷阱(密度為1E17 lE18/cm3)，這些陷阱既可以俘獲電子，也可以俘獲空穴，又可以俘獲帶電粒子，從而使器件特性穩(wěn)定可靠。正是由于摻氧半絕緣多晶硅的這些性質(zhì)，用摻氧半絕緣多晶硅鈍化硅襯底時(shí)，因摻氧半絕緣多晶硅的半絕緣性和S1-SIPOS界面無高位能的勢(shì)壘，可以允許有外加電場(chǎng)或離子沾污在硅表面感生的可動(dòng)離子進(jìn)入摻氧半絕緣多晶硅中，這樣在硅表面不能形成反型層或堆積層，從根本上改善了硅襯底的表面效應(yīng)。而且，摻氧半絕緣多晶硅膜中含有15 35%的氧原子，使表面產(chǎn)生電流的表面態(tài)密度大大降低，故SIPOS-Si之間的界面態(tài)密度將顯著減少，進(jìn)而減小了反向電流中的界面態(tài)產(chǎn)生電流分量。此外，與Si02對(duì)雪崩擊穿后熱載流子長(zhǎng)期儲(chǔ)存效應(yīng)不同，摻氧半絕緣多晶硅半絕緣，凡進(jìn)入摻氧半絕緣多晶硅中的電荷不能長(zhǎng)期儲(chǔ)存，故由雪崩擊穿產(chǎn)生的熱載流子也不會(huì)長(zhǎng)期停留在摻氧半絕緣多晶硅中，故消除了由Si02鈍化產(chǎn)生的擊穿電壓蠕動(dòng)，提高了器件的穩(wěn)定性和可靠性。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道和實(shí)際的大量的工藝實(shí)驗(yàn)結(jié)果，摻氧半絕緣多晶硅膜中氧含量是20%左右時(shí)，器件可以有較好的耐壓及漏電特性。但是，使用該含氧量時(shí)，在隨后的鋁布線工藝中，晶片表面會(huì)出現(xiàn)“鋁印”。該“鋁印”是指摻氧半絕緣多晶硅薄膜上的鋁，在425度合金后，鋁原子沿?fù)窖醢虢^緣多晶硅中的晶粒間界向鋁條兩邊擴(kuò)散。嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成電路內(nèi)部微短路。這一點(diǎn)不僅使表觀質(zhì)量變差，同時(shí)也是造成器件功能失效和可靠性降低原因之
O

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供了一種摻氧半絕緣多晶硅及其制作方法，可以既保證了器件耐壓特性，又避免了出現(xiàn)鋁印現(xiàn)象。本發(fā)明實(shí)施例提供了一種摻氧半絕緣多晶硅膜的制作方法，該方法包括按照第一流量比向放置有硅片的反應(yīng)爐內(nèi)持續(xù)充入一氧化氮和硅烷，在硅片上反應(yīng)，持續(xù)反應(yīng)達(dá)到第一反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)度后，生成具有第一含氧量的第一摻氧半絕緣多晶硅層；按照第二流量比向反應(yīng)爐內(nèi)持續(xù)充入一氧化氮和硅烷，在所述第一摻氧半絕緣多晶硅層上反應(yīng)，持續(xù)反應(yīng)達(dá)到第二反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)度后，生成具有第二含氧量的第二摻氧半絕緣多晶娃層；其中，所述第二含氧量大于所述第一含氧量。較佳的，所述第一流量比為O. 24時(shí)，所述第一含氧量為21%。較佳的，所述第二流量比為O. 4時(shí)，所述第二含氧量為45%。較佳的，生成第一摻氧半絕緣多晶硅層的第一反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)度大于生成第二摻氧半絕緣多晶硅層的第二反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)度。較佳的，所述生成第一摻氧半絕緣多晶硅層的第一反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)度為70分鐘，所述生成第二摻氧半絕緣多晶硅層的第二反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)度為13分鐘。較佳的，生成第一摻氧半絕緣多晶硅層和第二摻氧半絕緣多晶硅層的反應(yīng)溫度均為650攝氏度，反應(yīng)壓力為200毫托。相應(yīng)的，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種摻氧半絕緣多晶硅膜，包括位于硅片上的具有第一含氧量的第一摻氧半絕緣多晶硅層；位于所述第一摻氧半絕緣多晶硅層上的、具有第二含氧量的第二摻氧半絕緣多晶娃層;其中，所述第二含氧量大于所述第一含氧量。較佳的，所述第一摻氧半絕緣多晶硅層的厚度大于所述第二摻氧半絕緣多晶硅層的厚度。 較佳的，所述第一摻氧半絕緣多晶硅層的厚度為3500埃，所述第二摻氧半絕緣多晶硅層的厚度為2000埃。本發(fā)明實(shí)施例提供了一種摻氧半絕緣多晶硅及其制作方法，用于按照第一流量比向放置有硅片的反應(yīng)爐內(nèi)持續(xù)充入一氧化氮和硅烷，在硅片上反應(yīng)，持續(xù)反應(yīng)達(dá)到第一反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)度后，生成具有第一含氧量的第一摻氧半絕緣多晶硅層；按照第二流量比持續(xù)充入一氧化氮和硅烷，在所述第一摻氧半絕緣多晶硅層上反應(yīng)，持續(xù)反應(yīng)達(dá)到第二反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)度后，生成具有第二含氧量的第二摻氧半絕緣多晶硅層；其中，所述第二含氧量大于所述第一含氧量。使用本發(fā)明實(shí)施例提供的摻氧半絕緣多晶硅及其制作方法，通過改進(jìn)工藝流程，控制一氧化氮和硅烷的流量比，生成不同含氧量的摻氧半絕緣多晶硅層，進(jìn)而既保證了器件耐壓特性，又避免了出現(xiàn)鋁印現(xiàn)象。同時(shí)，還可以通過控制反應(yīng)時(shí)間來控制摻氧半絕緣多晶娃層的厚度。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例中摻氧半絕緣多晶硅膜的制作方法流程示意圖；圖2為本發(fā)明另一實(shí)施例中摻氧半絕緣多晶硅膜的制作方法流程示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例中摻氧半絕緣多晶硅膜的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合各個(gè)附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例技術(shù)方案的主要實(shí)現(xiàn)原理具體實(shí)施方式
及其對(duì)應(yīng)能夠達(dá)到的有益效果進(jìn)行詳細(xì)地闡述。為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種摻氧半絕緣多晶硅膜的制作方法，如圖1所示，包括以下步驟步驟101、按照第一流量比向放置有硅片的反應(yīng)爐內(nèi)持續(xù)充入一氧化氮和硅烷，在硅片上反應(yīng)，持續(xù)反應(yīng)達(dá)到第一反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)度后，生成具有第一含氧量的第一摻氧半絕緣多晶娃層;步驟102、按照第二流量比向反應(yīng)爐內(nèi)持續(xù)充入一氧化氮和硅烷，在第一摻氧半絕緣多晶硅層上反應(yīng)，持續(xù)反應(yīng)達(dá)到第二反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)度后，生成具有第二含氧量的第二摻氧半絕緣多晶硅層；其中，第二含氧量大于第一含氧量。 具體的，制作摻氧半絕緣多晶硅膜前，可以先對(duì)硅片進(jìn)行清洗，如使用硫酸和雙氧水清洗10分鐘，氨水和雙氧水清洗5分鐘，鹽酸和雙氧水清洗8分鐘,然后再進(jìn)行槽式浸泡清洗，最后使用稀HF漂洗10秒鐘。清洗完成后，將硅片放置在反應(yīng)爐中，并將溫度調(diào)節(jié)到650攝氏度左右。然后，按照第一流量比向放置有硅片的反應(yīng)爐內(nèi)持續(xù)充入一氧化氮和硅烷，在硅片上反應(yīng)，持續(xù)反應(yīng)達(dá)到第一反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)度后，生成具有第一含氧量的第一摻氧半絕緣多晶硅層。同時(shí)，排出一氧化氮和硅烷的氣態(tài)反應(yīng)生成物。此外，反應(yīng)壓力為200毫托，當(dāng)反應(yīng)爐內(nèi)氣壓產(chǎn)生變化時(shí)，控制反應(yīng)爐內(nèi)氣壓的設(shè)備自動(dòng)調(diào)節(jié)排氣量大小，以保持反應(yīng)爐內(nèi)氣壓達(dá)到設(shè)定壓力值。通過上述一氧化氮和硅烷的反應(yīng)，可以在硅片上生成具有一定含氧量的第一摻氧半絕緣多晶硅層，其化學(xué)反應(yīng)原理公式為SiH4+N20 — Six0y+N2+2H2其中SixOy為硅和硅的氧化物的復(fù)合體。該第一摻氧半絕緣多晶硅層的含氧量由第一流量比決定，例如，當(dāng)?shù)谝涣髁勘葹镺. 24左右時(shí)，第一摻氧半絕緣多晶硅層的含氧量在21%左右。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道和實(shí)際的大量的工藝實(shí)驗(yàn)結(jié)果，摻氧半絕緣多晶硅膜中氧含量是20%左右時(shí)，器件可以有較好的耐壓及漏電特性。同時(shí)，還可以通過控制反應(yīng)時(shí)間來控制該第一摻氧半絕緣多晶硅層的厚度，例如，控制反應(yīng)時(shí)間在70分鐘左右時(shí)，該第一摻氧半絕緣多晶硅層的厚度可以達(dá)到3500埃左右。由于摻氧半絕緣多晶硅膜的含氧量過低時(shí)，表面出現(xiàn)鋁印現(xiàn)象。對(duì)此，本發(fā)明實(shí)施例提供的摻氧半絕緣多晶硅膜的制作方法，在制作完成上述第一摻氧半絕緣多晶硅層后，通過改變氣體反應(yīng)流量比，制作另一層含氧量較高的摻氧半絕緣多晶硅層。具體的，保持反應(yīng)溫度和反應(yīng)壓力不變，即生成第一摻氧半絕緣多晶硅層和第二摻氧半絕緣多晶硅層的反應(yīng)溫度均為650攝氏度，反應(yīng)壓力為200毫托。按照第二流量比向反應(yīng)爐內(nèi)持續(xù)充入一氧化氮和硅烷，在摻氧半絕緣多晶硅層上反應(yīng)，持續(xù)反應(yīng)達(dá)到第二反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)度后，生成具有第二含氧量的第二摻氧半絕緣多晶硅層，該第二含氧量大于上述第一含氧量，例如，當(dāng)?shù)诙髁勘葹镺. 4左右時(shí)，第二摻氧半絕緣多晶硅層的含氧量在45%左右。此時(shí)含氧量較高，可以避免出現(xiàn)鋁印現(xiàn)象。同時(shí)，排出一氧化氮和硅烷的氣態(tài)反應(yīng)生成物?？梢酝ㄟ^控制反應(yīng)時(shí)間來控制該第二摻氧半絕緣多晶硅層的厚度，如生成第一摻氧半絕緣多晶硅層的第一反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)度可以大于生成第二摻氧半絕緣多晶硅層的第二反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)度，以便在生成較薄的第二摻氧半絕緣多晶硅層，例如控制反應(yīng)時(shí)間在13分鐘左右時(shí)，該第二摻氧半絕緣多晶硅層的厚度可以達(dá)到2000埃左右。上述第一流量比和第二流量比可以決定相應(yīng)的摻氧半絕緣多晶硅層中的含氧量，一般情況下，該第一流量比和第二流量比均為一氧化氮流量和硅烷流量之比，其值越高，生成的摻氧半絕緣多晶硅層中的含氧量越高。其中，該一氧化氮流量和硅烷流量之比可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)定。上述反應(yīng)時(shí)間可以控制摻氧半絕緣多晶硅層的厚度，一般情況下，反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，摻氧半絕緣多晶硅層的厚度越大。因此，可以根據(jù)實(shí)際需要，通過控制反應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短來制作一定厚度的摻氧半絕緣多晶硅層。通過上述描述，可以看出，使用本發(fā)明實(shí)施例提供的摻氧半絕緣多晶硅的制作方 法，通過改進(jìn)工藝流程，控制一氧化氮和硅烷的流量比，生成不同含氧量的摻氧半絕緣多晶硅層，進(jìn)而既保證了器件耐壓特性，又避免了出現(xiàn)鋁印現(xiàn)象。同時(shí)，還可以通過控制反應(yīng)時(shí)間來控制摻氧半絕緣多晶硅層的厚度。下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的摻氧半絕緣多晶硅的制作方法進(jìn)行詳細(xì)說明，如圖2所示，包括以下步驟步驟201、對(duì)娃片進(jìn)行清洗；使用硫酸和雙氧水清洗10分鐘,氨水和雙氧水清洗5分鐘，鹽酸和雙氧水清洗8分鐘，然后再進(jìn)行槽式浸泡清洗，最后使用稀HF漂洗10秒鐘。步驟202、將硅片放置在反應(yīng)爐中，調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度；步驟203、按照一氧化氮流量和硅烷流量之比為O. 24，持續(xù)向反應(yīng)爐內(nèi)充入并排
出一氧化氮流量和硅烷；步驟204、持續(xù)70分鐘后，在硅片上生成含氧量為21 %、3500埃厚度的第一摻氧半絕緣多晶硅層；步驟205、按照一氧化氮流量和硅烷流量之比為O. 4，持續(xù)向反應(yīng)爐內(nèi)充入并排出
一氧化氮流量和硅烷；步驟206、持續(xù)13分鐘后，在第一摻氧半絕緣多晶硅層上生成含氧量為45%、2000埃厚度的第二摻氧半絕緣多晶硅層；步驟207、取出完成的摻氧半絕緣多晶硅膜。通過上述描述，可以看出，使用本發(fā)明實(shí)施例提供的摻氧半絕緣多晶硅的制作方法，通過改進(jìn)工藝流程，控制一氧化氮和硅烷的流量比，生成不同含氧量的摻氧半絕緣多晶硅層，進(jìn)而既保證了器件耐壓特性，又避免了出現(xiàn)鋁印現(xiàn)象。同時(shí)，還可以通過控制反應(yīng)時(shí)間來控制摻氧半絕緣多晶硅層的厚度。相應(yīng)的，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種摻氧半絕緣多晶硅膜，如圖3所示，包括位于硅片31上的具有第一含氧量的第一摻氧半絕緣多晶硅層32 ；位于第一摻氧半絕緣多晶硅層32上的、具有第二含氧量的第二摻氧半絕緣多晶娃層33 ；其中，第二含氧量大于第一含氧量。上述第一摻氧半絕緣多晶硅層32的厚度大于第二摻氧半絕緣多晶硅層33的厚度。較佳的，上述第一摻氧半絕緣多晶硅層的厚度為3500埃，第二摻氧半絕緣多晶硅層的厚度為2000埃。上述第一含氧量和第二含氧量可以由制作時(shí)使用的氣體反應(yīng)流量比決定，例如第一氣體反應(yīng)流量比決定第一摻氧半絕緣多晶硅層32的第一含氧量；第二氣體反應(yīng)流量比決定第二摻氧半絕緣多晶硅層33的第二含氧量。一般情況下，該第一氣體反應(yīng)流量比和第二氣體反應(yīng)流量比均為一氧化氮流量和硅烷流量之比，其值越高，生成的摻氧半絕緣多晶硅層中的含氧量越高。一氧化氮流量和硅烷流量之比可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)定。上述摻氧半絕緣多晶硅層的厚度可以由制作時(shí)使用的反應(yīng)時(shí)間控制，一般情況下，反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，摻氧半絕緣多晶硅層的厚度越大。因此，可以根據(jù)實(shí)際需要，通過控制反應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短來制作一定厚度的摻氧半絕緣多晶硅層?！?br> 通過上述描述，可以看出，使用本發(fā)明實(shí)施例提供的摻氧半絕緣多晶硅及其制作方法，通過改進(jìn)工藝流程，控制一氧化氮和硅烷的流量比，生成不同含氧量的摻氧半絕緣多晶硅層，進(jìn)而既保證了器件耐壓特性，又避免了出現(xiàn)鋁印現(xiàn)象。同時(shí)，還可以通過控制反應(yīng)時(shí)間來控制摻氧半絕緣多晶硅層的厚度。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種摻氧半絕緣多晶硅膜的制作方法，其特征在于，該方法包括 按照第一流量比向放置有硅片的反應(yīng)爐內(nèi)持續(xù)充入一氧化氮和硅烷，在硅片上反應(yīng)，持續(xù)反應(yīng)達(dá)到第一反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)度后，生成具有第一含氧量的第一摻氧半絕緣多晶硅層；按照第二流量比向反應(yīng)爐內(nèi)持續(xù)充入一氧化氮和硅烷，在所述第一摻氧半絕緣多晶硅層上反應(yīng)，持續(xù)反應(yīng)達(dá)到第二反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)度后，生成具有第二含氧量的第二摻氧半絕緣多晶娃層; 其中，所述第二含氧量大于所述第一含氧量。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一流量比為0.24時(shí)，所述第一含氧量為 21%。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二流量比為0.4時(shí)，所述第二含氧量為 45%。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，生成第一摻氧半絕緣多晶硅層的第一反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)度大于生成第二摻氧半絕緣多晶硅層的第二反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)度。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述生成第一摻氧半絕緣多晶硅層的第一反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)度為70分鐘，所述生成第二摻氧半絕緣多晶硅層的第二反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)度為13分鐘。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，生成第一摻氧半絕緣多晶硅層和第二摻氧半絕緣多晶硅層的反應(yīng)溫度均為650攝氏度，反應(yīng)壓力為200毫托。
7.一種摻氧半絕緣多晶硅膜，其特征在于，包括 位于硅片上的具有第一含氧量的第一摻氧半絕緣多晶硅層； 位于所述第一摻氧半絕緣多晶硅層上的、具有第二含氧量的第二摻氧半絕緣多晶硅層； 其中，所述第二含氧量大于所述第一含氧量。
8.如權(quán)利要求7所述的摻氧半絕緣多晶硅膜，其特征在于，所述第一摻氧半絕緣多晶硅層的厚度大于所述第二摻氧半絕緣多晶硅層的厚度。
9.如權(quán)利要求8所述的摻氧半絕緣多晶硅膜，其特征在于，所述第一摻氧半絕緣多晶硅層的厚度為3500埃，所述第二摻氧半絕緣多晶硅層的厚度為2000埃。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域技術(shù)，尤其涉及摻氧半絕緣多晶硅及其制作方法，該方法包括按照第一流量比向放置有硅片的反應(yīng)爐內(nèi)持續(xù)充入一氧化氮和硅烷，在硅片上反應(yīng)，持續(xù)反應(yīng)達(dá)到第一反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)度后，生成具有第一含氧量的第一摻氧半絕緣多晶硅層；按照第二流量比向反應(yīng)爐內(nèi)持續(xù)充入一氧化氮和硅烷，在第一摻氧半絕緣多晶硅層上反應(yīng)，持續(xù)反應(yīng)達(dá)到第二反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)度后，生成具有第二含氧量的第二摻氧半絕緣多晶硅層；其中，第二含氧量大于第一含氧量。使用本發(fā)明實(shí)施例提供的摻氧半絕緣多晶硅及其制作方法，通過改進(jìn)工藝流程，控制反應(yīng)物的流量比，生成不同含氧量的摻氧半絕緣多晶硅層，進(jìn)而既保證了器件耐壓特性，又避免出現(xiàn)“鋁印”現(xiàn)象。
文檔編號(hào)H01L21/02GK103021801SQ20111028444
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者李如東, 譚燦建, 譚志輝 申請(qǐng)人:北大方正集團(tuán)有限公司, 深圳方正微電子有限公司