多晶硅在離子注入后的快速退火方法技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)提供一種多晶硅在離子注入后的快速熱退火（RapidThermalAnneal，RTA）方法，屬于半導(dǎo)體多晶硅的制備技術(shù)領(lǐng)域。該方法用于將晶圓上的多晶硅在離子注入摻雜后進(jìn)行摻雜激活以獲得預(yù)定電阻范圍內(nèi)的多晶硅層，其中，在快速熱退火的過(guò)程中，在向所述晶圓所處的快速熱退火裝置的腔室內(nèi)通入氮?dú)獾耐瑫r(shí)，通入氧氣以改善所述晶圓上的多晶硅的電阻的均勻性。該RTA方法所制備形成的多晶硅層的電阻均勻性好，成品率高并且制造成本低。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
多晶硅在離子注入后的快速退火方法
本專(zhuān)利技術(shù)屬于半導(dǎo)體多晶硅的制備
，涉及多晶硅在離子注入后的快速熱退火（RapidThermalAnneal，RTA）方法。
技術(shù)介紹
在芯片制造領(lǐng)域，半導(dǎo)體多晶硅被廣泛應(yīng)用，例如，用來(lái)形成多晶硅柵電極，或者用來(lái)形成特定阻值的電阻。通常地，芯片中所應(yīng)用的半導(dǎo)體多晶硅的制備過(guò)程一般包括以下步驟：（1）沉積形成未摻雜的多晶硅層（此時(shí)電阻大，不適合用作導(dǎo)體）；（2）通過(guò)離子注入（Ionimplantation，IMP）方法實(shí)現(xiàn)對(duì)多晶硅摻雜；（3）快速熱退火以激活多晶硅摻雜。通常地，在以上快速熱退火過(guò)程中，通入成本相對(duì)較低的N2作為保護(hù)氣體。申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，采用這種傳統(tǒng)的RTA工藝對(duì)多晶硅摻雜激活時(shí)，容易導(dǎo)致晶圓上的多晶硅的電阻分布不均勻。圖1所示為采用現(xiàn)有技術(shù)的RTA工藝所制得多晶硅的電阻分布情況。在圖1所示實(shí)例中，分布在晶圓上的多晶硅經(jīng)過(guò)RTA后，其電阻值分布非常不均勻，除了小部分多晶硅的電阻符合目標(biāo)范圍值（目標(biāo)電阻范圍：150-200Ω/□）要求外，其他均超出該目標(biāo)范圍值。因此，RTA工藝后多晶硅電阻均勻性差的問(wèn)題，明顯將導(dǎo)致良率大大下降。為避免這種RTA后電阻均勻性差的問(wèn)題，可以采用爐管退火等退火方法來(lái)替代RTA實(shí)現(xiàn)摻雜激活。但是，采用其他退火方法容易影響多晶硅之外部分的摻雜分布，例如，采用爐管退火來(lái)對(duì)多晶硅退火時(shí)，會(huì)對(duì)前端結(jié)構(gòu)中的摻雜產(chǎn)生影響，從而影響MOS器件等的性能參數(shù)。這也是多晶硅的制備過(guò)程中基本選擇采用RTA來(lái)實(shí)現(xiàn)摻雜激活的原因，因此，其他退火方法實(shí)際可行性較差。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)的目的在于，提高多晶硅在RTA處理后的電阻均勻性。為實(shí)現(xiàn)以上目的或者其他目的，本專(zhuān)利技術(shù)提供一種快速熱退火方法，用于將晶圓上的多晶硅在離子注入摻雜后進(jìn)行摻雜激活以獲得預(yù)定電阻范圍內(nèi)的多晶硅層，其中，在快速熱退火的過(guò)程中，在向所述晶圓所處的快速熱退火裝置的腔室內(nèi)通入氮?dú)獾耐瑫r(shí)，通入氧氣以改善所述晶圓上的多晶硅的電阻的均勻性。優(yōu)選地，所述氮?dú)馀c所述氧氣的流量比范圍可以為2:1至4000:1。進(jìn)一步，優(yōu)選地，所述氮?dú)馀c所述氧氣的流量比大致為4000:1。優(yōu)選地，所述快速熱退火的溫度大于或等于900℃。本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)效果是，通過(guò)在通入氮?dú)膺M(jìn)行退火時(shí)、通入一定量的氧氣，可以改善多晶硅RTA的電阻均勻性，從而使多晶硅容易達(dá)到預(yù)定電阻范圍內(nèi)，大大提供多晶硅的產(chǎn)品質(zhì)量和良率，降低生產(chǎn)成本。附圖說(shuō)明從結(jié)合附圖的以下詳細(xì)說(shuō)明中，將會(huì)使本專(zhuān)利技術(shù)的上述和其他目的及優(yōu)點(diǎn)更加完全清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的標(biāo)號(hào)表示。圖1是采用現(xiàn)有技術(shù)的RTA工藝所制得多晶硅的電阻分布情況。圖2是包含多晶硅層的晶圓在快速熱退火爐中的進(jìn)行快速熱退火的示意圖。圖3是按照本專(zhuān)利技術(shù)一實(shí)施例的RTA方法在快速熱退火爐中的進(jìn)行快速熱退火的示意圖。圖4是分別采用表一和表二所示RTA方法所得到的晶圓上的多晶硅的電阻分布示意圖，其中（a）為按照表一所示RTA方法所得到的晶圓上的多晶硅的電阻分布示意圖，（b）為按照表二所示RTA方法所得到的晶圓上的多晶硅的電阻分布示意圖。具體實(shí)施方式下面介紹的是本專(zhuān)利技術(shù)的多個(gè)可能實(shí)施例中的一些，旨在提供對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)的基本了解，并不旨在確認(rèn)本專(zhuān)利技術(shù)的關(guān)鍵或決定性的要素或限定所要保護(hù)的范圍。容易理解，根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)方案，在不變更本專(zhuān)利技術(shù)的實(shí)質(zhì)精神下，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員可以提出可相互替換的其他實(shí)現(xiàn)方式。因此，以下具體實(shí)施方式以及附圖僅是對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)方案的示例性說(shuō)明，而不應(yīng)當(dāng)視為本專(zhuān)利技術(shù)的全部或者視為對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)技術(shù)方案的限定或限制?；谝陨隙嗑Ч璧碾娮璨痪鶆虻膯?wèn)題，如
技術(shù)介紹
中所描述，申請(qǐng)人首先找出了問(wèn)題的原因是由于RTA過(guò)程所導(dǎo)致，進(jìn)一步，申請(qǐng)人通過(guò)各種實(shí)驗(yàn)和探索，發(fā)現(xiàn)了在RTA過(guò)程中導(dǎo)致多晶硅的電阻不均勻的主要原因。通常地，多晶硅在離子注入后的RTA過(guò)程是在相應(yīng)的快速熱退火裝置中完成，例如，在快速熱退火爐中完成。圖2所示為包含多晶硅層的晶圓在快速熱退火爐中的進(jìn)行快速熱退火的示意圖。申請(qǐng)人應(yīng)用以下表一的現(xiàn)有RTA工藝參數(shù)進(jìn)行RTA過(guò)程，并且，在退火過(guò)程中，如圖2所示，將晶圓的定位凹口（notch）21對(duì)準(zhǔn)快速熱退火裝置100的爐口放置（爐口是晶圓的進(jìn)出口），晶圓在其腔室中進(jìn)行快速熱退火。表一現(xiàn)有RTA工藝參數(shù)對(duì)多片晶圓重復(fù)以上RTA過(guò)程后發(fā)現(xiàn)，可以測(cè)試得到類(lèi)似圖1所示的電阻分布結(jié)果，即僅定位凹口21附近的電阻正常，其他部分（相對(duì)遠(yuǎn)離爐口的晶圓部分）的電阻較高，未落入目標(biāo)阻率范圍內(nèi)。這種規(guī)律性（電阻分布的位置相關(guān)性）現(xiàn)象引發(fā)申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，可能是由于爐口密封效果不佳導(dǎo)致?tīng)t口附近的晶圓部分電阻較低。申請(qǐng)人進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在RTA的退火（anneal）過(guò)程中采用N2作為保護(hù)氣體，而在退火高溫過(guò)程中，N2可能會(huì)與多晶硅薄膜反應(yīng)導(dǎo)致電阻異常偏高。據(jù)此，申請(qǐng)人創(chuàng)造性地提出了一種針對(duì)在離子注入后的多晶硅的RTA方法，即在RTA過(guò)程中同時(shí)還通入一定量的氧氣（O2）。圖3所示為按照本專(zhuān)利技術(shù)一實(shí)施例的RTA方法在快速熱退火爐中的進(jìn)行快速熱退火的示意圖。結(jié)合圖3所示，在該實(shí)施例中，使用以下表二所示的RTA工藝參數(shù)進(jìn)行RTA過(guò)程。表二本專(zhuān)利技術(shù)一實(shí)例的RTA工藝參數(shù)如圖3和表二所示，在退火（anneal）過(guò)程中，RTA裝置的腔室內(nèi)被同時(shí)通入N2和O2，在該實(shí)例中，N2的流量為4slm（StandarLitreperMinute，標(biāo)況下升每分鐘），O2的流量為1sccm（StandarCubicCentimeterperMinute，標(biāo)況下毫升每分鐘），二者的流量比大致為1000。需要理解的是，N2與O2的流量比并不限于本專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)的實(shí)例，例如，通過(guò)腔室的N2與O2的流量比可以大于或等于2:1且小于或等于4000:1（例如，1：1）。O2在退火的過(guò)程中，多晶硅與O2的少許氧化反應(yīng)可能抑制N2與多晶硅反應(yīng)，進(jìn)而避免多晶硅在RTA過(guò)程中的電阻上升，從而避免了電阻不均勻的情況發(fā)生。需要理解的是，在該RTA過(guò)程中，多晶硅與少許O2之間的氧化反應(yīng)比較少，其基本不會(huì)影響多晶硅的電阻，也不會(huì)影響多晶硅的性能。在該實(shí)施例的RTA過(guò)程中，退火的溫度優(yōu)選地設(shè)置在900℃以上，在900℃以上時(shí)，同時(shí)通入少許的O2在改善多晶硅的電阻均勻性方面效果更顯著。圖4所示為分別采用表一和表二所示RTA方法所得到的晶圓上的多晶硅的電阻分布示意圖，其中（a）為按照表一所示RTA方法所得到的晶圓上的多晶硅的電阻分布示意圖，（b）為按照表二所示RTA方法所得到的晶圓上的多晶硅的電阻分布示意圖。其中，圖4（a）也基本反應(yīng)了所示結(jié)果，即多晶硅的電阻分布不均勻，在爐口附近的電阻（RS）在140Ω/□，而在離爐口較遠(yuǎn)的地方，電阻達(dá)到400Ω/□左右。圖4（b）所示的多晶硅在通入少許氧氣后，電阻分布均勻且大致在140Ω/□左右，符合預(yù)定的電阻范圍值要求。因此，該實(shí)施例中揭示的RTA方法中，采用增加通入一定流量的氧氣的方法解決了晶圓上的多晶硅在RTA處理后的電阻不均勻的問(wèn)題，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和良率，大大節(jié)省芯片的生產(chǎn)成本。需要理解的是，在本領(lǐng)域技術(shù)中，在對(duì)多晶硅的RTA的過(guò)程中，通常是避免通入氧氣到腔室中，以避免多晶硅被氧化；而在本專(zhuān)利技術(shù)中，利用電阻分布與爐口的位置相關(guān)性的啟發(fā)，采用一定量的氧氣來(lái)改善晶圓上的本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種快速熱退火方法，用于將晶圓上的多晶硅在離子注入摻雜后進(jìn)行摻雜激活以獲得預(yù)定電阻范圍內(nèi)的多晶硅層，其特征在于，在快速熱退火的過(guò)程中，在向所述晶圓所處的快速熱退火裝置的腔室內(nèi)通入氮?dú)獾耐瑫r(shí)，通入氧氣以改善所述晶圓上的多晶硅的電阻的均勻性。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種快速熱退火方法，用于將晶圓上的多晶硅在離子注入摻雜后進(jìn)行摻雜激活以獲得預(yù)定電阻范圍內(nèi)的多晶硅層，其特征在于，在快速熱退火的過(guò)程中，在向所述晶圓所處的快速熱退火裝置的腔室內(nèi)通入氮?dú)獾耐瑫r(shí)，通入氧氣以改善所述晶圓上的多晶硅的電阻的均勻性；其中，所述快速熱退火裝置具有作為晶圓的進(jìn)出口的爐口。...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：平梁良，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：無(wú)錫華潤(rùn)上華科技有限公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：